水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)

一、現(xiàn)狀隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，人民生活水平的提高，人們對(duì)電力的需求量越來越大，受到傳統(tǒng)不可再生能源的限制，我國因提倡環(huán)境保護(hù)，火電發(fā)電逐漸減少，水利發(fā)電成為新的趨勢(shì)。水電站大壩安全監(jiān)測(cè)正常有效運(yùn)行運(yùn)用，直接影響發(fā)電站的安全生產(chǎn)管理水平。因此引入大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化非常必要?，F(xiàn)在大多數(shù)水電站大壩安全監(jiān)測(cè)都是通過人工觀測(cè)方式監(jiān)測(cè)或者自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)施設(shè)備嚴(yán)重老化，一方面費(fèi)時(shí)費(fèi)力成本高，另一方面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度不準(zhǔn)確，不能及時(shí)的反饋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。二、政策導(dǎo)向2023年2月28日，國家能源局發(fā)布的《水電站大壩安全提升專項(xiàng)行動(dòng)方案》（以下簡稱《方案》）的通知指出，為進(jìn)一步加強(qiáng)水電站大壩安全監(jiān)督管理，深入排查整治大壩安全問題，有效提升大壩安全總體水平，國家能源局決定在全國范圍內(nèi)組織開展大壩安全提升專項(xiàng)行動(dòng)?！斗桨浮凤@示，專項(xiàng)行動(dòng)時(shí)間為自本方案印發(fā)之日起至2024年12月，分排查整治、鞏固提升、評(píng)估總結(jié)三個(gè)階段進(jìn)行?！斗桨浮芬?，大壩運(yùn)行單位、主管單位及其隸屬的企業(yè)集團(tuán)總部要認(rèn)真對(duì)照法律法規(guī)、國家行業(yè)政策文件及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定要求，深入查擺大壩安全工作存在的問題和不足，制定落實(shí)改進(jìn)舉措。對(duì)照查擺的內(nèi)容至少應(yīng)包括完善大壩安全組織機(jī)構(gòu)、加強(qiáng)重要設(shè)備設(shè)施安全管理等8個(gè)方面、38項(xiàng)要求。

三、系統(tǒng)介紹水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)由水電站智能感知、物聯(lián)網(wǎng)信息通信、云端智慧監(jiān)控管理平臺(tái)組成。水電站的在線監(jiān)控具有水位、雨量、變形、滲壓、揚(yáng)壓力、視頻等運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)釆集、分析、上報(bào)功能，自組網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有全要素采集通信功能，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其安全性態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)做出及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和安全預(yù)警，有效提高工程運(yùn)行管理決策的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，同時(shí)向國家能源局大壩中心報(bào)送安全監(jiān)測(cè)信息。監(jiān)測(cè)內(nèi)容1、環(huán)境量監(jiān)測(cè)：上/下游水位、氣溫、降水量；2、變形監(jiān)測(cè)：水平位移、垂直位移、壩體內(nèi)部水平位移；滲壓監(jiān)測(cè)：壩基揚(yáng)壓力、繞壩揚(yáng)壓力、壩體滲流量；4、視頻監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)水電站大壩全貌、溢洪道、上游水尺及壩體滲流等部位。四、監(jiān)測(cè)布設(shè)圖五、系統(tǒng)組成水電站大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)采用全開放的分層分布式結(jié)構(gòu)，分為數(shù)據(jù)采集層和監(jiān)控中心層兩層。數(shù)據(jù)采集層主要設(shè)備為MCU采集單元及大壩安全監(jiān)測(cè)各類傳感器，監(jiān)控中心層主要配置1套安全監(jiān)測(cè)工作站、1套大壩安全數(shù)據(jù)服務(wù)器、1整套網(wǎng)絡(luò)通信及二次安全防護(hù)設(shè)備。六、水電站大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)采集軟件（1）數(shù)據(jù)通訊功能：實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與上一級(jí)數(shù)據(jù)管理主機(jī)之間的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，以及主管單位監(jiān)察中心之間的數(shù)據(jù)信息報(bào)送功能。同時(shí)充分考慮抗干擾設(shè)計(jì)，即使數(shù)據(jù)包的包頭和包尾有亂碼也能自動(dòng)剔除，保證采集網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的相互傳輸更加安全、可靠和高效。（2）數(shù)據(jù)采集功能:能夠?qū)崟r(shí)、定時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并具有超差復(fù)測(cè)功能。采集方式有兩種，即：中央控制方式（應(yīng)答式），由上位機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件下達(dá)命令，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的所有采集裝置（MCU）進(jìn)行巡測(cè)或選測(cè)，測(cè)量完畢后將數(shù)據(jù)根據(jù)命令存儲(chǔ)在監(jiān)控上位機(jī)中；自動(dòng)控制方式（自報(bào)式），采集裝置（MCU）按內(nèi)部設(shè)定時(shí)間間隔自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完畢后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并定時(shí)將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控上位機(jī)的測(cè)值數(shù)據(jù)庫中。自報(bào)測(cè)量前采集軟件首先初始化各臺(tái)采集裝置的運(yùn)行時(shí)鐘，使整個(gè)系統(tǒng)同步運(yùn)行，然后設(shè)定各臺(tái)采集裝置的自報(bào)時(shí)間間隔（根據(jù)對(duì)各測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量周期的不同要求，可以為每臺(tái)采集裝置設(shè)定不同的自報(bào)時(shí)間間隔），設(shè)定完成后各臺(tái)采集裝置自動(dòng)按自報(bào)時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量，存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)并定時(shí)傳送給采集軟件。當(dāng)監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障（斷電）或通信故障的情況下，各臺(tái)采集裝置也能按自報(bào)時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量，自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，采集軟件可將采集裝置內(nèi)存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)同步提取。系統(tǒng)具備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接入展示與圖表統(tǒng)計(jì)功能，系統(tǒng)提供安全分析模型，利用各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算分析，判斷大壩的安全穩(wěn)定情況，輔助管理人員與技術(shù)人員進(jìn)行階段性大壩安全鑒定。系統(tǒng)包括測(cè)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)報(bào)表、監(jiān)測(cè)圖、監(jiān)測(cè)分析4個(gè)模塊。滲壓監(jiān)測(cè)示意圖變形監(jiān)測(cè)示意圖系統(tǒng)提供所選電站的所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目（滲壓、變形、裂縫）任意測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化過程線展示和導(dǎo)出，電站的滲壓、裂縫的斷面分布示意圖，可選擇不同的樁號(hào)展示對(duì)應(yīng)斷面，可選擇任意時(shí)間段進(jìn)行查詢。過程線示意圖斷面分布示意圖監(jiān)測(cè)分析：系統(tǒng)包括位移和庫水位關(guān)系圖、滲流和庫水位關(guān)系圖、滲壓和庫水位關(guān)系圖。根據(jù)所選電站的庫水位和位移數(shù)據(jù)、測(cè)點(diǎn)滲流量數(shù)據(jù)、滲壓水位數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)一元線性回歸方程自動(dòng)繪制水平位移、垂直位移、滲流水位和庫水位關(guān)系圖，分析位移、滲流量、滲壓和庫水位的關(guān)系，為大壩安全監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。位移和庫水位關(guān)系圖示意圖揚(yáng)壓力/滲流滲壓和庫水位關(guān)系圖示意圖2、大壩安全監(jiān)測(cè)查詢與分析軟件1、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示模塊（1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示功能監(jiān)測(cè)信息三維可視化：依托環(huán)境監(jiān)測(cè)信息、變形監(jiān)測(cè)信息、滲流監(jiān)測(cè)信息，結(jié)合大壩立體模型，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的三維可視化查詢與展示，信息顯示更加符合現(xiàn)實(shí)空間維度，方便、直觀。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理功能①數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成:采集軟件采集實(shí)時(shí)最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理過程，整編進(jìn)入中心綜合數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。信息管理軟件讀取監(jiān)測(cè)儀器測(cè)點(diǎn)最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以多種形式進(jìn)行展示，令用戶可以從多角度了解和掌握工程安全監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表。②數(shù)據(jù)可視化:對(duì)工程安全監(jiān)測(cè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行分類處理，結(jié)合監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)圖紙，以圖形的方式顯示各個(gè)重點(diǎn)部位的測(cè)點(diǎn)分布、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行情況。③儀器狀態(tài):通過對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，判別并統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。④異常數(shù)據(jù)管理:對(duì)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，支持以人機(jī)交互的方式進(jìn)行異常數(shù)據(jù)查詢和異常判別。⑤數(shù)據(jù)輸入:數(shù)據(jù)輸入包括自動(dòng)輸入和人工輸入兩種方式，輸入的數(shù)據(jù)源可以是同平臺(tái)架構(gòu)的采集數(shù)據(jù)，也可以是跨平臺(tái)的外部監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。自動(dòng)輸入:可通過自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件直接獲得或通過其他指定數(shù)據(jù)接口提取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并入庫，數(shù)據(jù)入庫受測(cè)點(diǎn)入庫時(shí)段和數(shù)據(jù)極限控制。人工輸入:可人工輸入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以直接輸入監(jiān)測(cè)物理量。直接輸入監(jiān)測(cè)物理量是為了適應(yīng)人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化測(cè)點(diǎn)后，人工輸入該點(diǎn)自動(dòng)化以前的歷史數(shù)據(jù)。⑥整編入庫:無論是自動(dòng)輸入還是人工輸入數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)入庫的過程中都需要完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至監(jiān)測(cè)物理量轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)，并經(jīng)過極限值、粗差、計(jì)算等一系列整編處理后，將自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)按指定的規(guī)則進(jìn)行整理并把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的整編數(shù)據(jù)庫中，形成最終通過篩選和高度凝練的數(shù)據(jù)源，以提高數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性。2、過程數(shù)據(jù)趨勢(shì)曲線生成模塊數(shù)據(jù)輸出通過輸出向?qū)Э梢暂敵鰷y(cè)點(diǎn)列表、多窗口輸出測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)圖表、某時(shí)段中的所有測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、測(cè)點(diǎn)列表中的測(cè)點(diǎn)綜合信息、數(shù)據(jù)模板(特殊的數(shù)據(jù)輸出集合)和報(bào)表等。系統(tǒng)提供多元化輸出方式，包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)輸出Excel文件，過程線圖形下載，分析報(bào)告輸出為Word文件等功能。3、歷史數(shù)據(jù)查詢/導(dǎo)出/打印模塊（1）歷史數(shù)據(jù)查詢(單點(diǎn)查詢)：對(duì)工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中任意一支儀器測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以指定任意時(shí)間段和數(shù)據(jù)源(整編庫/原始庫)，查詢儀器歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相應(yīng)過程線，并且支持對(duì)各個(gè)采集設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工增加、刪除和修改，對(duì)查詢結(jié)果可以根據(jù)不同字段進(jìn)行排序。（2）歷史數(shù)據(jù)查詢(組合查詢)：對(duì)于監(jiān)測(cè)資料，用戶可以查詢多個(gè)測(cè)點(diǎn)在一段時(shí)間內(nèi)的監(jiān)測(cè)測(cè)值和成果數(shù)據(jù)。能夠根據(jù)用戶所選擇監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、輸入的開始日期、結(jié)束日期、顯示所有符合條件的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。顯示順序可以按日期排序或按測(cè)點(diǎn)排序，同時(shí)可以對(duì)所查詢的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改并導(dǎo)出查詢結(jié)果。4、年/月/日數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成模塊對(duì)于監(jiān)測(cè)資料，用戶可以查詢單個(gè)或多個(gè)測(cè)點(diǎn)在指定年、月、日內(nèi)的監(jiān)測(cè)測(cè)值和成果數(shù)據(jù)并自動(dòng)生成報(bào)表。顯示順序可以按日期排序或按測(cè)點(diǎn)排序，同時(shí)可以對(duì)所查詢的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改并導(dǎo)出查詢結(jié)果。5、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及輔助決策模塊數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件功能用于對(duì)實(shí)際測(cè)得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的計(jì)算及分析處理，主要包括大壩變形分析、內(nèi)觀數(shù)據(jù)計(jì)算分析和滲流壓力分析等。（1）大壩變形分析進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)資料的定性分析和統(tǒng)計(jì)模型定量分析。以變形監(jiān)測(cè)信息三維可視化方式直觀顯示并分析工程結(jié)構(gòu)變形情況（2）揚(yáng)壓力及其他滲流分析①滯后時(shí)間分析采用單因子回歸模型計(jì)算滲流壓力水位滯后時(shí)間。②建立統(tǒng)計(jì)模型采用多元回歸方法建立統(tǒng)計(jì)模型，統(tǒng)計(jì)模型的因子為上游水深、降水量、時(shí)間等因子，根據(jù)相關(guān)系數(shù)，就回歸效果給出定性結(jié)論。除了建立新的統(tǒng)計(jì)模型，還可顯示己建統(tǒng)計(jì)模型，包括所有采用資料的開始日期、結(jié)束日期和模型信息，以及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)過程線、由模型計(jì)算得到的數(shù)據(jù)過程線。6、超預(yù)警值報(bào)警消息推送模塊異常數(shù)據(jù)報(bào)警，系統(tǒng)提供了監(jiān)測(cè)信息分級(jí)預(yù)警預(yù)報(bào)的功能，根據(jù)不同監(jiān)測(cè)儀器的數(shù)據(jù)合理范圍和風(fēng)險(xiǎn)闌值，自動(dòng)判別水工程安全是否存在隱患。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量級(jí)的不同將風(fēng)險(xiǎn)劃分等級(jí)，以異常信息列表、圖形高亮顯示或由短信及時(shí)發(fā)包預(yù)警信息，讓相關(guān)管理人員及時(shí)了解水工程安全狀態(tài)。數(shù)據(jù)查詢提供異常數(shù)據(jù)查詢選項(xiàng)，可以對(duì)任意監(jiān)測(cè)儀器和測(cè)點(diǎn)查詢?nèi)我鈺r(shí)間段內(nèi)的異常數(shù)據(jù)，并導(dǎo)出查詢結(jié)果。7、用戶信息管理與權(quán)限管理模塊（1）系統(tǒng)管理功能①用戶管理:對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，具有系統(tǒng)設(shè)置權(quán)限的用戶可以填加和刪除系統(tǒng)用戶，并修改用戶信息。②權(quán)限管理:給不同的用戶設(shè)置不同的權(quán)限，不同的用戶以自己的口令和密碼登錄系統(tǒng)后有不同安全級(jí)別的操作權(quán)限。（2）項(xiàng)目管理功能①設(shè)備信息:對(duì)系統(tǒng)中所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的儀器類型、儀器名稱、儀器信息、生產(chǎn)廠家、計(jì)算公式與參數(shù)、極限值等信息分獨(dú)立功