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摘要：随着大型水库、河闸等水利枢纽监视监控任务的要求不断提高，以及计算 机、通信、自动控制、微电子等技术的进一步迅猛发展,水利枢纽自动化系统的发 展具有功能综合化、互连网络化、开放性与标准化等特征。因此，新技术也必然应用于大坝安全监测系统中。本文主要对新技术应用于大坝安全监测系统中的可靠性、可行性，进行了实施性探讨。
关键词：大坝安全；监测系统；新技术；实施；运用
Abstract: With the large reservoir, river gate key water control project monitoring mission requirements continue to increase, further rapid development of computer, communication, automatic control, micro-electronics technology, automation system of water conservancy development with comprehensive function, interconnection network, openness and standardization. Therefore, the new technology is applied to dam safety monitoring system. This paper discussed the reliability of feasibility of the new technology in dam safety monitoring system.
Key words: dam safety; monitoring system; new technology; implementation; application
中图分类号：TV5
引言：
大坝安全监测技术现在已发展成为一门新兴的技术学科和工程专业, 是关系到社会公共安全的一项系统工程。针对水库的城市防洪和供水功能而设计水库自动化控制系统，它以先进的控制技术、可靠设备、成熟的分层分布的、全开放式的特点，被广泛应用于水库的运行管理之中，使得水库管理的工作效率显著提高。
1. 大坝安全监测系统新技术趋势
随着科学技术的进步及水利水电事业的蓬勃发展, 大坝安全监测技术也在不断发展和提高。大坝安全监测系统新技术趋势有以下几点:
1.1监测设计优化
设计优化的目的是以最小的监测工作量，解决大坝安全监测中需要解决的技术问题, 在保证安全的前提下, 以最少的投入获得最大的效果, 充分发挥安全监测的作用。为此, 国家90 年代初提出并进行了研究, 先后纳入了水利部科技重点项目和水利部规划设计总院科研项目, 研究成果在工程上应用后，取得了显著的效果和巨大的效益。
1.2发展智能传感器
这是一种将传感器与微型计算机集成在一起的装置, 使其具有感知本能外, 还具有认知能力。这种仪器具有复合敏感功能, 即能同时测量多种物理量和化学量, 如美国加州大学智能传感器可同时测量液体温度、 流速、 压力和密度;此外, 传感器还具有自补偿和计算功能, 自检、 自校、自诊断功能以及信息存储和传输功能。
1.3改进数据采集系统
由于大坝安全监测的测点比较分散, 且仪器种类较多, 要实现对建筑物各測点的全面控制, 需要一种低成本、 可互操作的测控系统, 但目前国内外有关厂家产品的性能还不够理想。因此, 对现有各种大坝监测数据采集系统的开放性、可兼容性、 可靠性及现场设备监测网络的广泛易组性( 适应多种通信介质) 、可远程监控等性能进行改进, 是一个重要的发展方向。
1.4 群坝信息系统集成
在国内一些地区建立的水库管理局和水电总厂的体制下, 往往要求统一管理流域系统或附近地区的多座大坝, 例如湖南五凌电力公司就属于这种情况。为此, 需要以公司管理部门为中心, 各坝区为分中心, 实行统一管理、 远程操控、 监测数据采集、 分析评价和网络报送等由中心负责, 各分中心只需保证系统的现场硬件设备正常运行即可, 这就大大减少了管理人员, 且提高了工作效率。南瑞集团公司最近研制的分布式大坝安全信息集成系统在五凌公司应用, 较好地解决了这一问题。
1.5 采用综合自动化系统
在大坝安全管理方面, 一般同时存在多个自动化系统, 其中包括安全监测、 水情监测、 闸门监控、 视频监控等。水电自动化与大坝监测需要将安全监测系统，纳入工程远程监控系统进行自动化统一管理。对工程自动化系统的综合管理, 应该是一种发展方向和趋势。
1.6 利用视频图像监控
视频图像作为大坝安全监测的重要辅助手段, 可以更好地了解和检查大坝的工作状态和运行情况。 建立大坝图像监视系统, 主要是对大坝、 地基、 岸坡的关键部位及监测设施建立图像观测点进行实时监控, 并将图像传输到监测分站、 总站或管理中心,进行图像监视、显示、录制、回放, 并对摄像设备进行远控。对了解工程性状取得了良好效果。
1.7进行现场安全检测
安全检测对大坝安全运行作用日益明显, 主要是可以找出坝体及坝基内部隐患, 了解掌握大坝运行性态, 并可对大坝的维修加固进行检查及评价。这项工作目前还在发展阶段,其检测设备和方法还需不断研究和完善, 但是应当肯定, 安全检测是检查大坝健康状态的好工具、 好方法, 将会越来越受到监测界的重视。
1.8开展安全报警研究
为避免产生安全灾害和减少损失, 在进行了各种监测及资料分析的基础上,进行安全报警是非常重要的。这方面国外研究较多, 有的发达国家建立了长期报警系统, 甚至还定期进行演习。中国在这方面还比较薄弱, 建议开展报警系统研究, 对报警准则、分级、设备及方法等提出一套切实可行的技术方案, 待条件成熟时可制定安全报警的规程、 规范。
2. 大坝安全监测系统中的新技术
2.1大坝形变观测技术包括：测量机器人技术、GPS观测技术、GPS一机多天线技术等。
2.2大坝自动化监测技术包括：光纤传感技术、大坝CT、基础岩层电测技术、渗流热监测技术等。
3.G PRS 技术在大坝安全监测系统中的应用
3.1大坝安全监测系统由遥测站、中心站组成
3.1.1遥测站: 由测控装置(MCU),变形监测、渗压监测仪器和上游水位计等仪器, GPRS模块,电源组成。
3.1.2中心站:由GPRS数据接收、中心端管理软件组成。其工作的基本原理是:中心站的主控计算机在软件的支持下,通过GPRS平台, 接收每个监测站发出的数据, 数据终端完成各项数据的采集和处理,再经编码调制后,通GPRS传送给主控计算 机,存入中心数据库, 并由主控计算机完成各种数据的显示、分析汇总、报警、打印等处理。
3 .2G PRS 技术系统的先进性
目前国内生产的系统同国际上的几种先进产品， 如美国的 Geomation 23 00系统, SINCO的IDA系统,意大利的GP-DAS系统相当, 系统功能、技术性能和总体结构都很接近,且在中国的大坝上应用时更具有优越性, 更适应中国的大坝安全监测仪器。如在差动电阻式仪器测量方面，采用了消除导线电阻及芯线电阻变 差影响的五芯测量技术, 这项性能优于国外系统。
4.弹性波 C T 技术在大坝自动化监测系统中的應用
4.1弹性波 CT 技术原理
CT( Computerized Tomog raphy )技术,又称层析成像技术, 是医学计算机层析扫描技术在地球物理领域的应用和发展, 是一项新兴技术。工程 CT 技术, 是借鉴医学 CT , 通过人为设置的某种射线( 弹性波、电磁波等) 穿过工程探测对象( 工程地质体) , 从而达到探测其内部异常( 物理异常)的一种地球物理反演技术。
由于所用射线不同, 又可分为弹性波 CT、电磁波 CT 及电阻率 CT等。
4.2弹性波 CT 技术实施效果
工程实践表明,采用跨孔弹性波 CT 层析成像方法对大坝截渗墙进行质量检测, 较为准确有效。根据截渗墙墙体施工工艺及质量控制造成的一些内在缺陷, 在墙体布置弹性波 CT 剖面, 利用弹性波 CT 具有分辨率高、可靠性好、图像直观、信息量大的特点, 可查明混凝土截渗墙分序施工造成的接头缝, 以及浇筑不密实区等缺陷, 为截渗墙加固施工提供准确指导, 克服常规工程钻探与地面工程物探勘察的不足, 但是同时, 由于跨孔弹性波 CT 固有 的/ 横向模糊等因素造成的盲区, 对一些特有的异常体如自上而下纵贯剖面的异常无法区分, 还需要对弹性波 CT 的观测系统、 反演理论等进行更深入的研究。
5.总结：
大坝安全监测技术虽然已经较为成熟，某些方面甚至已达到了国际先进水平，但是，在新的时代仍然面临着许多新的挑战。展望未来，希望能够看到的是一个完整的满足大坝及工程安全监测需求的仪器系列，它们将是高精度高可靠性高稳定性和智能化的仪器系统; 一个功能强大性能优良稳定可靠小型化的自动化采集装置; 一个可采用多总线多介质构建各种规模的稳定可靠智能化的大坝安全监测自动化系统; 一个具有区域性综合管理能力的大坝安全监控网络管理系统，它拥有完备的智能化在线监测离线分析安全评判风险评估和决策支持系统，能及时充分地挖掘大坝安全监测的有用信息，在确保大坝安全运行的基础上，充分发挥水电站水库的最大经济效益和社会效益。
参考文献:
[1] 赵志仁 , 郭晨. 国内外引(调)水工程及其安全监测概述. 水电自动化与大坝监测, 200 5, 29 ( 1 ) : 58 - 61 .
[2] 周小兵 ,等. 长距离调水工程管理信息系统. 北京:中国水利水电出版社,20 07 .
[3]朱 文仲, 赵志忠, 朱仲文, 等. 弹性波 C T 技 术几个重要问题 的研 究[ J ] . 工 程 地球 物理 学 报, 20 08 , 5( 2) : 1 73 ~ 18 0.
关键词：大坝安全；监测系统；新技术；实施；运用
Abstract: With the large reservoir, river gate key water control project monitoring mission requirements continue to increase, further rapid development of computer, communication, automatic control, micro-electronics technology, automation system of water conservancy development with comprehensive function, interconnection network, openness and standardization. Therefore, the new technology is applied to dam safety monitoring system. This paper discussed the reliability of feasibility of the new technology in dam safety monitoring system.
Key words: dam safety; monitoring system; new technology; implementation; application
中图分类号：TV5
引言：
大坝安全监测技术现在已发展成为一门新兴的技术学科和工程专业, 是关系到社会公共安全的一项系统工程。针对水库的城市防洪和供水功能而设计水库自动化控制系统，它以先进的控制技术、可靠设备、成熟的分层分布的、全开放式的特点，被广泛应用于水库的运行管理之中，使得水库管理的工作效率显著提高。
1. 大坝安全监测系统新技术趋势
随着科学技术的进步及水利水电事业的蓬勃发展, 大坝安全监测技术也在不断发展和提高。大坝安全监测系统新技术趋势有以下几点:
1.1监测设计优化
设计优化的目的是以最小的监测工作量，解决大坝安全监测中需要解决的技术问题, 在保证安全的前提下, 以最少的投入获得最大的效果, 充分发挥安全监测的作用。为此, 国家90 年代初提出并进行了研究, 先后纳入了水利部科技重点项目和水利部规划设计总院科研项目, 研究成果在工程上应用后，取得了显著的效果和巨大的效益。
1.2发展智能传感器
这是一种将传感器与微型计算机集成在一起的装置, 使其具有感知本能外, 还具有认知能力。这种仪器具有复合敏感功能, 即能同时测量多种物理量和化学量, 如美国加州大学智能传感器可同时测量液体温度、 流速、 压力和密度;此外, 传感器还具有自补偿和计算功能, 自检、 自校、自诊断功能以及信息存储和传输功能。
1.3改进数据采集系统
由于大坝安全监测的测点比较分散, 且仪器种类较多, 要实现对建筑物各測点的全面控制, 需要一种低成本、 可互操作的测控系统, 但目前国内外有关厂家产品的性能还不够理想。因此, 对现有各种大坝监测数据采集系统的开放性、可兼容性、 可靠性及现场设备监测网络的广泛易组性( 适应多种通信介质) 、可远程监控等性能进行改进, 是一个重要的发展方向。
1.4 群坝信息系统集成
在国内一些地区建立的水库管理局和水电总厂的体制下, 往往要求统一管理流域系统或附近地区的多座大坝, 例如湖南五凌电力公司就属于这种情况。为此, 需要以公司管理部门为中心, 各坝区为分中心, 实行统一管理、 远程操控、 监测数据采集、 分析评价和网络报送等由中心负责, 各分中心只需保证系统的现场硬件设备正常运行即可, 这就大大减少了管理人员, 且提高了工作效率。南瑞集团公司最近研制的分布式大坝安全信息集成系统在五凌公司应用, 较好地解决了这一问题。
1.5 采用综合自动化系统
在大坝安全管理方面, 一般同时存在多个自动化系统, 其中包括安全监测、 水情监测、 闸门监控、 视频监控等。水电自动化与大坝监测需要将安全监测系统，纳入工程远程监控系统进行自动化统一管理。对工程自动化系统的综合管理, 应该是一种发展方向和趋势。
1.6 利用视频图像监控
视频图像作为大坝安全监测的重要辅助手段, 可以更好地了解和检查大坝的工作状态和运行情况。 建立大坝图像监视系统, 主要是对大坝、 地基、 岸坡的关键部位及监测设施建立图像观测点进行实时监控, 并将图像传输到监测分站、 总站或管理中心,进行图像监视、显示、录制、回放, 并对摄像设备进行远控。对了解工程性状取得了良好效果。
1.7进行现场安全检测
安全检测对大坝安全运行作用日益明显, 主要是可以找出坝体及坝基内部隐患, 了解掌握大坝运行性态, 并可对大坝的维修加固进行检查及评价。这项工作目前还在发展阶段,其检测设备和方法还需不断研究和完善, 但是应当肯定, 安全检测是检查大坝健康状态的好工具、 好方法, 将会越来越受到监测界的重视。
1.8开展安全报警研究
为避免产生安全灾害和减少损失, 在进行了各种监测及资料分析的基础上,进行安全报警是非常重要的。这方面国外研究较多, 有的发达国家建立了长期报警系统, 甚至还定期进行演习。中国在这方面还比较薄弱, 建议开展报警系统研究, 对报警准则、分级、设备及方法等提出一套切实可行的技术方案, 待条件成熟时可制定安全报警的规程、 规范。
2. 大坝安全监测系统中的新技术
2.1大坝形变观测技术包括：测量机器人技术、GPS观测技术、GPS一机多天线技术等。
2.2大坝自动化监测技术包括：光纤传感技术、大坝CT、基础岩层电测技术、渗流热监测技术等。
3.G PRS 技术在大坝安全监测系统中的应用
3.1大坝安全监测系统由遥测站、中心站组成
3.1.1遥测站: 由测控装置(MCU),变形监测、渗压监测仪器和上游水位计等仪器, GPRS模块,电源组成。
3.1.2中心站:由GPRS数据接收、中心端管理软件组成。其工作的基本原理是:中心站的主控计算机在软件的支持下,通过GPRS平台, 接收每个监测站发出的数据, 数据终端完成各项数据的采集和处理,再经编码调制后,通GPRS传送给主控计算 机,存入中心数据库, 并由主控计算机完成各种数据的显示、分析汇总、报警、打印等处理。
3 .2G PRS 技术系统的先进性
目前国内生产的系统同国际上的几种先进产品， 如美国的 Geomation 23 00系统, SINCO的IDA系统,意大利的GP-DAS系统相当, 系统功能、技术性能和总体结构都很接近,且在中国的大坝上应用时更具有优越性, 更适应中国的大坝安全监测仪器。如在差动电阻式仪器测量方面，采用了消除导线电阻及芯线电阻变 差影响的五芯测量技术, 这项性能优于国外系统。
4.弹性波 C T 技术在大坝自动化监测系统中的應用
4.1弹性波 CT 技术原理
CT( Computerized Tomog raphy )技术,又称层析成像技术, 是医学计算机层析扫描技术在地球物理领域的应用和发展, 是一项新兴技术。工程 CT 技术, 是借鉴医学 CT , 通过人为设置的某种射线( 弹性波、电磁波等) 穿过工程探测对象( 工程地质体) , 从而达到探测其内部异常( 物理异常)的一种地球物理反演技术。
由于所用射线不同, 又可分为弹性波 CT、电磁波 CT 及电阻率 CT等。
4.2弹性波 CT 技术实施效果
工程实践表明,采用跨孔弹性波 CT 层析成像方法对大坝截渗墙进行质量检测, 较为准确有效。根据截渗墙墙体施工工艺及质量控制造成的一些内在缺陷, 在墙体布置弹性波 CT 剖面, 利用弹性波 CT 具有分辨率高、可靠性好、图像直观、信息量大的特点, 可查明混凝土截渗墙分序施工造成的接头缝, 以及浇筑不密实区等缺陷, 为截渗墙加固施工提供准确指导, 克服常规工程钻探与地面工程物探勘察的不足, 但是同时, 由于跨孔弹性波 CT 固有 的/ 横向模糊等因素造成的盲区, 对一些特有的异常体如自上而下纵贯剖面的异常无法区分, 还需要对弹性波 CT 的观测系统、 反演理论等进行更深入的研究。
5.总结：
大坝安全监测技术虽然已经较为成熟，某些方面甚至已达到了国际先进水平，但是，在新的时代仍然面临着许多新的挑战。展望未来，希望能够看到的是一个完整的满足大坝及工程安全监测需求的仪器系列，它们将是高精度高可靠性高稳定性和智能化的仪器系统; 一个功能强大性能优良稳定可靠小型化的自动化采集装置; 一个可采用多总线多介质构建各种规模的稳定可靠智能化的大坝安全监测自动化系统; 一个具有区域性综合管理能力的大坝安全监控网络管理系统，它拥有完备的智能化在线监测离线分析安全评判风险评估和决策支持系统，能及时充分地挖掘大坝安全监测的有用信息，在确保大坝安全运行的基础上，充分发挥水电站水库的最大经济效益和社会效益。
参考文献:
[1] 赵志仁 , 郭晨. 国内外引(调)水工程及其安全监测概述. 水电自动化与大坝监测, 200 5, 29 ( 1 ) : 58 - 61 .
[2] 周小兵 ,等. 长距离调水工程管理信息系统. 北京:中国水利水电出版社,20 07 .
[3]朱 文仲, 赵志忠, 朱仲文, 等. 弹性波 C T 技 术几个重要问题 的研 究[ J ] . 工 程 地球 物理 学 报, 20 08 , 5( 2) : 1 73 ~ 18 0.