关键词：水电站；大坝巡检系统；移动应用；Web；APP；计算机技术
0、引言
水电站大坝作为重要的水利水电工程枢纽，发挥着巨大的工程效益，承载着人民日常生活及工农业生产的艰巨任务。[1]水库不仅为防汛抗洪调度、确保一方平安做出了巨大贡献，而且兼顾着灌溉、发电、人畜饮水的重任，稍有不慎则会给国家和人民带来难以预料的灾难。[2]因此，大坝安全是水库管理中的重中之重。但是由于大坝工程的复杂性、运行环境变化的随机性以及受极端气候、地震、工程老化、管理薄弱等因素影响，大坝事故还会长期存在。大坝安全监测和安全巡检能够及时捕捉大坝隐患前兆、迅速发现问题，是保障大坝安全的重要手段。
1、传统大坝安全巡检存在的问题
由于安全巡检工作繁杂、体力强度高、管理难度大和巡检人员素质良莠不齐等诸多原因，传统大坝安全巡检存在很多问题。[3]（1）现场作业繁重，巡检效率低下。根据《混凝土坝安全监测技术规范（SL601-2013）》，巡检人员在及时发现各类工程缺陷的同时，还须运用目测、手摸、尺量等直观方法和相应工具对缺陷进行定性或定量描述，手工填写巡检记录表，附以必要的简图、照片或影像记录。作业任务繁重，工作效率低下。（2）巡检规范程度低，成果质量易受干扰。以大坝、厂房为核心的水工建筑物存在特异性，而照搬相关规范的通用巡检条款和记录表格，且不与电站水工运行维护工作流程和管理机制相结合的现场巡检作业，势必无法控制因巡检路线随机、巡检人员工作经验及技能水平差异对水工专属缺陷巡检成果的影响。（3）多源信息融合难度大，成果综合评判困难。当前巡检成果台账多为人工整编的缺陷文字描述和缺陷影像的电子表格，因缺乏数字化手段管理，在无法实现多源巡检数据有机融合的情况下，无法运用数理统计、GIS空间相关性分析等诸多方法对大量积累的历史巡检数据进行综合分析，更难以实现离散缺陷信息与仪器安全监测数据成果互为补充，相互校验，水工建筑物整体工况及变化趋势综合评判的需求。
2、水电站大坝巡检系统总体设计
本设计包括Web端和移动终端，通过局域网连接至巡检后台，巡检后台为Web端和移动终端提供巡检业务相关的服务支撑，包括数据同步服务、巡检信息管理服务、巡检任务管理服务、报表管理服务、缺陷管理服务、报表服务、用户权限管理服务、日志管理服务。巡检后台部署在Web服务器，通过数据库连接提供必要的数据交互、数据存储功能。系统总体框架图如图1所示。
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图1系统框架图
系统逻辑架构划分为五层（详见图2），其中采集层位于移动终端，解析层、数据层、服务层和应用层四层位于Web Service端。
（1）采集层：主要通过部署于移动设备上的巡检采集端App，采集水电站巡检业务与水工建筑物缺陷信息，综合GPS（户外）和二维码识别采集巡检事件和缺陷空间信息。
（2）解析层：主要利用研发的数据同步技术，实现巡检属性和多媒体信息的可靠、高效解析和传送，采用多元化通信模式，满足信息共享，实现广泛的互联功能。
（3）数据层：通过构建的业务数据库分类存储电站建筑空间数据、缺陷属性与多媒体数据、环境量数据、二维码数据等数据，为后续服务提供数据支撑。
（4）服务层：使用SOA的思想，基于Web服务技术开发粒度适中、易于扩展的业务功能接口，构建适应业务需要的Web系统。
（5）应用层：将服务层发布的Web服务进行整合处理，为系统用户提供包括作业指导书、路径、信息、缺陷、报表.png)
、权限与日志管理等多个应用支持。
图2系统逻辑架构图
3、水电站大坝巡检系统功能设计
3.1 Web端系统功能
（1）数据同步：数据同步包括数据上传和下载两个部分。数据上传是在巡检移动端App的巡检任务结束后，巡检人员需要将巡检信息数据上传到服务器端；数据下载是将巡检元数据和巡检历史数据同步到Pad端，确保App能够正常运行，保证巡检人员开展正常的巡检任务。数据同步是在App端完成的，但数据上传完成后，服务器端需要将数据解析存入数据库；数据下载前，服务器端需要先将数据从数据库中抽取出来，再传输到移动设备。
（2）巡检信息管理：巡检信息管理功能包括巡检信息查询、对比查询功能。巡检信息查询是通过填写查询条件，筛选出需要的巡检信息并浏览；对比查询功能是通过选取两个不同的时间，并且选中一个巡检项目，进行比较。将两个时间点的巡检信息并列展示进行对比，同时可以对比查看图片和视频文件。
（3）巡检任务管理：巡检任务是每次巡检人员需要进行巡检的部位的集合。巡检任务包含一天或多条巡检线路，巡检人员按照巡检线路安排开展巡检任务。巡检任务和巡检路线可以选择内置的常用巡检路线和任务，也可以定制新的或更新原有的巡检任务和巡检路线。
（4）缺陷管理：缺陷管理功能包括消缺统计、缺陷台账报表、缺陷消除处理三个子功能。
（5）报表管理：报表管理模块包括生产运行分析报表、生产月报。生产运行分析报表将巡检中发现的所有问题、缺陷以报表的形式输出；生产月报以一个月为时间间隔，将巡检信息、缺陷信息及其处理情况以报表的形式输出。
（6）用户权限管理
①用户管理：对系统内的所有用户的基本信息实现增删改查。
②权限管理：系统内的所有用户的角色和操作菜单的权限进行分配和管理。
③考勤管理：对巡检人员的日常巡检工作进行统计和考核。
（7）日志管理
3.2移动端App系统功能
（1）数据同步：数据同步包括数据上传和下载两个部分。数据上传是在巡检移动端App的巡检任务结束后，巡检人员需要将巡检信息数据上传到服务器端；数据下载是将巡检元数据和巡检历史数据同步到客户端，确保App能够正常运行，保证巡检人员开展正常的巡检任务。
（2）用户登录：用户登录App需要进行用户身份信息校验，校验完成后，巡检人员需要了解本次巡检要注意的内容，并进行巡检任务的领取。
（3）巡检实施
①巡检路线：巡检任务可能包括多条巡检路线。由于水工建筑物的部位基本是固定的，因此巡检路线以拓扑图显示。[4]在巡检拓扑图中，巡检部位用图标表示，巡检部位之间以箭头指向表示巡检路线中规定的顺序。点击图标即表示巡检对应的部位。已巡检的部位图标以绿色标注，待巡检的则以红色标注，为用户实施巡检提供必要的位置信息提示。
②基本信息录入：用户点击任意巡检部位图标之后，则显示基本信息录入和确认界面。基本信息包括巡检时间、入库流量、出库流量、坝前水位、坝后水位、巡检负责人、巡检人员等。
③巡检信息对比：当巡检到某一部位，App显示该部位巡检历史信息查询，作为本次巡检的对比信息，为缺陷判断和稳定性分析提供依据。
巡检信息录入：到达巡检部位后，巡检人员选择对应的巡检项目，App弹出巡检信息录入对话框，并录入文字、图片等巡检信息。
4、工程应用
在前述巡检系统架构和功能设计的基础上，研发了黄登·大华桥电厂水工巡检系统，并于2019年底上线运行。按照这一套规范化的巡检解决方案，实现了巡检任务的电子化、规范化，解决了水工巡检信息结构化与成果可追溯难的问题，全面提升了水工巡检作业的信息化与智能化水平，更好地服务于黄登·大华桥电厂的日常管理工作。
5、结语
加强水电站大坝的安全巡检，定时对工程安全隐患进行排查，有利于做好事故防范和隐患及时处置，可预防水电站大坝失事，充分发挥大坝工程效益。本文所述信息系统是一套针对水工建筑物安全监测业务场景开发的巡检解决方案，水工巡检系统由移动端应用、Web端管理平台以及数据同步软件三部分构成。通过该系统，用户可以借助移动端App开展现场巡检工作，根据巡检区域、部位、问题等级、消缺状态，用文字描述和图片对巡检中发现的问题进行记录并保存在移动端的数据库中；巡检结束后，通过数据同步软件，用户可以将巡检数据安全便捷地传输到Web端的管理平台；水工巡检人员可在系统中共享所有巡检数据，并随后针对巡检中发现的问题开展消缺工作；消缺结束后，可将巡检情况导出为规范化的报表，完成巡检数据的存档工作；在下一次巡检开始之前，借助数据同步软件，用户可将历史巡检数据导入到移动端App，实现巡检数据的可追溯，针对巡检结果，合理安排下一轮巡检工作任务，并推送至相应的巡检工作人员。按照这一套规范化的巡检解决方案，可实现巡检任务的电子化、规范化，解决水工巡检信息结构化与成果可追溯难的问题，全面提升水工巡检作业的信息化与智能化水平。
参考文献
[1] 张启探.切实做好巡视检查确保大坝安全运行[J].大坝与安全,2003（6）：9-12.
[2] 王金强．做好闸坝定期巡检确保安全运行[J]．大坝与安全,2007(2)：16-19,24.
[3] 邢林生. 略论大坝巡视检查的重要性[J]. 大坝与安全, 2005（5）:7-11,22.
[4] 廖文来. 大坝安全巡视检查信息综合评价方法研究[D]. 武汉；武汉大学，2005.
论文作者:李艳伟
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷19期
论文发表时间:2020/3/5
标签：大坝论文; 数据论文; 水工论文; 缺陷论文; 信息论文; 系统论文; 水电站论文; 《建筑实践》2019年38卷19期论文;