天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā).doc

天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)第29卷第12期水利電力機械2007年12月WATERCONSERVANCY&ELECTRICPOWERMACHINERYV01.29No.12Dee.2007天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)SafetyinspectionmanagementinformationsystemdevelopmentofTianshengqiaoHydropowerStation段國定,李向新(昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院,云南昆明650093)摘要:在分析天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上,探討了系統(tǒng)的開發(fā)和運行環(huán)境解決方案,功能模塊劃分,數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法.采用Powerbuilder開發(fā)語言和SQLServer數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及基于Internet網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù),設(shè)計和實現(xiàn)了大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序框架的構(gòu)建.關(guān)鍵詞:大壩安全監(jiān)測;管理信息系統(tǒng);Powerbuilder語言;SQLserver數(shù)據(jù)庫;開發(fā)中圖分類號:TV697:TP274文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10066446(2007】120172070引言1系統(tǒng)的總體設(shè)計天生橋一級水電站位于紅水河上游南盤江干流上,是紅水河梯級電站的第1級,大壩最大壩高178m,壩頂長1104m,面板面積17.3萬m,壩體填筑量約1800萬m,該工程于1991年6月開工,2000年底大壩竣工,樞紐工程通過安全鑒定.大壩建成時為同類壩型世界第2高壩,亞洲第1高壩,其防滲體系的面積,壩體填筑量在同類壩型中規(guī)模最大,且充分利用軟巖料筑壩,技術(shù)水平先進(jìn).為監(jiān)測大壩安全,建立了包括壩體表面變形,壩體深層位移,壩體應(yīng)力,面板應(yīng)力應(yīng)變和鋼筋應(yīng)力,面板撓度,接縫變形,滲流流量,滲水壓力以及地震,環(huán)境等監(jiān)測內(nèi)容的完整監(jiān)測系統(tǒng).該電站建成至今已工作10余年,積累了大量安全監(jiān)測的數(shù)據(jù).為將這些監(jiān)測數(shù)據(jù)有效管理起來,利用計算機數(shù)據(jù)庫技術(shù)和數(shù)據(jù)可視化技術(shù),開發(fā)了一套面向運行單位(電廠)及查詢者(管理和設(shè)計部門)的水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng).利用該系統(tǒng)有利于開展面板堆石壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的資料分析工作,利于對大壩的安全狀態(tài)作出快速,準(zhǔn)確的評判,同時對今后同類型大壩的設(shè)計和安全監(jiān)測設(shè)計工作有一定借鑒意義.1.1系統(tǒng)的總體需求對軟件用戶和大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)詳細(xì)調(diào)研和分析后確定了系統(tǒng)的建設(shè)需求:(1)系統(tǒng)實現(xiàn)對大壩的監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集與人工采集相結(jié)合.(2)系統(tǒng)以Internet,Intranet(企業(yè)內(nèi)部網(wǎng))作為信息基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)開發(fā),系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和交換可利用虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)的傳輸方式來實現(xiàn).(3)軟件系統(tǒng)的用戶面向運行單位(電廠)及查詢者(管理和研究設(shè)計部門),實現(xiàn)有效的權(quán)限管理.(4)系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)創(chuàng)建工程數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)有效管理和共享.(5)所開發(fā)的軟件系統(tǒng)利用三維(3D)圖形交互系統(tǒng)建立友好界面,實現(xiàn)安全監(jiān)測信息重要數(shù)據(jù)可視化.(6)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理成果整理,系統(tǒng)應(yīng)該能夠存儲,處理各監(jiān)測儀器所采集的不同時段的監(jiān)測數(shù)據(jù),并按需要顯示其時程過程的相關(guān)圖表,供用戶使用.(7)建立天生橋一級水電站工程概況數(shù)據(jù)庫,使有關(guān)人員及用戶能夠在網(wǎng)上查詢與工程的勘察,設(shè)計,施工及運行等相關(guān)的基礎(chǔ)信息和資料,了解工程收稿日期:20071023作者簡介:段國定(1973一),男(白族),云南大理人,昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院在讀碩士研究生,從事數(shù)據(jù)庫及GZS研究與應(yīng)用方面的工作.第29卷第12期段國定,等:天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)?173?建設(shè)的概況,進(jìn)行工程建設(shè)的輔助決策與管理.1.2開發(fā)和運行環(huán)境的選擇Microsoft公司的WindowsXP,Windows2000AdvancedServer和MicrosoftSQLServer2000Enterprise已在我國普及,大多數(shù)系統(tǒng)均運行于其上,實踐證明該產(chǎn)品是成熟的產(chǎn)品.Microsoft產(chǎn)品的解決方案在穩(wěn)定性,安全性和性價比等方面基本上能滿足用戶的需要,所以確定以Microsoft公司產(chǎn)品作為系統(tǒng)運行和開發(fā)環(huán)境.使用Sybase公司的Powerbuilder9.0系統(tǒng)作為應(yīng)用程序的開發(fā)工具,該工具各方面的技術(shù)已經(jīng)很成熟,特別是在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件開發(fā)領(lǐng)域使用該工具開發(fā)的系統(tǒng)在我國占很大的比重,考慮到大壩安全監(jiān)測資料的數(shù)據(jù)信息量大,種類多,可用該軟件開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用程序.1.3系統(tǒng)的功能模塊依托天生橋一級水電站,研究開發(fā)水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng),實現(xiàn)面板堆石壩建設(shè)信息管理的網(wǎng)絡(luò)化,可視化,數(shù)字化和智能化.該系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理,工程基礎(chǔ)信息概況,儀器考證庫管理,變形監(jiān)測,壓力(應(yīng)力)監(jiān)測,滲流監(jiān)測,水文氣象監(jiān)測和預(yù)警與健康診斷.根據(jù)對用戶的詳細(xì)調(diào)查與研究,確定了用戶需要操作的數(shù)據(jù)以及用戶管理數(shù)據(jù)的方式和功能,并分析了數(shù)據(jù)庫中各種數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,得到如圖1所示的系統(tǒng)功能模塊圖.2系統(tǒng)運行環(huán)境的解決方案2.1實時監(jiān)控管理實時監(jiān)控系統(tǒng)主要完成對大壩運行狀況進(jìn)行實時跟蹤,在系統(tǒng)注冊的每一個自動監(jiān)控儀器,都可成為面板堆石壩安全監(jiān)測信息系統(tǒng)的跟蹤對象,對于每一監(jiān)控對象的監(jiān)控量(效應(yīng)量),系統(tǒng)以過程線的形式描述其變化過程,并對每一監(jiān)測值進(jìn)行疑點判別和報警,實時更新特征值(年度特征值,歷史特征值和相應(yīng)特定庫水位特征值).實時監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集,監(jiān)控平臺參數(shù)設(shè)置,監(jiān)控平臺和在線分析.2.2軟件運行方式各種應(yīng)用程序,用戶界面,其他通用工具,擴(kuò)展二次開發(fā)模塊都通過COM/DCOM去訪問業(yè)務(wù)代理,再通過數(shù)據(jù)代理去訪問數(shù)據(jù)庫.客戶提出運算請求,指定運行的程序,通過相應(yīng)的代理的運算,返回運算結(jié)果或提供進(jìn)一步運算的參數(shù)或直接顯示在屏幕上供用戶查看.軟件運行方式如圖2所示.圖2軟件運行方式2.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點在于提供安全,可靠,高效以及可管理的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),設(shè)計時主要考慮以下業(yè)務(wù)要求:網(wǎng)絡(luò)上信息組織與應(yīng)用,監(jiān)控系統(tǒng)運作順暢實時,計算分析的高效和系統(tǒng)安全可靠.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工作總體過程是大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)的各測量控制單元MCU自動控制各種安全監(jiān)測儀器,自動監(jiān)測大壩變形,應(yīng)力和滲流等各項數(shù)據(jù),將采集到的數(shù)據(jù)通過底層通信網(wǎng)絡(luò)傳給實時監(jiān)控平臺,在該平臺上動態(tài)顯示數(shù)據(jù),動態(tài)繪制過程線等圖形,動態(tài)顯示異常數(shù)據(jù)和異常情況.根據(jù)應(yīng)用軟件設(shè)計的機制,大壩安全監(jiān)測信息系統(tǒng)的信息傳輸和交換可通過Internet來實現(xiàn),整個業(yè)務(wù)系統(tǒng)運行于Intemet平臺之上,并將系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)圖1天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)功能模塊圖?174?水利電力機械2007年12月發(fā)布到Internet上,同時提供其他授權(quán)用戶通過In-ternet來訪問或控制系統(tǒng)的方法和途徑.大壩安全監(jiān)測信息系統(tǒng)設(shè)計成透明性網(wǎng)絡(luò),無論采用局域網(wǎng)還是通過廣域網(wǎng)系統(tǒng)都能夠安全可靠運行.面板堆石壩安全監(jiān)測信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示.3軟件系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)3.1數(shù)據(jù)庫設(shè)計要求由于該系統(tǒng)的開發(fā)涉及到各專業(yè)知識的交叉和整合,數(shù)據(jù)庫的設(shè)計需要項目所涉及專業(yè)領(lǐng)域的參與方進(jìn)行協(xié)同設(shè)計開發(fā),所以系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與通常的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用有較大區(qū)別.系統(tǒng)首先要求能夠在一個較長的時間內(nèi)維持其主要結(jié)構(gòu),也就是保持?jǐn)?shù)據(jù)庫的主要關(guān)系結(jié)構(gòu),其次要求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)能靈活地適應(yīng)觀測項目的改變和新增觀測項目,同時,還要求數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與現(xiàn)場的實際情況脫鉤,保證相同的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)能夠適用于不同電廠.3.2大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)功能簡介(1)工程基礎(chǔ)信息概況.使有關(guān)人員及用戶能夠在網(wǎng)上查詢與工程的勘察,設(shè)計,施工及運行等有關(guān)的基礎(chǔ)信息和資料,了解工程建設(shè)的概況,進(jìn)行工程建設(shè)的輔助決策與管理.工程信息管理包括工程概況,大壩特性,工程技術(shù)參數(shù)和重要文件.(2)觀測儀器考證庫管理.觀測儀器考證庫資料包括測點位置,編號,埋設(shè)位置(樁號,壩軸距,高程),孑L口(管口)高程,孑L底(管底)高程,儀器編號,型號,型式,生產(chǎn)廠家,電纜長度,型號,儀器技術(shù)性能(量程,分辨率,精度,率定參數(shù),溫度修正系數(shù)),埋設(shè)前,后初始讀數(shù),埋設(shè)日期,氣溫,周圍介質(zhì)溫度,上下游水位,埋設(shè)人員,電纜接頭與截水環(huán)數(shù)量和位置,回填材料與質(zhì)量,封孑L材料與質(zhì)量等.(3)變形監(jiān)測.天生橋水電站大壩建立了包括壩體表面變形,壩體內(nèi)部監(jiān)測,壩體深層位移,砼面板變形等監(jiān)測內(nèi)容的完整監(jiān)測系統(tǒng).壩體內(nèi)部監(jiān)測項目包括壩體深層水平位移,豎向位移,壩體應(yīng)力,墊層料坡面和面板之間的作用力;砼面板變形監(jiān)測包括:周邊縫位移觀測,豎向縫位移觀測,面板撓度觀測和面板脫空觀測.部分觀測界面如圖4,圖5所示.(4)砼面板應(yīng)力應(yīng)變觀測.為了解砼面板的應(yīng)力應(yīng)變,在面板內(nèi)的相應(yīng)部位布置了砼應(yīng)變計,無應(yīng)力計,鋼筋應(yīng)力計和溫度計.部分觀測界面如圖6,圖7所示.(5)滲流監(jiān)測.滲流量和滲水壓力是大壩工作狀態(tài)的綜合指標(biāo),特別是在水庫蓄水期,是評估大壩施工質(zhì)量和判別大壩工作狀態(tài)是否正常的重要依據(jù).在水庫正常運行后,滲流狀況的演變又是大壩,壩基和兩壩肩岸坡工作狀態(tài)的指示,可以及時地發(fā)現(xiàn)問題,采取措施,控制運行條件,保障工程安全運行并發(fā)揮更大的效益.具體包括壩址滲流流量,右壩肩繞壩滲流流量,左右岸壩肩繞壩滲流水位,趾板灌漿帷幕的防滲效果,上下游貫穿地質(zhì)構(gòu)造帶處理的防滲效果和周邊縫變形和止水防滲效果6個方面.部分觀測界面如圖8,圖9所示.運程用戶1運程用戶2運程用戶n圖3面板堆石壩安全監(jiān)測信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖第29卷第12期段國定,等:天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)?175?犬生橋一級水電站人壩三向測縫計THJ12變化過程線圖4測縫計觀測量與庫水位變化過程線天生橋級水電站臆計變化過程線,.,_/廠.,/,;/,_,f,f,:,一j,jrIINS2l一庫水位/mI圖5大壩面板應(yīng)變與庫水位變化過程(6)水文氣象觀測.壩區(qū)建立了水位站和氣象各種觀測物理量的列表統(tǒng)計(包括月報表,年報站,用以觀測上下游水位,壩區(qū)降水量,水溫和氣溫.表),各觀測物理量在時間和空間分布特征的圖形.水庫水位是壩體和面板變形,面板應(yīng)力應(yīng)變,滲水流必要時應(yīng)加繪相關(guān)的物理量,如壩體填充過程與蓄量和滲水壓力的最主要影響因素,在庫區(qū)建2個水水過程.巡視檢查,水文,氣象,波浪,泥沙,地震反尺和自動水位計的水位站,逐日觀測,記錄庫水位.應(yīng),水力學(xué)等觀測也有相應(yīng)的列表統(tǒng)計與圖形編繪.壩區(qū)降水量直接影響滲流量和繞壩滲流水位,水溫系統(tǒng)應(yīng)該能夠存儲,處理各監(jiān)測儀器所采集的不同和氣溫影響砼面板的變形和應(yīng)力,這些環(huán)境變化量時段的監(jiān)測數(shù)據(jù),并按需要顯示其時程過程的相關(guān)是觀測資料分析中必須掌握的基本資料.圖表,供用戶使用.部分觀測成果表界面如圖10和(7)觀測成果表.安全資料觀測成果表包括:圖11所示.目恒*世88Te65544?176?水利電力機械2007年12月贈天生橋一級水電站鋼筋計變化過程線,一.:一.一一.,一一一-0_I,i_.,一_._.=_-,_0lt0,:?-5-ll_&奠;j0連tj:t乏毫.SBH12溫度值SBH12應(yīng)力降水量/rllm圖6鋼筋計應(yīng)力與降雨量變化過程天生橋一級水電站溫度計變化過程線:-,一.一.,_一_1l0llll,._;OOg-11120021I一0118002-0117200207?0011022200Z03152002071920002052002-0324200p*220021r2e2002040820000e2003029200308222O00一O719r一一一一一一一一I一TH2溫度值TH3溫度值TH41l溫度值TH5一lO溫度值日平均氣溫/I圖7溫度計與日平均氣溫變化過程4存在的問題和改進(jìn)措施大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)是一個龐大,復(fù)雜的研究課題,所涉及的內(nèi)容十分廣泛.鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜性,有些功能的實現(xiàn)無法令人滿意,有些技術(shù)還不太成熟,因此,本文所作的只是監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)這一復(fù)雜而龐大的工程的部分內(nèi)容,還有許多問題有待于進(jìn)一步研究.今后大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)的開發(fā)及其應(yīng)用研究應(yīng)注意以下方面:(1)數(shù)據(jù)庫設(shè)計方面.應(yīng)根據(jù)最新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)設(shè)計出合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和查詢語句,實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算的自動化和提高數(shù)據(jù)訪問速度,同時系統(tǒng)應(yīng)具備一定的通用性,能推廣應(yīng)用于不同電廠.(2)決策支持系統(tǒng)方面.大壩安全監(jiān)測決策支持系統(tǒng)個性較強,研制具有通用意義的系統(tǒng)尚有很多科學(xué)難題要解決,包括知識庫的構(gòu)建,推理機制的建立等尚需進(jìn)一步研究,將目前成熟的大壩監(jiān)測數(shù)學(xué)模型和其他領(lǐng)域已成熟的新方法和新理論應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測之中.(3)三維可視化技術(shù)方面.將最新的三維可視化技術(shù)應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測,系統(tǒng)利用三維圖形交互技術(shù)建立友好界面并實現(xiàn)監(jiān)測信息重要數(shù)據(jù)可視化,推動水電工程設(shè)計施工管理一體化,智能化的進(jìn)程,加快水電建設(shè)的發(fā)展.5結(jié)束語水電站大壩在為人類利用自然資源,改造自然環(huán)境,興利除弊方面發(fā)揮巨大作用,創(chuàng)造巨大財富的第29卷第12期段國定,等:天生橋水電站大壩安全監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)?177?天生橋級水電站量水堰流量表變化過程線.曼壩后量水堰/(1/s)一降水量/mm圖8大壩量水堰流量與降雨量變化過程匝耍二二習(xí)璃剎日期;新霹簍:女糯i保存i舒;遮目墉號l天生橋一級水電站鉆孔水位計Hw一256變化過程線l蔓1設(shè)蒿程廣1寫堰設(shè)區(qū)域現(xiàn)屬術(shù)毋Ll言.擻懿黲露蕊褰l秦觸r_一Il掣I60廣惺燃女日199871010:30:O0*740觀8期199871010:30:00f替譬IIlIIlllllIIlllllltllllJlllIlllllllllllllIllIlg鴦二二二二二二ILLLk二二二:2:lg:-g罐一瑚2強蝎湘_私a嘣E4能舶.礙2HI一曲2海戡;#翻桃l捌IH髓#l盼靜薹藿棚B搬覯黼2螭嘲;l鞴嘲l(fā)8瓣翻溉一2瞬姐鯽柑逝la$3S曲222抽辯5鯽2.鞠黼lg98一l鼬罅雌Oj8黔2錯;艄B釀s蝴刪I.讎.一_P鲆2卿嘴哪l酶裁嘛gn嘲黼l自|nnh259一秘nB辨s.BB2l目瞅58BB肫zl9g腳2l的舢岳2.nn釉i一一,-一圖9大壩鉆孔水位計觀測記錄同時,又具有潛在的重大安全風(fēng)險.因此,水電站大壩的安全運行,不僅關(guān)系到電力企業(yè)本身的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益,更關(guān)系到大壩下游千百萬人民的生命財產(chǎn)安全乃至國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.水電站大壩安全始終是關(guān)系