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摘要：大坝安全监测是了解坝体的安全状况，避免安全事故的有效措施。本文介绍了大坝安全监测的主要内容，对大坝运营期的安全监测——自动化监测技术进行了研究，并对几种先进的大坝自动化安全监测技术进行了理论分析和应用情况说明。自动化监测技术能实现监测数据的无线传输、多用户移动端数据查阅和坝体风险的智能预警。本文的研究对大坝安全监测技术的发展具有十分重要的意义。
关键词：大坝；安全监测；监测技术
对大坝进行安全监测可以了解大坝的运行情况，及时发现坝体存在的安全隐患，将安全生产事故消灭在萌芽状态。大坝安全监测的全过程包括：通过对采集大坝的各类信息和数据进行分析、整理，校准大坝的各类参数，对大坝的安全性进行评价，确定坝体的安全程度。大坝的安全监测有助于全面了解坝体的安全现状，有助于分析总结坝体的变化规律，有助于改进设计、指导施工和督促运营[1]。
一、大坝安全监测内容
大坝的整个生命周期都需要进行安全监测，生命周期内各阶段的安全监测内容和监测设备设施详见表1[2]。
二、大坝安全监测技术
大坝安全生产事故多发生于整个生命周期内的运营期，因其周期最长，受影响的因素最多，变化也最大。本文即对大坝运营期的安全监测——自动化监测技术展开研究。
（1）监测项目
大坝自动化监测项目主要包括变形监测和渗流监测。变形监测的监测任务是监测大坝的水平位移和垂直位移，一般每个坝段需至少布设一个观测点，整个坝体的观测点不少于三个。渗流监测主要监测坝体的渗透压力和渗流量，除在坝体上设置观测点外，还在大坝两侧的山体上布设观测点，主要观测点位的地下水状况，以了解坝体是否产生了绕坝渗流。
（2）系统组成
大坝自动化安全监测系统由水利设施系统、计算机系统、通讯系统等多个系统组合而成，主要包括现场量测、数据采集、信息处理、安全评价、结果输出、危险预警等几个具体的实施过程。为拓展系统功能、优化系统运行，部分监测系统还增加了一些外接设备，如打印机、绘图仪、视频监控系统等，使数据输出更直接、精确。
（3）传感器
对大坝渗透压力和地下水位的观测一般采用渗压计，如弦式渗压计、压阻式渗压计等。随着自动化技术的发展和应用，智能传感器得到了较为普遍的应用。智能传感器可以将前端数据和信息直接传输给计算机进行分析处理，具有灵敏度高、数据精确、布置方便、经济实用等特点。
三、几种先进的大坝自动化安全监测技术
3.1 基于无线传感设备的大坝安全监测技术
传统的传感监控系统是有线传输，在安装时需要长距离布设数据传输线路，损耗较大、维修困难。采用无线传感设备，无需布设传输线路，便于安装、维修和更换，大大降低了安全监测的投入。
（1）系统组成和运行原理
基于无线传感设备的大坝安全监测系统包括数据采集、数据存储和数据分析三个部分。无线传感设备作为监测系统的前端，主要实现坝体监测结果数据的采集和传输工作，监测系统后端的计算机实现数据的存储和分析，数据传输回来存储在计算机的数据库中，计算机的数据分析软件对数据库中的数据进行分析，并将分析结果对照评价标准进行评价，然后输出评价结果供操作者查阅。
（2）系统可以实现的功能应用
基于无线传感设备的大坝安全监测系统可以实现以下几种功能：
无线传感设备安装使用时无需铺设输电线，从而最大程度的拓宽了无线传感设备的使用范围，坝体上一些不便于安装设备和铺设电线的隐蔽地方都可以安装无线传感设备。多个无线传感设备交织成无线监控网络，使安全监测系统实现了全方位的坝体安全性监控。
长距离有线传输会因某一处的线路损坏影响传输结果。无线传感设备是无线传输数据，能影响传输过程的因素较少，可以实现监测数据的精准传输。
无线传感设备易于安装，不受水、风、雷、电的影响，损坏时可直接更换，户外使用时还能利用太阳能、风能等清洁能源提供动力，运行成本较低，能实现安全监测系统的稳定运行。
3.2 基于云端的大坝安全监测技术
将云技术运用到大坝安全监测中，建设基于云端的大坝安全监测系统，该监测系统充分利用了网络资源，实现多用户的移动端监测，有效降低监测系统的运行成本，提高资源利用率。
（1）系统组成和运行原理
基于云端的大坝安全监测系统由在云端的数据库、服务器和客户端组成。整个系统的核心是在云端的服务器，负责接收来自坝体传感器的数据并进行分析、计算，这些数据和计算结果均存储于在云端的数据库中，由客户端根据操作者的要求实现数据的调用和输出。
（2）系统可以实现的功能应用
基于云端的大坝安全监测系统可以实现以下几种功能：
按照客户端操作输出大坝监测数据，监测数据可以是数据信息、图形信息或视频信息，监测数据可以是实时监测数据，也可以历史监测数据和数据分析结果。
对数据库历史数据进行分析、处理，按客户端操作要求输出监测点位一定周期（年、月、周）内的发展变化过程图，并预测未来的发展趋势，为大坝安全事故预警和变化规律的总结分析提供基础数据；
存储大坝其他相关信息供客户端查阅，如大坝建设情况、安全监测点位布置情况、建设单位及运营单位信息、大坝管理人员信息等；
实现多个客户端输出，操作人员可以通过互联网登陆安全监测系统管理页面进入系统查看数据。为保证数据的安全有效，可以设置操作权限，管理员可以修改数据，其他人员只能查看数据。客户端可以电脑、平板、手机等各种数据输出设备，移动客户端的使用拓宽了大坝安全监测的工作范围，在任何地方的操作人员都可以通过登陆系统查看数据，这也给大坝安全监测数据的保密工作提出了更高要求。
3.3 基于智能预警设备的大坝安全监测技术
基于智能预警设备的大坝安全监测系统主要通过对比监测数据和预警标准，在出现异常的情况下发出警报提示操作人员。预警标准可以是具体的量化数据指标、标准模型分析或综合统计评价等，预警标准不只针对某个单项监测结果进行检查，而是对各点位监测数据进行全方位的统计、分析和对比。通过系统中建立标准的统计模型，对比各项监测结果，在结果异常时进行警示。智能预警系统还可以对未来发展趋势进行预测分析，实现数据异常的提前预警，在将要发生异常时就发出警告，让操作者及时发现坝体的异常情况和安全隐患，将安全事故消灭在萌芽状态。智能预警系统一般分为四个预警级别——正常、基本正常、异常、重大异常，以区分对待，系统操作者可以根据坝体的风险级别和紧急程度调动各方资源消除安全隐患。
四、结论与展望
大坝安全监测对大坝的安全稳定运行具有十分重要的意义。大坝运营期的安全监测内容主要包括变形监测、渗压渗流监测、应力监测等，主要采用自动化监测技术，包括基于无线传感设备的大坝监测技术、基于云端的大坝监测技术、基于智能预警设备的大坝安全监测技术等。自动化监测技术能实现监测数据的无线传输、多用户移动端数据查阅和坝体风险的智能预警。随着科学技术的发展，大坝安全监测技术必将朝着更加经济化、网络化、智能化的方向发展，以保证大坝的安全有效运行。
参考文献
[1]丁永忠. 基于无线传感器网络的大坝安全远程监测技术研究[D]. 武汉理工大学, 2011.
[2]李桂金. 水库大坝安全监测要素分析[J]. 黑龙江水利科技, 2013, 41(11):98-100.
论文作者:黄港
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/1/18
标签：大坝论文; 数据论文; 监测系统论文; 设备论文; 技术论文; 系统论文; 云端论文; 《基层建设》2016年30期论文;