【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 參謀，是各大壩管理部門做出正確判斷，發(fā)布正確指令的理論依據(jù)。其質(zhì)量和精度將直接影響大壩安全監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性，影響決策的科學(xué)性。加強(qiáng)信息采集系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，強(qiáng)化信息采集工作，提高觀測(cè)自動(dòng)化程度成為當(dāng)務(wù)之急。水情信息采集系統(tǒng)需要完成以下任務(wù)：? 實(shí)現(xiàn)大壩變形、滲流、壓力（應(yīng)力）、應(yīng)變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等觀測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)，并滿足實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸?shù)囊蟆? 采用實(shí)用的觀測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)流觀測(cè)量數(shù)據(jù)信息的人工及自動(dòng)觀測(cè)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人工采集及輸入及自動(dòng)計(jì)算和實(shí)時(shí)自動(dòng)傳輸。? 采集設(shè)備采用先進(jìn)技術(shù)，使觀測(cè)信息標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到部頒建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。 技術(shù)解決方案信息采集系統(tǒng)主要是由測(cè)控單元（MCU）、監(jiān)測(cè)儀器組成。測(cè)控單元是分布式系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是一種智能化、模塊化的多功能裝置，體積小巧，結(jié)構(gòu)緊湊，具有控制、測(cè)量、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、防潮、防雷、抗干擾等各種功能，可安裝在監(jiān)測(cè)儀器附近，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器的自動(dòng)巡測(cè)和選測(cè)。系統(tǒng)中的測(cè)控裝置由通訊總線連接到中央控制裝置或微機(jī)，組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)。中央控制裝置或微機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，可用不同的運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化。1. 測(cè)控單元測(cè)控單元系統(tǒng)組成如 圖 4 所示。 完美 WORD 格式資料 專業(yè)整理分享 電源控制單元 通信接口單元 控制單元太陽能電源 交流電源 4 8 5 總線及供電數(shù)據(jù)處理單元其它智能模塊顯示單元 人工設(shè)置單元監(jiān)測(cè)模塊人機(jī)接口模塊手 操 器 P D A現(xiàn) 場(chǎng) 取端 終 端變形 、 滲流 、變形 、 滲流 、 壓力 （ 應(yīng)力 ）、 應(yīng)變 、 溫度 、 環(huán)境量 、 水文 、 氣象等 傳感器監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元圖 4 測(cè)控單元系統(tǒng)組成圖? 測(cè) 控 單 元 的主要技術(shù)指標(biāo)如下時(shí)基精度：%，分辯率：；溫度精度：177?！妫洲q率：℃；測(cè)量時(shí)間：2～3s/point；通信接口：EIARS485，EIARS232，CAN bus；存儲(chǔ)容量：128kB；工作電源：12VDC；充電電源：220VAC/50Hz；功耗：掉電：200 uA，休眠：10mA，待機(jī)：20mA ，測(cè)量＜300mA；工作溫度：－25℃～+60℃； 完美 WORD 格式資料 專業(yè)整理分享 儲(chǔ)藏溫度：－45℃～+70℃。? 測(cè)控單元的主要主要優(yōu)點(diǎn)功能強(qiáng)：測(cè)量控制單元（以下簡(jiǎn)稱 MCU）可支持多達(dá) 80 個(gè)通道空間，多種供電方式、多種通信方式可供選擇，靈活的傳感器接入方式，模塊化的結(jié)構(gòu)，先進(jìn)的參數(shù)設(shè)置能力，容易安裝調(diào)試。可靠性高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好：MCU 可以長(zhǎng)期在無人值守的情況下可靠工作，按照設(shè)定的工作方式，源源不斷的將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。容易構(gòu)建系統(tǒng)：系統(tǒng)組網(wǎng)方便，提供了多種通信方式，有 RS23RS48直接電纜連接和無線通信。測(cè)控單元的布置不受環(huán)境限制，系統(tǒng)規(guī)?？纱罂尚?。同一接口模塊一般都可以接不同類型的儀器，而且開發(fā)了功能集于一體的測(cè)量模塊，這為系統(tǒng)中測(cè)量少量的但不可缺少的參數(shù)提供了方便，可以減少系統(tǒng)的投資費(fèi)用。通道配置能力強(qiáng)：接口模塊中的同一個(gè)通道，既可以配置為測(cè)量振弦式儀器，又可以配置為測(cè)量電阻、電壓、電流、頻率、Carlson 類型的傳感器，其中 ASM 模塊的第十個(gè)通道還可以配置為脈沖類型的儀器，使儀器的配置提供了極為方便，不會(huì)造成資源的浪費(fèi)，可以減少系統(tǒng)的投資。智能化：系統(tǒng)是一個(gè)通用監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，不同的監(jiān)測(cè)要求，可以方便的在控制面板或監(jiān)控計(jì)算機(jī)上進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、修改等各種要求，系統(tǒng)能自主穩(wěn)定的進(jìn)行工作，而不必要針對(duì)具體系統(tǒng)改動(dòng) MCU 內(nèi)部監(jiān)控軟件。對(duì)采集儀器的配置數(shù)據(jù)，直接下載到 MCU 中去，而不是存儲(chǔ)在監(jiān)控主機(jī)上。分布式的智能節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)：每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有智能性，MCU 能夠獨(dú)立工作，也能夠在多節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中工作，可以脫離網(wǎng)絡(luò)而自主運(yùn)行，進(jìn)行測(cè)量、控制、數(shù)據(jù)處理和通信。具有較好的適應(yīng)性和兼容性：可以應(yīng)用在水利工程各個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)；網(wǎng)絡(luò)通信可以采用多種傳輸介質(zhì)；能與國(guó)際上著名的土工、大壩和環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器供應(yīng)商生產(chǎn)的傳感器接口，可直接接入振弦式、差動(dòng)電阻型、電流型、熱電偶、脈沖型和數(shù)值型傳感器；部件標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性。易于安裝調(diào)試和維護(hù)：機(jī)箱內(nèi)帶有鍵盤和顯示，可以在現(xiàn)場(chǎng)直接配置，調(diào) 完美 WORD 格式資料 專業(yè)整理分享 試，顯示內(nèi)部信息；各個(gè)終端有信號(hào)燈指示可作為運(yùn)行診斷，機(jī)箱可迅速打開，檢查各個(gè)開關(guān)接線插頭等部件。防雷性能強(qiáng)：系統(tǒng)的電源入口、通信入口和傳感器入口都有很好的防雷措施，可以保證系統(tǒng)能可靠的工作。2. 變形監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)包括水平位移、豎向位移、撓度、傾斜及接縫和裂縫監(jiān)測(cè)，對(duì)于土石壩根據(jù)測(cè)點(diǎn)布置在壩面或是壩體內(nèi)部分表面變形及內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)。人工監(jiān)測(cè)：水平位移監(jiān)測(cè)方法有視準(zhǔn)線（針對(duì)直線性壩）、三角網(wǎng)前方交會(huì)法等，采用經(jīng)緯儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)；垂直位移監(jiān)測(cè)一般采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)；土石壩內(nèi)部變形可用水管式沉降儀、引張線式水平位移計(jì)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)；裂縫及接縫監(jiān)測(cè)一般采用于測(cè)縫計(jì)（測(cè)縫標(biāo)點(diǎn)）監(jiān)測(cè)。隨著科技的發(fā)展，變形監(jiān)測(cè)已逐步采用自動(dòng)化，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的有垂線、引張線、靜力水準(zhǔn)、真空激光準(zhǔn)直、TS 移計(jì)差阻式（振弦式）測(cè)縫計(jì)等方法。其中引張線主要布置在直線性壩上（或廊道內(nèi)）用于實(shí)現(xiàn)壩頂或壩基水平位移監(jiān)測(cè)，目前一種采用自動(dòng)加水裝置的雙向引張線也正在試驗(yàn)中，引張線法觀測(cè)水平位移監(jiān)測(cè)自動(dòng)化必須首先保證引張線安裝，滿足規(guī)范要求，即線體張力和自由度必須得到保證，為此安裝時(shí)應(yīng)進(jìn)行精度和復(fù)位試驗(yàn)，其次就是選擇實(shí)用可靠的引張線儀。垂線法是實(shí)現(xiàn)壩體水平位移及撓度監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的較好方法，垂線有正倒垂之分，其測(cè)點(diǎn)的測(cè)值都是相對(duì)錨固點(diǎn)（或是懸掛點(diǎn)）的相對(duì)值，在垂線設(shè)計(jì)時(shí)首先要使垂線滿足規(guī)范要求，同時(shí)要選擇量好的監(jiān)測(cè)儀器，同時(shí)要注意如下幾點(diǎn)：選用人工觀測(cè)設(shè)備時(shí)應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)單可靠、最好是固定安裝在測(cè)點(diǎn)上的設(shè)備，這種設(shè)備免去了每次安裝對(duì)中的誤差，也不易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如梅山大壩在垂線測(cè)點(diǎn)的 X，Y 方向各安裝了一臺(tái)固定式坐標(biāo)讀數(shù)儀，其測(cè)量精度可達(dá) 以上；讀數(shù)盤瞄準(zhǔn)器也是一種固定式測(cè)量裝置，可以達(dá)到 以上的精度；陳村及紀(jì)村大壩由于采取了相似類型的儀器，加上管理得力，從而使垂線測(cè)值的準(zhǔn)確度有了保證。采用攜帶式光學(xué)垂線坐標(biāo)儀時(shí)，必須要確保儀器定 完美 WORD 格式資料 專業(yè)整理分享 期檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，以確保在整個(gè)測(cè)量期間其精度不變，并在每次安裝施測(cè)時(shí)嚴(yán)格按規(guī)程操作。采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)精度通常都高于人工監(jiān)測(cè)，目前各類遙測(cè)垂線坐標(biāo)儀的精度均在 以上。但為了確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不致漏失，以及必要時(shí)進(jìn)行校測(cè)，通常與自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備并行布置一套人工觀測(cè)設(shè)備。裂縫及接縫監(jiān)測(cè)主要采用差阻式測(cè)縫計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，由于國(guó)內(nèi)南京自動(dòng)化設(shè)備廠生產(chǎn)的差阻式儀器在防潮、長(zhǎng)期穩(wěn)定性、性能價(jià)格比等方面具有較一定的優(yōu)勢(shì)，因此在國(guó)內(nèi)工程中得到廣泛的應(yīng)用。3. 滲流監(jiān)測(cè)滲流監(jiān)測(cè)是大壩安全監(jiān)測(cè)的重要項(xiàng)目，對(duì)于混凝土壩，滲流監(jiān)測(cè)有：揚(yáng)壓力（壩體、壩基揚(yáng)壓力）、滲漏量（包括壩基滲漏量和壩體滲漏量）、繞壩滲流、地下水位、水質(zhì)分析幾個(gè)部分。土石壩滲流監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流，滲流量監(jiān)測(cè)。滲壓（或浸潤(rùn)線）觀測(cè)可采用測(cè)壓管法和埋設(shè)滲壓計(jì)法，測(cè)壓管法具有可進(jìn)行人工比測(cè)、儀器更換方便等優(yōu)點(diǎn)，但是也有容易出現(xiàn)泥沙淤積、孔口破壞和測(cè)值滯后等缺點(diǎn),因此在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)滲流特征和儀器情況進(jìn)行確定。滲流量監(jiān)測(cè)一般采用容積法、量水堰法和流速法進(jìn)行測(cè)量。容積法主要針對(duì)單管滲流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)（流量小于 1L/S）時(shí)，當(dāng)流量在 1~300L/S 之間時(shí)宜采用量水堰法，當(dāng)流量大于 300L/S 或受落差限制不能設(shè)量水堰時(shí)，可以將漏流水引入排水溝，采用測(cè)流速法進(jìn)行測(cè)量。目前測(cè)水位的儀器較多，通過我們的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，用于滲壓監(jiān)測(cè)效果較好的是振弦式儀器。4. 應(yīng)力（壓力） 、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)由于目前的設(shè)計(jì)規(guī)范均將強(qiáng)度校檢作為設(shè)計(jì)壩體結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)之一，而溫度是壩體（特別是在混凝土壩中）應(yīng)力及裂縫產(chǎn)生的重要因素，因此必須注意監(jiān)測(cè)，特別是對(duì)拉應(yīng)力區(qū)、應(yīng)力和溫度梯度大地方。應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)目前大多采用差阻式儀器。 完美 WORD 格式資料 專業(yè)整理分享 5. 環(huán)境量（水文氣象）監(jiān)測(cè)環(huán)境量是大壩運(yùn)行性態(tài)發(fā)展的外因，對(duì)環(huán)境量（水位、氣溫、雨量等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)是資料分析的需要，因此必須加以重視。上下游水位是大壩承受的主要荷載，是形成壩體及壩基滲流場(chǎng)的主要原因，因此必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水位測(cè)點(diǎn)要布置在水流平穩(wěn)、水面平緩的地方，以確保觀測(cè)精度，監(jiān)測(cè)儀器有浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、超聲波水位計(jì)等。氣溫及庫(kù)水溫是影響壩體溫度場(chǎng)的重要因素，其監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置要根據(jù)庫(kù)區(qū)氣溫及庫(kù)水溫分布特點(diǎn)確定，監(jiān)測(cè)儀器對(duì)于氣溫可選鉑電阻溫度計(jì)，當(dāng)溫度變化不太劇烈時(shí)可選用銅電阻溫度計(jì)，一般庫(kù)水溫監(jiān)測(cè)可選用 DW1 型銅電阻溫度計(jì)。降雨量是影響大壩（特別是土石壩）及壩體周圍滲流場(chǎng)的主要原因之一，降雨還有可能導(dǎo)致壩外測(cè)壓管水位升高，同時(shí)高強(qiáng)度降雨將會(huì)形成地表徑流，破壞壩面結(jié)構(gòu)，造成（土石壩）壩體局部失穩(wěn)，因此必須加以監(jiān)測(cè)，降雨量監(jiān)測(cè)可選翻斗式雨量計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。第 4 章 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)根據(jù)總體設(shè)計(jì)：大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)采用兩級(jí)傳輸?shù)姆绞?，第一?jí)由測(cè)控單元到監(jiān)測(cè)中心負(fù)責(zé)采集各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，第二級(jí)由監(jiān)測(cè)分中心及監(jiān)測(cè)中心組成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)分中心與監(jiān)測(cè)中心之間的所有信息共享。 測(cè)控單元和監(jiān)測(cè)中心之間的通信 需求分析? 監(jiān)測(cè)中心能夠?qū)崟r(shí)接收全部監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的所有數(shù)據(jù)。? 工作方式：自報(bào)、應(yīng)答兩種工作模式。? 能長(zhǎng)期地、特別是在暴雨洪水等惡劣天氣條件下可靠地工作。? 通信暢通率應(yīng)＞98％，系統(tǒng)誤碼率小于 6 105。? 具有可靠的防雷措施。 完美 WORD 格式資料 專業(yè)整理分享 通信方案設(shè)計(jì)原則? 可靠性? 盡量選擇可靠性高的信道，一般以有線信道為主；? 在條件允許的條件下，根據(jù)需要可以設(shè)置相應(yīng)的備用信道。能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換；? 通信系統(tǒng)的誤碼率要符合要求；? 及時(shí)性? 系統(tǒng)要能按照時(shí)間要求完成信息傳遞；? 監(jiān)測(cè)點(diǎn)太多的情況下，要通過增加通道等技術(shù)手段保證時(shí)效性。? 經(jīng)濟(jì)性? 要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性，包括系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)；? 要綜合分析可用的通信資源，公網(wǎng)系統(tǒng)能夠滿足要求的，盡量利用公網(wǎng)，都能滿足要求的，考慮費(fèi)用比較低的。? 低功耗? 要選用低功耗的通訊方式和通訊設(shè)備；? 要選擇合理的通訊方式實(shí)現(xiàn)召測(cè)。? 先進(jìn)性? 要考慮以后業(yè)務(wù)的發(fā)展；? 選擇公網(wǎng)信道時(shí)，要考慮該信道是否有發(fā)展前景，能否長(zhǎng)期使用。 技術(shù)解決方案目前根據(jù)大壩安全監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)選用的通信信道有：電纜通信方式、光纖通信方式、GPRS、CDMA1X、PSTN、衛(wèi)星、超短波等。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合各地地域特性和目前的通信條件，提出以下六種通信系統(tǒng)解決方案供選擇。1. 解決方案一（電纜通信方式 RS485 總線）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)到監(jiān)測(cè)中心的距離少于 1000 米時(shí)采用敷設(shè) 485 總線的方式連接。結(jié)構(gòu)連接示意圖如 圖 5 所示。 完美 WORD 格式資料