大壩安全監(jiān)測解決方案

1、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)大壩安全監(jiān)測系統(tǒng) 解決方案解決方案 目錄目錄 第第 1 章章 概論概論.3 1.1 系統(tǒng)概覽.3 1.2 歷史回望.3 1.3 現(xiàn)狀分析.4 1.4 目標(biāo)闡述.4 第第 2 章章 總體設(shè)計總體設(shè)計.6 2.1 設(shè)計原則及依據(jù).6 2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu).7 2.3 信息流程.10 2.4 系統(tǒng)組成.11 2.5 系統(tǒng)功能.12 第第 3 章章 信息采集系統(tǒng)信息采集系統(tǒng).14 3.1 需求分析.14 3.2 技術(shù)解決方案.14 第第 4 章章 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).20 4.1 測控單元和監(jiān)測中心之間的通信.20 4.2 監(jiān)測中心和監(jiān)測分中心之間的網(wǎng)絡(luò).25 第第 5 章章 軟

2、件系統(tǒng)軟件系統(tǒng).27 5.1 建設(shè)原則.27 5.2 技術(shù)解決方案.28 第第 1 1 章章 概論概論 1.11.1 系統(tǒng)概覽系統(tǒng)概覽 大壩作為特殊的建筑，其安全性質(zhì)與房屋等建筑物完全不同，大壩安全出 現(xiàn)問題，將會引發(fā)大壩下游一定范圍的人員和財產(chǎn)、環(huán)境損失。在加強水利建 設(shè)的大環(huán)境下，提高水工建筑物的安全，特別是提高大壩安全監(jiān)測水平，保證 水庫大壩的安全，是關(guān)系到國家利益和社會穩(wěn)定的頭等大事。大壩安全監(jiān)測系 統(tǒng)主要由觀測傳感器、遙測數(shù)據(jù)采集模塊、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)和自動監(jiān)測管理軟件 系統(tǒng)組成，通過計算機的工作，能夠?qū)崿F(xiàn)大壩觀測數(shù)據(jù)自動采集、處理和分析 計算，對大壩的性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級報警

3、為監(jiān)測對象提供早期安 全預(yù)警報告的自動化系統(tǒng)。建立大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以縮短數(shù)據(jù)采集周 期，提高大壩觀測的工作效率，減輕勞動強度；并能充分利用水庫調(diào)蓄能力， 使其在防洪和供水兩方面發(fā)揮最大的效益，同時可提高水庫管理水平，及時發(fā) 現(xiàn)大壩隱患，為水庫的安全運行提供有力的保障。 1.21.2 歷史回望歷史回望 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)在西方發(fā)達國家已有 30 多年的歷史。如法國要求對高于 20 的大壩和庫容超過 1500 萬的水庫，均需設(shè)置報警系統(tǒng)，并提出垮壩后 庫水的淹沒范圍、沖擊波到達時間、淹沒持續(xù)時間和相應(yīng)的居民疏散計劃等。 而葡萄牙大壩安全條例（1990）也要求大壩業(yè)主提交有關(guān)潰壩所引起洪水波傳

4、 播的研究報告，編制下游預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急計劃和疏散計劃。美國的聯(lián)邦大壩 安全導(dǎo)則和加拿大的大壩安全導(dǎo)則都強調(diào)要求采取險情預(yù)計、報警系統(tǒng)、 撤退計劃等應(yīng)急措施，以便萬一發(fā)生不測時，將損失減少到最小程度。1976 年 美國 92.96 高的堤堂壩（）失事前，大壩管理機構(gòu)根據(jù)大壩安全 監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的事故的發(fā)展?fàn)顩r及時通過下游的行政司法當(dāng)局向可能被淹的 群眾發(fā)出警報，有組織地進行人員疏散，盡管大壩失事后堤堂河和斯內(nèi)克河下 游 130km，約 780 km2的地區(qū)遭洪水肆虐，造成 25000 人無家可歸、損失牲畜 約萬頭的巨大物質(zhì)損失，但人員死亡只有 11 人，初步體現(xiàn)了大壩安全監(jiān)測系 統(tǒng)的重要意義。

5、1.31.3 現(xiàn)狀分析現(xiàn)狀分析 中國已建成近 8.5 萬座水庫，數(shù)量居世界首位。但是，由于歷史原因，這 些水庫大部分防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，且大都存在不同程度的質(zhì)量問題。一些水庫大壩 的病險情況較為嚴(yán)重，影響了水庫綜合效益的發(fā)揮，也嚴(yán)重威脅著人民生命財 產(chǎn)安全。為了確保水庫大壩的安全運行，充分發(fā)揮水利工程的預(yù)期效益，對水 庫大壩實施安全監(jiān)測和科學(xué)管理，已成為中國各級水行政主管部門所面臨的一 個迫切需要解決的重大問題。 大壩監(jiān)測自動化經(jīng)歷了從單臺儀器遙測、專用測量裝置、集中式數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)到分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展過程，其發(fā)展與基于儀器設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)的 發(fā)展和進步密切相關(guān)，而監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展是以所有監(jiān)測元件

6、的迅猛發(fā)展為標(biāo)志 的，包括從相關(guān)的傳感器、測量儀器到轉(zhuǎn)換、處理、存儲、打印和分析設(shè)備的 發(fā)展。 目前，全國的大部分的水庫大壩監(jiān)測報手段落后，測驗設(shè)施設(shè)備老化，信 息的采集精度低，甚至很多水庫沒有對大壩的監(jiān)測手段。大壩帶病運行，一旦 遇大洪水來臨嚴(yán)重威脅大壩及下游人員和財產(chǎn)安全。因此，迫切需要建設(shè)一套 自動化程度高、有先進的大壩監(jiān)測系統(tǒng)，以提高防洪減災(zāi)能力，保障人民生命 財產(chǎn)的安全。 1.41.4 目標(biāo)闡述目標(biāo)闡述 大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程，并且具有涉及信息量大、覆蓋 的知識面廣等特點。眾所周知，大壩安全監(jiān)測儀器是人們了解大壩運行狀態(tài)的 耳目，它要能夠在惡劣環(huán)境下長期穩(wěn)定可靠的檢測出

7、大壩微小的物理量變化， 所以在某些方面（如在測量精度、長期穩(wěn)定性方面）與其它工業(yè)監(jiān)測行業(yè)相比， 其要求更高、難度更大。從外部觀測的靜力水準(zhǔn)、正倒錘、激光準(zhǔn)直到內(nèi)部觀 測的滲壓計、沉降計、測斜儀、土體應(yīng)變計、土壓計，其自動化遙測都是建立 在高可靠性的傳感器的基礎(chǔ)上。近年來，隨著大型水壩建筑的增多和高科技的 應(yīng)用，大壩安全監(jiān)測正向一體化、自動化、數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展。 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的總的目的是以國家對大壩安全監(jiān)測工程建設(shè)的標(biāo) 準(zhǔn)和要求為依據(jù)，以實時采集監(jiān)測信息并傳輸?shù)酱髩伟踩O(jiān)測中心進行分析、 處理為目的，將現(xiàn)代化工業(yè)自動化控制、現(xiàn)代通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù) 據(jù)庫技術(shù)、地理信息技術(shù)

8、和信息分析預(yù)測技術(shù)與大壩安全監(jiān)測業(yè)務(wù)需求緊密結(jié) 合，建成一個先進實用、高效可靠、自動化程度高的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，達到 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理標(biāo)準(zhǔn)化、分析科學(xué)化，有效地提高水 情信息采集、傳輸、處理、分析、預(yù)報的準(zhǔn)確性、可靠性，更好地為各級大壩 管理部門的決策和指揮搶險救災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。 第第 2 2 章章 總體設(shè)計總體設(shè)計 2.12.1 設(shè)計原則及依據(jù)設(shè)計原則及依據(jù) 2.1.12.1.1 設(shè)計原則設(shè)計原則 1.1. 實用性實用性 適應(yīng)施工期、蓄水期、運行期及已建工程更新改造的不同需要，便于維護 和擴充，每次擴充時不影響已建系統(tǒng)的正常運行，并能針對工程的實際情況兼 容各類傳感器。能

9、在溫度3060、濕度 95以上及規(guī)定水壓條件下正常 工作，能防雷和抗電磁干擾，系統(tǒng)中各測值宜變換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字量輸出。操作簡 單，安裝、埋設(shè)方便，易于維護。 2.2. 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 對于大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)而言，信息的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到?jīng)Q策的成敗。因此 該系統(tǒng)在監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、處理等工作環(huán)節(jié)的設(shè)備選型和技術(shù)處理上 要充分考慮誤差控制和誤差處理，確保提高系統(tǒng)整體的準(zhǔn)確性。 3.3. 可靠性可靠性 為保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，觀測數(shù)據(jù)具有可靠的精度和準(zhǔn)確度。系統(tǒng)設(shè)備 能自檢自校及顯示故障診斷結(jié)果并具有斷電保護功能，同時具有獨立于自動監(jiān) 測量儀器的人工觀測接口。 4.4. 先進性先進性 力求高起點，既滿足

10、現(xiàn)實需求，又適應(yīng)長遠發(fā)展的需要，確保系統(tǒng)所采用 的技術(shù)與當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢保持一致，并便于系統(tǒng)的擴展、升級和優(yōu)化。 5.5. 開放性開放性 堅持統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進行統(tǒng)一設(shè)計，按開放式系統(tǒng)的要求 選擇設(shè)備，組建系統(tǒng)，以利于調(diào)整和擴展，便于信息的共享。 6.6. 經(jīng)濟性經(jīng)濟性 系統(tǒng)設(shè)計時堅持經(jīng)濟性原則，在功能和采集范圍上可多可少，可大可小， 以滿足不同投資規(guī)模和不同建設(shè)規(guī)模的需要，在追加投資后系統(tǒng)能方便的擴充 功能和擴大監(jiān)測范圍。系統(tǒng)采用為分布式結(jié)構(gòu)，設(shè)備間連線簡單，施工費用極 低。整體優(yōu)化設(shè)計，強化軟件，簡化硬件，降低了設(shè)備造價。 2.1.22.1.2 設(shè)計依據(jù)設(shè)計依據(jù) 混凝土大壩安全

11、監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（dl/t5178-2003）； 土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（sl/60-94）； 水利水電工程測量規(guī)范（dlj202-81）； 水利水電工程施工測量規(guī)范（sl52-93）； 國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范（gb50026-93）； 國家水電工程測量規(guī)范（dlj202-81）； 水位觀測標(biāo)準(zhǔn)（gbj138-90）； 水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范（sl 47）； 砌體工程施工及驗收規(guī)范（gb 50203）； 水利水電工程鉆探規(guī)程（dl 5013）； 大壩安全自動化監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件（sl268-2001）； 土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)程（sl169-96）； 混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范（

12、sl282-2003）。 2.22.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 根據(jù)業(yè)務(wù)需求的分析，確定系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由采集層、通信層、網(wǎng)絡(luò)層、 數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層 5 部分組成。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。 綜合數(shù)據(jù)庫 變形 監(jiān)測 數(shù)據(jù) 庫管 理系 統(tǒng) 資料 整編 系統(tǒng) 信息 采集 處理 系統(tǒng) 采集層 應(yīng)用層 滲流 監(jiān)測 計算機網(wǎng)絡(luò)層 通通信信層層 應(yīng)力、應(yīng)變及溫度或 壓力（應(yīng)力）監(jiān)測 環(huán)境量或水 文、氣象監(jiān)測 統(tǒng)計 分析 預(yù)警 系統(tǒng) web 查詢 系統(tǒng) 圖圖 1 1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖 2.2.12.2.1 采集層采集層 采集層是信息來源的基礎(chǔ)，通過不同的監(jiān)測方法和技術(shù)來完成，主要監(jiān)測 項目為:

13、1.1. 變形監(jiān)測變形監(jiān)測 變形監(jiān)測包括水平位移（橫向和縱向） 、垂直位移（豎向位移）壩體及壩基 傾斜、表面接縫和裂縫監(jiān)測。對于土石壩除設(shè)有上述變形（稱之為表面變形） 監(jiān)測項目外，還設(shè)有內(nèi)部變形監(jiān)測。內(nèi)部變形包括分層豎向位移、分層水平位 移、界面位移及深層應(yīng)變觀測。對于混凝土面板壩還有混凝土面板變形監(jiān)測， 具體包括表面位移、撓度、應(yīng)變及接縫開度監(jiān)測。另外岸坡及基巖表面和深層 位移監(jiān)測也屬變形監(jiān)測。 2.2. 滲流監(jiān)測滲流監(jiān)測 混凝土壩滲流監(jiān)測包括壩基和壩體揚壓力、壩基和壩體滲漏量、繞壩滲流 和地下水位監(jiān)測。 土石壩滲流監(jiān)測包括壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流、滲流量監(jiān) 測。 3.3. 應(yīng)力

14、、應(yīng)變及溫度監(jiān)測或壓力（應(yīng)力）監(jiān)測應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測或壓力（應(yīng)力）監(jiān)測 混凝土壩的應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測包括混土的應(yīng)力和應(yīng)變、無應(yīng)力、鋼筋 應(yīng)力、鋼板應(yīng)力、壩體和壩基溫度、接縫和裂縫開度監(jiān)測。 土石壩的壓力（應(yīng)力）監(jiān)測包括孔隙水壓力、土壓力、接觸土壓力、混凝 土面板應(yīng)力監(jiān)測。 4.4. 環(huán)境量監(jiān)測或水文、氣象監(jiān)測環(huán)境量監(jiān)測或水文、氣象監(jiān)測 大壩所在位置的環(huán)境對大壩和壩基工作性態(tài)有重大影響，需予以監(jiān)測。監(jiān) 測項目有大壩上下游水位、水溫、氣溫、庫區(qū)雨量等。 以上四大類監(jiān)測項目涉及幾十種物理量的監(jiān)測，每一種物理量監(jiān)測都需要 在設(shè)計時布置必要的測點、選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測儀器。 監(jiān)測項目的選擇和測點的設(shè)計布置

15、在兩部規(guī)范中按照工程等級、建筑物等 級、壩型、壩基和基巖地質(zhì)條件以及大壩設(shè)計施工的特點作了規(guī)定。監(jiān)測項目 和測點布置既不能太多，也不太少，力求保持在合理水平，可參照前面述敘的 國際上的相應(yīng)指標(biāo)，即監(jiān)測設(shè)施和實施費用相當(dāng)于工程總造價的 1%來確定。大 中型工程或大壩安全特別重要的小型工程均應(yīng)考慮到現(xiàn)代化管理的需要，即實 現(xiàn)主要監(jiān)測項目的自動化。 2.2.22.2.2 通信層通信層 通信層是監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸交流的基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕橘|(zhì)。系統(tǒng)現(xiàn)場采集的數(shù) 據(jù)可以通過有線數(shù)據(jù)通信（現(xiàn)場總線）或無線數(shù)據(jù)通信的方式傳輸?shù)奖O(jiān)測中心， 其中有線數(shù)據(jù)通信最遠距離可以達到十幾公里，無線數(shù)據(jù)通信距離可以達到數(shù) 十公里。

16、在采用有線數(shù)據(jù)通信子網(wǎng)和無線數(shù)據(jù)通信混合結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸 具有路由自動判斷機制，可以提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。 2.2.32.2.3 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層主要指是監(jiān)測中心或者分中心的計算機網(wǎng)絡(luò)，主要是為應(yīng)用軟件系 統(tǒng)運行的基礎(chǔ)環(huán)境，是日常行政辦公、內(nèi)部信息交流、信息共享的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。 2.2.42.2.4 數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層 數(shù)據(jù)層是整個業(yè)務(wù)綜合數(shù)據(jù)的平臺，是業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，由 多個相對獨立又互有關(guān)系的數(shù)據(jù)庫組成，該數(shù)據(jù)層主要是監(jiān)測數(shù)據(jù)庫部分。主 要包括基本數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、空間地理數(shù)據(jù)庫 等。 2.2.52.2.5 應(yīng)用層應(yīng)用層 應(yīng)用層是以大壩安全監(jiān)測管理軟件為核

17、心，主要進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、檢 測、計算處理、存儲、分析、安全評價預(yù)警、統(tǒng)計、整編、查詢等過程。大壩 安全監(jiān)測管理軟件包括信息采集處理系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)、統(tǒng)計分析預(yù)警系統(tǒng)、 web 查詢系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 2.32.3 信息流程信息流程 該系統(tǒng)的總體信息流程如圖 2 所示。 監(jiān)測信息 通信系統(tǒng) 傳輸 綜合數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù) 庫管 理系 統(tǒng) 資料 整編 系統(tǒng) 信息 采集 處理 系統(tǒng) 計算機網(wǎng)絡(luò) 統(tǒng)計 分析 預(yù)警 系統(tǒng) web 查詢 系統(tǒng) 傳輸 監(jiān)測中心 綜合數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù) 庫管 理系 統(tǒng) 資料 整編 系統(tǒng) 信息 采集 處理 系統(tǒng) 統(tǒng)計 分析 預(yù)警 系統(tǒng) web 查詢 系統(tǒng) 監(jiān)測分中心 綜合數(shù)據(jù)庫 數(shù)

18、據(jù) 庫管 理系 統(tǒng) 資料 整編 系統(tǒng) 信息 采集 處理 系統(tǒng) 統(tǒng)計 分析 預(yù)警 系統(tǒng) web 查詢 系統(tǒng) 監(jiān)測分中心 圖圖 2 2 系統(tǒng)信息流程圖系統(tǒng)信息流程圖 主要的信息流程包括信息采集、信息存儲、信息查詢、信息統(tǒng)計分析預(yù)警、 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、信息展示。 信息采集：主要對所有接入系統(tǒng)中的各類監(jiān)測儀器進行一定方式的自動化 測量，采集所測數(shù)據(jù)，并傳送到中央控制裝置集中儲存或處理。 信息存儲：主要通過信息采集系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進行解碼、校驗、入庫、 存儲。 信息查詢：主要對入庫的自動化測量數(shù)據(jù)根據(jù)任意時段和各點的數(shù)據(jù)進行 查詢。 信息統(tǒng)計分析預(yù)警：主要對根據(jù)采集值和時間為軸，顯示信號的時間變化 過程

19、，時間軸可以定義，如秒、分、小時、天；數(shù)據(jù)庫可以隨時調(diào)出查看、編 輯、另行存儲。對大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)進行離線分析處理、為大壩安全評判和運行管 理提供監(jiān)控模型、監(jiān)控數(shù)據(jù)圖表。如自動采集的孔隙水壓力過程線的顯示頁面 形式等等。 數(shù)據(jù)庫管理：主要對根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)貯、數(shù)據(jù)庫查詢/修改、人工 插補等。 信息展示：主要對客戶提供報表顯示、圖形形式、電子地圖顯示、報警、 視頻圖像等方式展示。 2.42.4 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)由信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、綜合數(shù)據(jù)庫系 統(tǒng)、應(yīng)用軟件系統(tǒng)，包括自動采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器 (大壩 的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變、溫度、降雨、水位、氣溫

20、和地震等)等、測控單元 （mcu）上位機、監(jiān)測中心、監(jiān)測分中心組成，系統(tǒng)組成如圖 3 所示。系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用分布式體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集工作分散到靠近較多傳感器的測控單元來完成， 然后將所測數(shù)據(jù)傳送到主機。系統(tǒng)每個觀測現(xiàn)場的測控單元都是多功能智能型 儀器，能對各種類型的傳感器進行控制測量。 通信系統(tǒng) 上上位位機機 mcu mcu mcu 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)層層 通通信信層層 采采集集層層 mcumcu 工業(yè)現(xiàn)場總線 工業(yè)現(xiàn)場總線工業(yè)現(xiàn)場總線 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫服服務(wù)務(wù)器器監(jiān)監(jiān)測測工工作作站站 監(jiān)控中心 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫服服務(wù)務(wù)器器 監(jiān)監(jiān)測測工工作作站站 監(jiān)控分中心 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)庫庫服服務(wù)務(wù)器器 監(jiān)監(jiān)測測工工作作站站 監(jiān)控分

21、中心 靜靜 力力 水水 準(zhǔn)準(zhǔn) 儀儀 引 張 線 式 水 平 位 移 計 垂垂 線線 座座 標(biāo)標(biāo) 儀儀 電電 容容 式式 位位 移移 計計 滲 壓 計 滲 壓 計 電電 容容 式式 位位 移移 計計 滲 壓 計 滲 壓 計 電電 容容 式式 位位 移移 計計 滲 壓 計 光 變 形 微 壓 差 監(jiān) 測 儀 圖圖 3 3 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 2.52.5 系統(tǒng)功能系統(tǒng)功能 1.1. 傳感器傳感器 感應(yīng)大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象 等各種物理量，將模擬量、數(shù)字量、脈沖量、狀態(tài)量等信號輸入到測控單元。 傳感器種類可分為：電阻式、電感式、電容式、振弦式、光纖式、

22、調(diào)頻式、壓 阻式、變壓器式、電位式等。 2.2. 測控單元測控單元 根據(jù)確定的觀測參數(shù)、計劃和順序進行實際測量、計算和存儲，并有自檢、 自動診斷功能和人工觀測接口。 根據(jù)確定的記錄條件，將觀測結(jié)果及出錯信息與指定的監(jiān)測中心或其他測 控單元進行通信。能選配不同的測量模塊或板卡，以實現(xiàn)對各種類型傳感器的 信號采集。 檢測指點的報警條件，一旦報警狀態(tài)或條件改變則通知指定的監(jiān)測中心。 將所有觀測結(jié)果保存在存儲單元中，直到這些數(shù)據(jù)被監(jiān)測中心準(zhǔn)確接收完。 管理電能消耗，在斷電、過電流引起重啟動或正常關(guān)機時保留所有配置設(shè) 定的信息。并具有防雷、抗干擾、防塵、防腐，適用于惡劣溫濕環(huán)境。 采集系統(tǒng)的運行方式有應(yīng)

23、答式和自報式兩種，必要時也可采用任意控制。 3.3. 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng)根據(jù)站點情況采用有線或無線方式。且可以采用兩種通信方式互 為備用信道，建立一套雙信道互為備份的通信系統(tǒng)。 4.4. 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng) 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)主要為大壩安全管理軟件系統(tǒng)；可以在監(jiān)測中心、分中心進 行數(shù)據(jù)接收、處理、存貯、分析、預(yù)警等功能。 對接收的數(shù)據(jù)進行容錯校驗、數(shù)據(jù)可靠性和準(zhǔn)確度檢查及數(shù)學(xué)模型檢查， 數(shù)據(jù)存儲、刪除、插入、記錄、顯示、換算、打印、查詢及儀器位置、參數(shù)工 作狀態(tài)的顯示，建立、標(biāo)定安全監(jiān)控數(shù)學(xué)模型、并進行影響因素分解及綜合性 的分析、預(yù)報報警及安全性評價，以滿足對大壩安全監(jiān)測的需要。 綜

24、合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)：可以對水文信息建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，規(guī) 范數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效地進行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)分析，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠 基礎(chǔ)。也可以對其它相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入提供接口。 第第 3 3 章章 信息采集系統(tǒng)信息采集系統(tǒng) 3.13.1 需求分析需求分析 信息采集系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)測大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、 溫度、環(huán)境量、水文、氣象等要素自然變化情況，它是一項基礎(chǔ)和前期工作， 是大壩安全監(jiān)測的耳目和參謀，是各大壩管理部門做出正確判斷，發(fā)布正確指 令的理論依據(jù)。其質(zhì)量和精度將直接影響大壩安全監(jiān)測準(zhǔn)確性，影響決策的科 學(xué)性。加強信息采集系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強化信息采集工作，提高觀測

25、自動 化程度成為當(dāng)務(wù)之急。 水情信息采集系統(tǒng)需要完成以下任務(wù)： 實現(xiàn)大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、 氣象等觀測量數(shù)據(jù)自動采集、存儲，并滿足實時自動傳輸?shù)囊蟆?采用實用的觀測設(shè)備，實現(xiàn)流觀測量數(shù)據(jù)信息的人工及自動觀測相結(jié) 合，實現(xiàn)人工采集及輸入及自動計算和實時自動傳輸。 采集設(shè)備采用先進技術(shù)，使觀測信息標(biāo)準(zhǔn)達到部頒建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。 3.23.2 技術(shù)解決方案技術(shù)解決方案 信息采集系統(tǒng)主要是由測控單元（mcu）、監(jiān)測儀器組成。測控單元是分布 式系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是一種智能化、模塊化的多功能裝置，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊 湊，具有控制、測量、數(shù)據(jù)存儲、防潮、防雷、抗干擾等各種功能，可安裝

26、在 監(jiān)測儀器附近，實現(xiàn)監(jiān)測儀器的自動巡測和選測。系統(tǒng)中的測控裝置由通訊總 線連接到中央控制裝置或微機，組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。中央控制裝置或微機對網(wǎng) 絡(luò)進行控制，可用不同的運行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化。 1.1. 測控單元測控單元 測控單元系統(tǒng)組成如圖 4 所示。 電源控 制單元 通信接 口單元 控制 單元 太陽能電源 交流電源 485總線及供電 數(shù)據(jù) 處理 單元 其它智 能模塊 顯示 單元 人工 設(shè)置 單元 監(jiān)測模塊 人機 接口 模塊 手手操操器器p pd da a 現(xiàn)現(xiàn)場場取取 端端終終端端 變形、滲流、 變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng) 變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象 等傳感器監(jiān)測儀 數(shù)據(jù) 存儲 單

27、元 圖圖 4 4 測控單元系統(tǒng)組成圖測控單元系統(tǒng)組成圖 測控單元 的主要技術(shù)指標(biāo)如下 時基精度：0.01%，分辯率：0.001us； 溫度精度：0.5，分辯率：0.1； 測量時間：23s/point； 通信接口：eia-rs485，eia-rs232，can bus； 存儲容量：128kb； 工作電源：12vdc； 充電電源：220vac/50hz； 功耗：掉電：200ua，休眠：10ma，待機：20ma，測量300ma； 工作溫度：25+60； 儲藏溫度：45+70。 測控單元的主要主要優(yōu)點 功能強：測量控制單元（以下簡稱 mcu）可支持多達 80 個通道空間，多種 供電方式、多種通信方式可

28、供選擇，靈活的傳感器接入方式，模塊化的結(jié)構(gòu)， 先進的參數(shù)設(shè)置能力，容易安裝調(diào)試。 可靠性高、長期穩(wěn)定性好：mcu 可以長期在無人值守的情況下可靠工作， 按照設(shè)定的工作方式，源源不斷的將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)庫內(nèi)。 容易構(gòu)建系統(tǒng)：系統(tǒng)組網(wǎng)方便，提供了多種通信方式，有 rs232、rs485、 直接電纜連接和無線通信。測控單元的布置不受環(huán)境限制，系統(tǒng)規(guī)?？纱罂尚?。 同一接口模塊一般都可以接不同類型的儀器，而且開發(fā)了功能集于一體的測量 模塊，這為系統(tǒng)中測量少量的但不可缺少的參數(shù)提供了方便，可以減少系統(tǒng)的 投資費用。 通道配置能力強：接口模塊中的同一個通道，既可以配置為測量振弦式儀 器，又可以

29、配置為測量電阻、電壓、電流、頻率、carlson 類型的傳感器，其 中 asm 模塊的第十個通道還可以配置為脈沖類型的儀器，使儀器的配置提供了 極為方便，不會造成資源的浪費，可以減少系統(tǒng)的投資。 智能化：系統(tǒng)是一個通用監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境，不同的監(jiān) 測要求，可以方便的在控制面板或監(jiān)控計算機上進行參數(shù)設(shè)置、修改等各種要 求，系統(tǒng)能自主穩(wěn)定的進行工作，而不必要針對具體系統(tǒng)改動 mcu 內(nèi)部監(jiān)控軟 件。對采集儀器的配置數(shù)據(jù)，直接下載到 mcu 中去，而不是存儲在監(jiān)控主機上。 分布式的智能節(jié)點網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)：每個節(jié)點具有智能性，mcu 能夠獨立工 作，也能夠在多節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中工作，可以脫離

30、網(wǎng)絡(luò)而自主運行，進行測量、 控制、數(shù)據(jù)處理和通信。 具有較好的適應(yīng)性和兼容性：可以應(yīng)用在水利工程各個領(lǐng)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測； 網(wǎng)絡(luò)通信可以采用多種傳輸介質(zhì)；能與國際上著名的土工、大壩和環(huán)境監(jiān)測儀 器供應(yīng)商生產(chǎn)的傳感器接口，可直接接入振弦式、差動電阻型、電流型、熱電 偶、脈沖型和數(shù)值型傳感器；部件標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性。 易于安裝調(diào)試和維護：機箱內(nèi)帶有鍵盤和顯示，可以在現(xiàn)場直接配置，調(diào) 試，顯示內(nèi)部信息；各個終端有信號燈指示可作為運行診斷，機箱可迅速打開， 檢查各個開關(guān)接線插頭等部件。 防雷性能強：系統(tǒng)的電源入口、通信入口和傳感器入口都有很好的防雷措 施，可以保證系統(tǒng)能可靠的工作。 2.2. 變形監(jiān)測變形監(jiān)

31、測 變形監(jiān)測包括水平位移、豎向位移、撓度、傾斜及接縫和裂縫監(jiān)測，對于 土石壩根據(jù)測點布置在壩面或是壩體內(nèi)部分表面變形及內(nèi)部變形監(jiān)測。 人工監(jiān)測：水平位移監(jiān)測方法有視準(zhǔn)線（針對直線性壩）、三角網(wǎng)前方交 會法等，采用經(jīng)緯儀進行監(jiān)測；垂直位移監(jiān)測一般采用水準(zhǔn)儀進行監(jiān)測；土石 壩內(nèi)部變形可用水管式沉降儀、引張線式水平位移計等進行監(jiān)測；裂縫及接縫 監(jiān)測一般采用于測縫計（測縫標(biāo)點）監(jiān)測。 隨著科技的發(fā)展，變形監(jiān)測已逐步采用自動化，可實現(xiàn)自動化監(jiān)測的有垂 線、引張線、靜力水準(zhǔn)、真空激光準(zhǔn)直、ts 移計差阻式（振弦式）測縫計等方 法。 其中引張線主要布置在直線性壩上（或廊道內(nèi)）用于實現(xiàn)壩頂或壩基水平 位移監(jiān)測

32、，目前一種采用自動加水裝置的雙向引張線也正在試驗中，引張線法 觀測水平位移監(jiān)測自動化必須首先保證引張線安裝，滿足規(guī)范要求，即線體張 力和自由度必須得到保證，為此安裝時應(yīng)進行精度和復(fù)位試驗，其次就是選擇 實用可靠的引張線儀。 垂線法是實現(xiàn)壩體水平位移及撓度監(jiān)測自動化的較好方法，垂線有正倒垂 之分，其測點的測值都是相對錨固點（或是懸掛點）的相對值，在垂線設(shè)計時 首先要使垂線滿足規(guī)范要求，同時要選擇量好的監(jiān)測儀器，同時要注意如下幾 點： 選用人工觀測設(shè)備時應(yīng)盡量選擇簡單可靠、最好是固定安裝在測點上的設(shè) 備，這種設(shè)備免去了每次安裝對中的誤差，也不易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如梅山大壩 在垂線測點的 x，y 方向各

33、安裝了一臺固定式坐標(biāo)讀數(shù)儀，其測量精度可達 0.2mm 以上；讀數(shù)盤瞄準(zhǔn)器也是一種固定式測量裝置，可以達到 0.25mm 以上的 精度；陳村及紀(jì)村大壩由于采取了相似類型的儀器，加上管理得力，從而使垂 線測值的準(zhǔn)確度有了保證。采用攜帶式光學(xué)垂線坐標(biāo)儀時，必須要確保儀器定 期檢驗和校準(zhǔn)，以確保在整個測量期間其精度不變，并在每次安裝施測時嚴(yán)格 按規(guī)程操作。 采用自動化監(jiān)測精度通常都高于人工監(jiān)測，目前各類遙測垂線坐標(biāo)儀的精 度均在 0.15mm 以上。但為了確保監(jiān)測數(shù)據(jù)不致漏失，以及必要時進行校測，通 常與自動化監(jiān)測設(shè)備并行布置一套人工觀測設(shè)備。 裂縫及接縫監(jiān)測主要采用差阻式測縫計實現(xiàn)自動化，由于國內(nèi)

34、南京自動化 設(shè)備廠生產(chǎn)的差阻式儀器在防潮、長期穩(wěn)定性、性能價格比等方面具有較一定 的優(yōu)勢，因此在國內(nèi)工程中得到廣泛的應(yīng)用。 3.3. 滲流監(jiān)測滲流監(jiān)測 滲流監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測的重要項目，對于混凝土壩，滲流監(jiān)測有：揚壓 力（壩體、壩基揚壓力）、滲漏量（包括壩基滲漏量和壩體滲漏量）、繞壩滲 流、地下水位、水質(zhì)分析幾個部分。土石壩滲流監(jiān)測項目包括：壩體滲流壓力、 壩基滲流壓力、繞壩滲流，滲流量監(jiān)測。 滲壓（或浸潤線）觀測可采用測壓管法和埋設(shè)滲壓計法，測壓管法具有可 進行人工比測、儀器更換方便等優(yōu)點，但是也有容易出現(xiàn)泥沙淤積、孔口破壞 和測值滯后等缺點,因此在進行具體設(shè)計時要根據(jù)滲流特征和儀器情況進行

35、確定。 滲流量監(jiān)測一般采用容積法、量水堰法和流速法進行測量。容積法主要針 對單管滲流量進行監(jiān)測（流量小于 1l/s）時，當(dāng)流量在 1300l/s 之間時宜采 用量水堰法，當(dāng)流量大于 300l/s 或受落差限制不能設(shè)量水堰時，可以將漏流水 引入排水溝，采用測流速法進行測量。 目前測水位的儀器較多，通過我們的應(yīng)用經(jīng)驗認(rèn)為，用于滲壓監(jiān)測效果較 好的是振弦式儀器。 4.4. 應(yīng)力（壓力）應(yīng)力（壓力） 、應(yīng)變及溫度監(jiān)測、應(yīng)變及溫度監(jiān)測 由于目前的設(shè)計規(guī)范均將強度校檢作為設(shè)計壩體結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)之一，而溫度 是壩體（特別是在混凝土壩中）應(yīng)力及裂縫產(chǎn)生的重要因素，因此必須注意監(jiān) 測，特別是對拉應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力和溫度梯

36、度大地方。 應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測目前大多采用差阻式儀器。 5.5. 環(huán)境量（水文氣象）監(jiān)測環(huán)境量（水文氣象）監(jiān)測 環(huán)境量是大壩運行性態(tài)發(fā)展的外因，對環(huán)境量（水位、氣溫、雨量等）進 行監(jiān)測是資料分析的需要，因此必須加以重視。 上下游水位是大壩承受的主要荷載，是形成壩體及壩基滲流場的主要原因， 因此必須進行監(jiān)測。水位測點要布置在水流平穩(wěn)、水面平緩的地方，以確保觀 測精度，監(jiān)測儀器有浮子式水位計、壓力式水位計、超聲波水位計等。 氣溫及庫水溫是影響壩體溫度場的重要因素，其監(jiān)測測點布置要根據(jù)庫區(qū) 氣溫及庫水溫分布特點確定，監(jiān)測儀器對于氣溫可選鉑電阻溫度計，當(dāng)溫度變 化不太劇烈時可選用銅電阻溫度計，一般庫

37、水溫監(jiān)測可選用 dw-1 型銅電阻溫度 計。 降雨量是影響大壩（特別是土石壩）及壩體周圍滲流場的主要原因之一， 降雨還有可能導(dǎo)致壩外測壓管水位升高，同時高強度降雨將會形成地表徑流， 破壞壩面結(jié)構(gòu)，造成（土石壩）壩體局部失穩(wěn)，因此必須加以監(jiān)測，降雨量監(jiān) 測可選翻斗式雨量計進行監(jiān)測。 第第 4 4 章章 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 根據(jù)總體設(shè)計：大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)采用兩級傳輸?shù)姆绞?，第一級由測 控單元到監(jiān)測中心負(fù)責(zé)采集各監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)，第二級由監(jiān)測分中心及監(jiān)測中 心組成的計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)測分中心與監(jiān)測中心之間的所有信息共享。 4.14.1 測控單元和監(jiān)測中心之間的通信測控單元和監(jiān)測中心之間的通信

38、4.1.14.1.1 需求分析需求分析 監(jiān)測中心能夠?qū)崟r接收全部監(jiān)測項目的所有數(shù)據(jù)。 工作方式：自報、應(yīng)答兩種工作模式。 能長期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作。 通信暢通率應(yīng)98，系統(tǒng)誤碼率小于 6 10-5。 具有可靠的防雷措施。 4.1.24.1.2 通信方案通信方案設(shè)計原則設(shè)計原則 可靠性 盡量選擇可靠性高的信道，一般以有線信道為主； 在條件允許的條件下，根據(jù)需要可以設(shè)置相應(yīng)的備用信道。能實現(xiàn) 自動切換； 通信系統(tǒng)的誤碼率要符合要求； 及時性 系統(tǒng)要能按照時間要求完成信息傳遞； 監(jiān)測點太多的情況下，要通過增加通道等技術(shù)手段保證時效性。 經(jīng)濟性 要綜合考慮經(jīng)濟性，包括系統(tǒng)建

39、設(shè)費和運行費； 要綜合分析可用的通信資源，公網(wǎng)系統(tǒng)能夠滿足要求的，盡量利用 公網(wǎng)，都能滿足要求的，考慮費用比較低的。 低功耗 要選用低功耗的通訊方式和通訊設(shè)備； 要選擇合理的通訊方式實現(xiàn)召測。 先進性 要考慮以后業(yè)務(wù)的發(fā)展； 選擇公網(wǎng)信道時，要考慮該信道是否有發(fā)展前景，能否長期使用。 4.1.34.1.3 技術(shù)解決方案技術(shù)解決方案 目前根據(jù)大壩安全監(jiān)測的特點選用的通信信道有：電纜通信方式、光纖通 信方式、gprs、cdma1x、pstn、衛(wèi)星、超短波等。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，結(jié)合 各地地域特性和目前的通信條件，提出以下六種通信系統(tǒng)解決方案供選擇。 1.1. 解決方案一解決方案一-（電纜通信方式電

40、纜通信方式 rs485rs485 總線）總線） 根據(jù)現(xiàn)場的情況當(dāng)監(jiān)控點到監(jiān)測中心的距離少于 1000 米時采用敷設(shè) 485 總 線的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖 5 所示。 上位計算機 mcu 監(jiān)測現(xiàn)場 監(jiān)控中心 485線 485轉(zhuǎn)換器 485轉(zhuǎn)換器 圖圖 5 5 rs485rs485 總線方式接示意圖總線方式接示意圖 解決方案特點 采用有線方式電纜連接可靠性高。 信道響應(yīng)速度快，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢通率高。 采用工業(yè)總線傳輸速度和質(zhì)量高，技術(shù)成熟，價格低廉，可實現(xiàn)各 種通信工作方式。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h程控制和維護。 設(shè)備配置 rs458 通信轉(zhuǎn)換模塊。 上位計算機

41、。 2.2. 解決方案二解決方案二-（電纜通信方式（電纜通信方式 cancan 總線）總線） 根據(jù)現(xiàn)場的情況當(dāng)監(jiān)控點到監(jiān)測中心的距離大于 1000 米時根據(jù)實際情況采 用敷設(shè) can 總線的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖 6 所示。 上位計算機 mcu 監(jiān)測現(xiàn)場 監(jiān)控中心 can總線 can控制器can控制器 圖圖 6 6 cancan 總線總線結(jié)構(gòu)連接示意圖結(jié)構(gòu)連接示意圖 解決方案特點 采用有線方式電纜連接可靠性高。 信道響應(yīng)速度快速率可達 1mbps，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢 通率高。 先進的 can 總線技術(shù)提高了監(jiān)測通訊的穩(wěn)定性和可靠性，最長傳 輸距離可達到 10 公里，符合水庫實情

42、，安裝方便。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h程控制和維護。 設(shè)備配置 can 控制器 上位計算機。 3.3. 解決方案三解決方案三-（光纖通信方式）（光纖通信方式） 根據(jù)現(xiàn)場的情況當(dāng)監(jiān)控點到監(jiān)測中心的距離大于 1000 米時根據(jù)實際情況采 用敷設(shè)光纖的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如圖 7 所示。 上位計算機 mcu 監(jiān)測現(xiàn)場 監(jiān)控中心 光纖 光纖轉(zhuǎn)換器光纖轉(zhuǎn)換器 圖圖 7 7 光纖通信方式結(jié)構(gòu)連接示意圖光纖通信方式結(jié)構(gòu)連接示意圖 解決方案特點 采用光纖電纜連接可靠性高，具有很強的抗電磁干擾和防雷電襲擊 能力。 信道響應(yīng)速度快速率可達 100mbps，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠, 暢通率高。 傳

43、輸距離可達到 15 公里，符合水庫實情，安裝方便。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h程控制和維護。 設(shè)備配置 光纖轉(zhuǎn)換器 上位計算機。 4.4. 解決方案三解決方案三-（gprsgprs（cdma1xcdma1x）方式）方式） 以 gprs（cdma1x）方式為主信道，配置通信模塊。如圖 8 所示： 監(jiān)控中心 cdma1x 監(jiān)測現(xiàn)場 服務(wù)器 gprs gprs通信模塊 cdma1x通信模塊 專線 專線 mcu 圖圖 8 8 gprsgprs、cdma1xcdma1x 方式結(jié)構(gòu)連接示意圖方式結(jié)構(gòu)連接示意圖 解決方案特點 采用無線方式為通信信道，可靠性高。 gprs/cdma1x 信道響應(yīng)速度

44、快，傳輸時效好，信道穩(wěn)定可靠,暢 通率高。 兩種信道都屬于公網(wǎng)，無需考慮中繼，建設(shè)方便。 兩種信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h程控制和維護。 在部分地區(qū)，gprs/cdma1x 網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，因此一定要認(rèn)真進行 電測。 監(jiān)測中心可以利用別的方式與 internet 連接。 如果有更高的要求，可以由運營商提供專用信道，不必經(jīng)過 internet。 設(shè)備配置 gprs/cdma1x 通信模塊 gprs/cdma1x 服務(wù)器（具有真實 ip 地址） 上位機 5.5. 解決方案三解決方案三-（衛(wèi)星方式）（衛(wèi)星方式） 以衛(wèi)星（結(jié)合國內(nèi)的現(xiàn)狀，建議選擇北斗衛(wèi)星）方式為通信方式，如圖 9 所示： 分中心

45、監(jiān)測現(xiàn)場 服務(wù)器 衛(wèi)星 衛(wèi)星地面站 衛(wèi)星地面站 監(jiān)控中心 上位機 mcu 圖圖 9 9 衛(wèi)星方式結(jié)構(gòu)連接示意圖衛(wèi)星方式結(jié)構(gòu)連接示意圖 解決方案特點 根據(jù)我們的應(yīng)用經(jīng)驗：衛(wèi)星信道響應(yīng)速度快，傳輸時效好，信道穩(wěn) 定可靠,暢通率高。 衛(wèi)星信道特別適合于山區(qū)等傳統(tǒng)通訊條件難以達到的區(qū)域。 北斗衛(wèi)星通信頻率低，氣象條件對通信影響小。 信道都屬于公網(wǎng)，無需考慮中繼，建設(shè)方便。 信道都屬于雙向信道?？梢苑奖愕膶嵤┻h程控制和維護。 設(shè)備配置 衛(wèi)星地面站（含天線） 前置機 第第 5 5 章章 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) 5.15.1 建設(shè)建設(shè)原則原則 先進性 應(yīng)用軟件系統(tǒng)在設(shè)計中采用先進的技術(shù)手段、靈活的實現(xiàn)方法和國際流

46、行 的設(shè)計思想，保證系統(tǒng)具有很強的生命力，符合當(dāng)前和未來的應(yīng)用需要，使其 具有長期的使用價值。 在應(yīng)用軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，采用多級結(jié)構(gòu)，分層式處理方式，保證系統(tǒng)整 體性能，軟件體系結(jié)構(gòu)清晰。 應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用當(dāng)前流行的 b/s 方式，結(jié)合 java 技術(shù)，對終端用戶而言， 不需安裝任何程序，便可訪問本系統(tǒng)，提供很好的可管理性和可維護性，并具 有很強的可移植性。 應(yīng)用軟件系統(tǒng)采用完善的數(shù)據(jù)庫管理和備份機制，滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時 性、可靠性、和一致性的需求。 擴展性 系統(tǒng)采用多級分層設(shè)計，每一層均可獨立運行，各層之間采用標(biāo)準(zhǔn) tcp/ip 協(xié)議連接，遵循標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。當(dāng)需要擴展新的功能或與別的系統(tǒng)

47、進行連接， 只需遵循相應(yīng)層次的接口，就能方便接入本系統(tǒng)，與本系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的新 系統(tǒng)。 開放性 系統(tǒng)各層之間均提供開放的接口，支持其它系統(tǒng)的接入和融合。 可互操作性 應(yīng)用系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的 tcp/ip 協(xié)議，凡是支持 tcp/ip 協(xié)議的各個站點都可 以在得到授權(quán)的情況下互相訪問其它站點的資源。 可伸縮性 應(yīng)用系統(tǒng)具有平滑升級和擴展能力。各模塊之間相互獨立，在系統(tǒng)升級的 過程中，不會造成整個系統(tǒng)的停運；同時由于采用多層的構(gòu)架進行設(shè)計，當(dāng)對 某一層次模塊進行修改和增加，均不會影響到其它層次模塊。 軟件模塊既可以安裝在同一臺計算機單機運行，又可以將不同的軟件模塊 安裝在多臺計算機上運行，可靈活調(diào)整

48、應(yīng)用軟件對計算機及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源占用 與性能之間的平衡。 操作簡單直觀 最終用戶的使用界面是瀏覽器，用戶可以在能接入本網(wǎng)絡(luò)的任何機器上， 都能查看監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，用戶還可以定制自己喜歡的頁面和訪問方式。 安全可靠性 應(yīng)用軟件系統(tǒng)對權(quán)限有嚴(yán)格的控制，重要的操作和瀏覽都需要口令登錄后 才能訪問。系統(tǒng)嚴(yán)格保證超級用戶的保密性，對重要操作進行操作日志的記錄， 便于對非法操作或攻擊進行跟蹤。 實效性 應(yīng)用軟件系統(tǒng)充分考慮采集和分析的實效性，保證數(shù)據(jù)采集的時間控制在 分鐘級別以內(nèi)，為決策部門提供實時的信息。 5.25.2 技術(shù)解決方案技術(shù)解決方案 大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件是水庫大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)重要組成部分，它

49、具 有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、資料管理、資料整編、資料分析、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。 通過使用大壩安全監(jiān)測管理系統(tǒng)軟件，水庫管理人員和管理局領(lǐng)導(dǎo)可以及時了 解大壩當(dāng)前性態(tài)。 壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的軟件采用 b/s 結(jié)構(gòu)，除了數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序要在服務(wù)器 上啟動外，其它部分只要計算機用戶通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器相連，即可通過瀏覽器 進行訪問，查詢監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖形、安全監(jiān)測信息和評價結(jié)論。所以本系統(tǒng)支持 單機、工作組、網(wǎng)絡(luò)運行方式，可以與局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)庫可與各種 其它數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，為其它系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口或供其直接使用。用戶可以遠程控 制 mcu 的數(shù)據(jù)采集，顯示測量數(shù)據(jù)，并可將測量數(shù)據(jù)直接保存至服務(wù)器中的數(shù) 據(jù)庫內(nèi)。系

50、統(tǒng)結(jié)構(gòu)如所示。 基礎(chǔ)信息 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù) 庫管 理系 統(tǒng) 資料 整編 系統(tǒng) 信息 采集 處理 系統(tǒng) 統(tǒng)計 分析 預(yù)警 系統(tǒng) web 查詢 系統(tǒng) 監(jiān)測 數(shù)據(jù)庫 實時 數(shù)據(jù)庫 歷史 數(shù)據(jù)庫 運行分析 結(jié)果數(shù)據(jù)庫 空間地理 信息數(shù)據(jù)庫 圖圖 1010 應(yīng)用軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖應(yīng)用軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 1.1. 綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 根據(jù)業(yè)務(wù)需求需要建立一個綜合數(shù)據(jù)庫平臺，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括以下 數(shù)據(jù)庫： 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫 主要用來存放監(jiān)測點的基本信息表，監(jiān)測設(shè)備、通信設(shè)備的基本信息， 站房的工程信息，大壩、流域、河流、大壩等基本信息表。 監(jiān)測數(shù)據(jù)庫 主要用來存放從采集設(shè)備實時采集過來的原始報文數(shù)據(jù)。 實時

51、數(shù)據(jù)庫 實時數(shù)據(jù)庫主要存放實時采集的各類數(shù)據(jù)，包括實時采集的設(shè)備運行參 數(shù)信息。 歷史數(shù)據(jù)庫 主要用來存放歷史整編資料或調(diào)查資料、監(jiān)測點考證資料和監(jiān)測點年、 月、旬特征值統(tǒng)計資料以及檔案資料。 運行分析結(jié)果數(shù)據(jù)庫 主要用來存放運行分析管理系統(tǒng)對接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、誤碼率、暢通率、 遲報、誤報、漏報數(shù)據(jù)進行分析的結(jié)果。主要包括暢通率、誤碼率分析 數(shù)據(jù)和監(jiān)測點電源電壓參數(shù)的分析數(shù)據(jù)。 空間地理信息數(shù)據(jù)庫 空間信息庫存放系統(tǒng)相關(guān)的空間數(shù)據(jù)有關(guān)的地理信息類數(shù)據(jù)。內(nèi)容包括： 流域地形地質(zhì)、地面高程、水系、監(jiān)測點分布位置、行政區(qū)劃、交通等 地理信息。 2.2. 應(yīng)用軟件系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng) 主要包括四個軟件模塊：

52、信息采集處理系統(tǒng)、資料整編系統(tǒng)、統(tǒng)計分析預(yù) 警統(tǒng)系統(tǒng)、web 查詢系統(tǒng)息發(fā)布系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。 5.2.25.2.2 信息采集處理系統(tǒng)信息采集處理系統(tǒng) 信息采集處理系統(tǒng)實現(xiàn)計算機與測量控制單元（mcu）通訊，完成監(jiān)測數(shù)據(jù) 的采集。其結(jié)構(gòu)框圖見 error!error! referencereference sourcesource notnot found.found.所示。 信息采集處理系統(tǒng)軟件 mcu 自 檢 參 數(shù) 設(shè) 置 單 點 測 量 定 時 測 量 巡 回 測 量 系 統(tǒng) 管 理 圖圖 1111 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)框圖 1.1. mcumcu 自檢自檢 mcu 自檢是

53、通過計算機與 mcu 通訊，使 mcu 進行自檢，并將自檢結(jié)果返回 至計算機，顯示給操作人員，達到遠程診斷 mcu 的目的。自檢的內(nèi)容包括： 通訊：通過計算機嘗試與 mcu 通訊，確定計算機是否能夠與 mcu 進行通訊， 診斷通訊線路、mcu 通訊模塊是否存在故障。 mcu 內(nèi)部溫度：通過檢測 mcu 內(nèi)部溫度，檢查 mcu 是否異常。 mcu 工作電壓：通過檢測 mcu 工作電壓，檢查充電電路、蓄電池是否正常。 mcu 充電電壓：通過檢測 mcu 充電電壓，檢查 mcu 交流供電是否正常。 mcu 測量模塊和通道：通過檢測 mcu 測量模塊和通道，識別模塊和通道類 型，確定其與所接傳感器類型

54、是否相符，保證測量正常。 2.2. 參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置 在 mcu 能夠正常工作之前，要根據(jù)工程的具體情況，對 mcu 的參數(shù)和數(shù)據(jù) 庫中的各測點進行設(shè)置。設(shè)置的內(nèi)容有： 通訊速率：根據(jù)計算機與 mcu 通訊方式、通訊介質(zhì)，設(shè)置適當(dāng)?shù)膫鬏斔俾剩?這樣在保證傳輸?shù)目煽啃韵?，可使?shù)據(jù)傳輸達到最快。 系統(tǒng)時間：設(shè)置 mcu 內(nèi)部時間，使其與計算機時間同步。 通道配置：對 mcu 中各通道進行設(shè)置，主要設(shè)置的內(nèi)容包括儀器類型、儀 器指標(biāo)、測量范圍等，這樣 mcu 可采取正確測量方式對通道進行測量。 公式設(shè)置：在數(shù)據(jù)庫中設(shè)置各類型傳感器從電測量到工程物理量的轉(zhuǎn)換公 式。數(shù)據(jù)采集軟件在得到來自 mcu 的電

55、測量時，可同時進行計算，得出工程物 理量。公式組成提供非常靈活的編輯方式，可以任意的輸入包括（、 ） 、 、/、（平方） 、數(shù)字、指定參數(shù)在內(nèi)的所有元數(shù)據(jù)的組合。 定時測量時間：設(shè)置定時測量開始時間、間隔時間，mcu 據(jù)此進行定時測 量。 3.3. 單點測量單點測量 單點測量用于測量某種儀器的某個測點的各種電測量（如孔隙水壓力計的 頻率和溫度）和相關(guān)儀器測量（如測量測壓管內(nèi)的孔隙水壓力計，還要測量氣 壓計） ，計算出工程物理量。具有打印和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫的功能。 4.4. 巡回測量巡回測量 巡回測量用于測量一個 mcu 或多個 mcu 上的測點，所測儀器類型可以是一 種，也可以是多種。得到

56、電測量后，計算出工程物理量，還可以直接取上一次 巡回測量數(shù)據(jù)。巡回測量時，數(shù)據(jù)采集軟件以列表的形式給出與各 mcu 相連的 儀器類型，供操作人員選擇。能夠?qū)y量數(shù)據(jù)進行檢查，當(dāng)測量數(shù)據(jù)超出量程 范圍或事先設(shè)置的安全警戒，將給出提示或告警。能夠按儀器類型打印測量數(shù) 據(jù)和保存測量數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫。 5.5. 定時測量定時測量 定時測量主要用來取定時測量數(shù)據(jù)，計算出工程物理量，測量所得的電測 量和工程物理量在列表中顯示。能夠按儀器類型打印測量數(shù)據(jù)和保存測量數(shù)據(jù) 至數(shù)據(jù)庫。取定時測量數(shù)據(jù)可以是計算機自動取數(shù)也可以是人工取數(shù)。 6.6. 系統(tǒng)管理系統(tǒng)管理 系統(tǒng)權(quán)限可分為三級，管理員，操作者和領(lǐng)導(dǎo)，相對應(yīng)的，

57、系統(tǒng)中設(shè)立管 理員，操作者和領(lǐng)導(dǎo)三個角色。 管理員具有所有系統(tǒng)的操作權(quán)，管理員的主要工作是管理用戶，設(shè)置口令， 設(shè)置各類參數(shù)，查詢和管理日志。 操作者對除用戶設(shè)置，日志管理外的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)均有操作權(quán)。 領(lǐng)導(dǎo)原則上對所有系統(tǒng)均具有查詢權(quán)，但沒有修改權(quán)。 對于每一個系統(tǒng)的使用者，在系統(tǒng)中均為其創(chuàng)建一個用戶，用戶有唯一的 用戶名，用戶口令由各用戶自行管理，管理員可以修改所有用戶的口令；用戶 口令采用加密算法。 權(quán)限的操作是通過主界面的菜單項表示的，在程序執(zhí)行過程中根據(jù)確認(rèn)的 權(quán)限對主菜單進行動態(tài)設(shè)置，對于無權(quán)的菜單將被隱藏。 權(quán)限僅授給角色，用戶通過充當(dāng)不用的角色以獲得權(quán)限，一個用戶只能充 當(dāng)一個角色

58、。 菜單定置參數(shù)記錄在一個全局?jǐn)?shù)組中，當(dāng)用戶登錄是由登錄窗口將相關(guān)信 息記錄在該數(shù)據(jù)中，由主窗口初始化時引用。 權(quán)限功能有如下子功能項：登錄驗證、取用戶信息、修改口令、管理員改 用戶口令、增加用戶、刪除用戶、對角色授權(quán)、指定用戶所充當(dāng)?shù)慕巧⒕S護 功能項等。 日志管理功能 日志主要記錄用戶的登錄、退出，打開窗口，關(guān)閉窗口，執(zhí)行操作（相當(dāng) 于點擊按鈕，如增、刪、改，但不記錄具體的操作內(nèi)容，如某數(shù)據(jù)由什么改為 什么）以及報警信息，日志內(nèi)容記入數(shù)據(jù)庫，管理員可以通過相應(yīng)程序查看日 志和清除日志。 日志記錄的功能主要有：操作時間，操作者，操作者所用的機器名，操作 類型（登錄，退出，打開窗口等信息），操

59、作描述。 日志的查看和清除等功能通過窗體提供，可以單獨運行，日志的記錄以類 模塊提供，由具體的應(yīng)用程序引用。 日志管理功能提供如下子功能： 刪除日志：刪除指定時間之前，指定用戶的日志 查詢?nèi)罩荆悍祷刂付ㄓ脩糁付〞r間段內(nèi)的日志。 系統(tǒng)設(shè)置功能 提供對系統(tǒng)參數(shù)的定義和設(shè)置，如測站設(shè)置，參數(shù)等，提供簡單的編輯 功能。 5.2.35.2.3 資料整編系統(tǒng)資料整編系統(tǒng) 資料整編系統(tǒng)按照混凝土大壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 （dl/t5178-2003） 、 土石壩安全監(jiān)測資料整編規(guī)范 （sl169-96）及相關(guān)規(guī)程要求對觀測資料進行 整編，同時，資料整編能夠?qū)Y料進行維護。 資料整編系統(tǒng)由資料維護、報表打印、圖形

60、繪制等模塊組成。如 error!error! referencereference sourcesource notnot found.found.所示。 資料整編系統(tǒng) 資 料 維 護 報 表 打 印 圖 形 繪 制 圖圖 1212 資料整編結(jié)構(gòu)框圖資料整編結(jié)構(gòu)框圖 1.1. 資料維護資料維護 資料維護又包括考證資料查詢、添加、修改和刪除、監(jiān)測數(shù)據(jù)添加、監(jiān)測 數(shù)據(jù)查詢修改、監(jiān)測資料刪除、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)。功能模塊如 error!error! referencereference sourcesource notnot found.found.所示。 資資料料維維護護 考證 資料 查詢 添加