一、方案概述

我國現(xiàn)有各類水庫84926，其中大型水庫415座，中型水庫2618座，小型水庫81893座。這些水庫大部分建于20世紀50-70年代，經(jīng)過三四十年的管理運用，社會效益和經(jīng)濟效益都十分顯著，為國民經(jīng)濟的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展作用了貢獻。然而，大多數(shù)中小型水庫建于六、七十年代，屬“三邊工程”，一方面大部分水庫防洪標準低、工程質(zhì)量差、淤積嚴重，有效庫容萎縮，處于帶病運行狀態(tài)，另一方面不少水庫已達到或超過設(shè)計服役年限，老化嚴重，水庫工程潛在的安全隱患突出。水庫安全度汛一直是我國防汛抗洪的難點和重點，中小型水庫的安全度汛已成為當前全國防汛工作的一個薄弱環(huán)節(jié)，大部分水庫缺少必要的水雨情測報及大壩安全監(jiān)測等設(shè)施，檢查手段落后，隱患很大。一旦發(fā)生局部暴雨洪水，極易引發(fā)潰壩事件，輕則造成財產(chǎn)損失，重則造成重大人員傷亡或毀滅性災害，在這種情況下，水庫大壩安全自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)水位、雨量、大壩的滲壓、滲流、應變等實時監(jiān)測和預警就是非常必要的，可以實時動態(tài)的掌握水庫運行信息并進行預警，如果水庫的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生異常，水利部門的有關(guān)人員可以及時掌握情況并采取措施進行應急處理。

二、系統(tǒng)組成

水庫大壩安全自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示，其主要由感知層、數(shù)據(jù)采集層、傳輸通信層、云平臺及移動終端組成。

感知層：主要完成待監(jiān)測物理量的信號轉(zhuǎn)換，其由多種類型智能傳感器構(gòu)成，主要有應變傳感器、壓力傳感器、傾斜傳感器、力傳感器等。

數(shù)據(jù)采集層：主要負責數(shù)據(jù)采集，將感知層轉(zhuǎn)換后的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以方便數(shù)據(jù)遠距離傳輸。

傳輸通信層：負責采集層與云平臺之間通信及數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸方式主要有有線傳輸和無線傳輸。有線傳輸通過光纖、網(wǎng)線經(jīng)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺及云平臺數(shù)據(jù)下發(fā)；無線傳輸主要通過2G/3G/4G/5G將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_及云平臺數(shù)據(jù)下發(fā)。

應用層：負責數(shù)據(jù)信息化管理，如控制指令下發(fā)和數(shù)據(jù)接收、多傳感器數(shù)據(jù)融合分析、結(jié)果展示、預警等。預警信息通過短信或郵件及時發(fā)送到相關(guān)管理人員，并提示后臺及時對結(jié)構(gòu)當前狀態(tài)進行安全評估。

水庫大壩安全自動化在線監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測項目包括大壩表面及內(nèi)部變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、壓力監(jiān)測、水文氣象監(jiān)測等。

三、系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)實時監(jiān)測：實現(xiàn)在線監(jiān)測的地圖顯示、查看，包括監(jiān)測設(shè)備的快速查詢顯示、監(jiān)測數(shù)據(jù)展示、報警情況顯示及監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線圖的實時展示，通過系統(tǒng)主界面的顯示功能，可以查看設(shè)備的位置、運行狀態(tài)，掌握其水庫庫壩體浸潤線及壩體內(nèi)孔隙水壓力、庫內(nèi)水位、水庫出入入流量、降雨量、壩體位移的實時監(jiān)測。

及時報警：通過布設(shè)在壩體內(nèi)部和表面的各種類型的傳感器，獲取大壩變形、滲流、沉降、位移、水文、氣象等相關(guān)數(shù)據(jù)。傳輸?shù)较嚓P(guān)軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個壩體的全方位實時監(jiān)測。等數(shù)據(jù)超過告警上限時系統(tǒng)自動根據(jù)該預警數(shù)據(jù)發(fā)布不同級別的報警信息?？稍O(shè)置多級報警，支持彈出軟件窗口報警、郵件報警、短信報警及聲光報警等功能多種方式傳達至相關(guān)領(lǐng)導和責任人。

視頻遠程監(jiān)控：包括對上下游水區(qū)、壩上、壩下和閘房內(nèi)部的實時視頻監(jiān)控，用戶可以從監(jiān)控終端中實時的看到現(xiàn)場的視頻圖像，同時還可以通過軟件控制現(xiàn)場攝像機鏡頭以及云臺，根據(jù)需要調(diào)整光圈大小、焦距遠近、變倍高低以及視頻角度等，滿足用戶對現(xiàn)場多方位視頻圖像的監(jiān)控需要，確保水庫大壩運行安全。

 數(shù)據(jù)分析預判：對大壩浸潤線、庫水位、實時雨量、大壩滲流量及壩體位移歷史數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)進行綜合比較分析，推算出各類壩體運行數(shù)據(jù)的時間和空間的相關(guān)性，綜合判斷壩體健康狀況。

GIS模擬建模：在適用前提下將水庫大壩安全管理過程中的新思想、新方法融入到系統(tǒng)開發(fā)，做到數(shù)據(jù)和圖形相融合、GIS與數(shù)學模型相結(jié)合，把科學計算的結(jié)果通過三維情景表現(xiàn)和動態(tài)的形式直觀表現(xiàn)。

操作便捷：具備LCD液晶顯示屏以及多功能輸入鍵盤，用于現(xiàn)場參數(shù)設(shè)置、人工置數(shù)、安裝調(diào)試、狀態(tài)顯示等功能，以及串口配置方式。 支持多種工作模式（包括自報式、查詢式、兼容式等），最大限度降低功耗。

四、系統(tǒng)價值

大壩作為特殊的建筑，以自動化的方式實現(xiàn)對水庫大壩的安全監(jiān)測，無論是對水庫大壩所在的地區(qū)，還是整個國家都有不同程度的積極影響。首先對于水庫大壩工作人員來說，實現(xiàn)對水庫大壩的自動化安全監(jiān)測，能夠極大地減經(jīng)水庫大壩工作人員的工作量。讓他們有更多的時間去對水庫大壩的其他方面進行監(jiān)測。其次，最后，對于國家來說，水庫大壩的安全問題已經(jīng)與國家的民生問題息息相關(guān)了，如果我們對水電大壩的監(jiān)測實現(xiàn)自動化，他的監(jiān)測性能定會得到很大程度的提高，監(jiān)測到的結(jié)果勢必會更加科學，也會更加準確。大壩的運轉(zhuǎn)更加高效，并且監(jiān)測數(shù)據(jù)也更加準確，實現(xiàn)了現(xiàn)代化設(shè)備自動監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)化運用。