关键词：大型；调水工程；施工控制网；关键技术
引言
我国北方各地水资源短缺、不平衡，为应对这种情况，近年来各地陆续实施了引调水工程，典型工程为南水北调及其配套工程。这些工程均依据安全输水、精确量水原则思想，设置了不同级别的工业控制系统和网络安全系统。因工程规模、工程等别、投入资金及设计者的不同，设计情况差别较大。目前引调水工程中的安全控制系统中一般设置网闸、硬件防火墙，但设置位置和设置数量原则不统一，个别工程设计中仅设置有硬件防火墙。结合工程设计经验，针对大中型引调水工程控制系统和信息安全领域，本文提出了一种在正常运行工况下具有三层级架构的安全控制系统。
1施工平面控制网的制约因素的分析
工程地形图测绘时，测图平面控制网主要是满足地形图比例尺精度要求，也就是地形图平面精度要满足建筑物设计平面衔接要求。工程施工阶段的放样测量，除与测图平面控制网一样要具有一定精度要求外，还要求图解长度与其实际地面长度相符，即边长投影变形影响最小，确保建筑物施工工艺要求。控制网的精度可以通过提高观测精度来实现的，但边长投影变形只能通过合理地确定投影基准面，通过边长改化来减弱或消除。对于边长投影变形的影响，工程测图平面控制网应在整个测绘范围内确保其影响符合要求，而施工控制网则重点要确保建筑物区域的影响最小。引绰济辽输水工程，是管线与隧洞及倒虹吸等水工建筑物相结合的输水工程，隧洞工程施工主要考虑贯通要求，要求施工平面控制网的精度较高且边长投影变形影响最小。而管线施工主要考虑工艺衔接要求，平面控制网的精度要求相对要低，工程施工一般是分标段进行，边长投影变形对各建筑物间和各标段间的影响可通过改变施工工艺解决。工程地形测图平面控制网的建立，其精度等级是根据测图比例尺的大小来确定，而边长投影变形影响，一般是在有建筑物的大比例尺测图区域需要考虑的。我国地形图的投影方式采用的是横切椭圆柱高斯正形投影，即投影面与参考椭球在中央子午线处相切，长度投影变形在中央子午线处为零，两侧距中央子午线愈远则投影变形愈大。国家地形图为了限制投影变形满足使用要求，投影又分为6度带高斯投影和3度带高斯投影。工程地形测图应重点分析距中央子午线较远的测图区域的边长投影变形影响。施工平面控制网的建立，其精度等级应按照建筑的类型及等级来确定，边长投影变形影响，应重点分析对建筑物施工测量有控制性要求位置的边长投影变形影响，如在隧洞施工贯通面上及有设备安装精度要求较高的部位等。
2大型调水工程施工控制网关键技术研究
2.1洞内测量误差分析
根据出洞点误差椭圆元素和贯通面方位角，可计算横向贯通中误差。宝林隧洞的施工方案是采用一台TBM设备单向开挖，则出洞点即贯通点。出洞点点位误差的误差源包括进洞点后视方位角误差、进洞点点位误差和洞内平面观测误差。洞内控制测量采用的全站仪测角中误差1.5"、测距精度1mm+1.5ppm，采用的陀螺仪的方位角中误差为8"。宝林隧洞全长13.8km，要求洞外和洞内控制测量的综合横向贯通中误差不大于200mm。依据《DL/T5173-2012水电水利工程施工测量规范》规定，洞室一侧开挖长度大于8000m时，应加测陀螺方位角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据相关文献，加测1个陀螺方位角时，最优加测位置为距出洞点1/3处；加测多于1个陀螺方位角时，最优加测位置为按距离均匀分布。针对单一导线法和交叉导线法，讨论加测0个、1个、2个、3个陀螺方位角的情况，并计算加测陀螺方位角后的贯通点点位误差。对于0个陀螺方位角的情况，还讨论了连续自由设站法。
2.2安全防护
系统采用多级安全措施，组成一套完善的安全体系，以保证系统运行过程中的安全。系统的安全措施分为五级:设备级、网络级、操作系统级、数据库级和应用级。(1)设备级设备级安全防护包括信息安全防护和功能安全防护。信息安全防护方面，在关键设备PLC上，设置密码保护，通过验证用户身份和权限，防止非法用户的访问和操作。功能安全防护方面，在编写PLC控制逻辑时，从荷重保护、限位保护和过载等多个方面来避免一些特殊情况可能对设备造成的危害，通过功能安全的防护措施，从而保证系统遭受非法入侵时也不会造成严重的控制设备损坏。(2)网络级系统运行于控制专网，控制专网具有完善的网络安全防护措施，确保网络运行安全和网上传输数据的安全。设置防火墙，在区域边界实现流量的深度监测、防范常见网络攻击、提供基于某些特征(如IP地址、UＲL及某些应用)的过滤等功能，根据不同安全域部署多级防火墙。为了实现数据通信的安全性，第一级防火墙应具备VPN网关(IPSec和SSL)功能。考虑到业务内网与互联网互联，来自外界的安全风险较大，因此建议部署二级防火墙，而且第一级防火墙、第二级防火墙与入侵检测系统实现联动。控制专网与业务内网、业务内网与业务外网之间，以及业务内网与其他水利机构的内网之间，在核心节点部署网闸，实现有效隔离。(3)操作系统级系统选用安全性能较好的Linux操作系统，并加装病毒监控系统。在系统运行前和运行中，要经常对操作系统进行安全漏洞检查和系统加固，以免因操作系统漏洞而影响监控系统的安全。
2.3GPS网的无约束平差：
基线处理结束后,应首先进行基线质量检验。其主要技术指标有：重复基线边的测量较差，同步环和异步环的闭合差以及网中各点的点位中误差和定向边的边长、方位角误差。在各项检核符合要求后，以所有独立基线构成闭合图形，所有基线向量及相应方差协方差阵作为观测信息；以G02的三维坐标作为起算数据，进行GPS网的无约束平差。平差后最弱点为G09点位中误差为2mm<±5mm,最弱边G20～G19，边长比例误差为1/554001<1/450000。
结语
引调水工程中广泛采用自动化控制系统，并且普遍采用PLC控制，具有控制层级多、控制方式多样、控制权限设定复杂等特点。随着国家对工业控制领域网络信息安全的重视，信息安全设计已提升到一个新的高度。本文结合工程实际设计情况，针对引调水工程控制和网络安全，提出一个具有普遍性和实用性的设计方法，对其他引调水工程的设计具有一定的借鉴性。
参考文献
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论文作者:李福强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：方位角论文; 误差论文; 边长论文; 工程论文; 精度论文; 平面论文; 隧洞论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;