【文章內容簡介】 平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，規(guī)12 / 35范數(shù)據(jù)標準，可以有效地進行數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)分析，為業(yè)務應用系統(tǒng)提供可靠基礎。也可以對其它相關系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入提供接口。第 3 章 信息采集系統(tǒng) 需求分析信息采集系統(tǒng)的主要任務是監(jiān)測大壩變形、滲流、壓力（應力）、應變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等要素自然變化情況，它是一項基礎和前期工作，是大壩安全監(jiān)測的耳目和參謀，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)。其質量和精度將直接影響大壩安全監(jiān)測準確性，影響決策的科學性。加強信息采集系統(tǒng)基礎設施的建設，強化信息采集工作，提高觀測自動化程度成為當務之急。水情信息采集系統(tǒng)需要完成以下任務：? 實現(xiàn)大壩變形、滲流、壓力（應力）、應變、溫度、環(huán)境量、水文、氣象等觀測量數(shù)據(jù)自動采集、存儲，并滿足實時自動傳輸?shù)囊蟆? 采用實用的觀測設備，實現(xiàn)流觀測量數(shù)據(jù)信息的人工及自動觀測相結合，實現(xiàn)人工采集及輸入及自動計算和實時自動傳輸。? 采集設備采用先進技術，使觀測信息標準達到部頒建設標準。 技術解決方案信息采集系統(tǒng)主要是由測控單元（MCU）、監(jiān)測儀器組成。測控單元是分布式系統(tǒng)的關鍵設備，是一種智能化、模塊化的多功能裝置，體積小巧，結構緊湊，具有控制、測量、數(shù)據(jù)存儲、防潮、防雷、抗干擾等各種功能，可安裝在監(jiān)測儀器附近，實現(xiàn)監(jiān)測儀器的自動巡測和選測。系統(tǒng)中的測控裝置由通訊總線連接到中央控制裝置或微機，組成數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡。中央控制裝置或微機對網(wǎng)絡進行控制，可用不同的運行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化。1. 測控單元測控單元系統(tǒng)組成如 圖 4 所示。13 / 35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 人工設置單元監(jiān)測模塊人機接口模塊手 操 器 P D A現(xiàn) 場 取端 終 端變形 、 滲流 、變形 、 滲流 、 壓力 （ 應力 ）、 應變 、 溫度 、 環(huán)境量 、 水文 、 氣象等 傳感器監(jiān)測儀數(shù)據(jù)存儲單元圖 4 測控單元系統(tǒng)組成圖? 測 控 單 元 的主要技術指標如下時基精度：%，分辯率：；溫度精度：177。℃，分辯率：℃；測量時間：2～3s/point；通信接口：EIARS485，EIARS232，CAN bus；存儲容量：128kB；工作電源：12VDC；充電電源：220VAC/50Hz；功耗：掉電：200 uA，休眠：10mA，待機：20mA ，測量＜300mA；工作溫度：－25℃～+60℃；14 / 35儲藏溫度：－45℃～+70℃。? 測控單元的主要主要優(yōu)點功能強：測量控制單元（以下簡稱 MCU）可支持多達 80 個通道空間，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，模塊化的結構，先進的參數(shù)設置能力，容易安裝調試?？煽啃愿?、長期穩(wěn)定性好：MCU 可以長期在無人值守的情況下可靠工作，按照設定的工作方式，源源不斷的將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控計算機數(shù)據(jù)庫內。容易構建系統(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量模塊，這為系統(tǒng)中測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)的投資費用。通道配置能力強：接口模塊中的同一個通道，既可以配置為測量振弦式儀器，又可以配置為測量電阻、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，不會造成資源的浪費，可以減少系統(tǒng)的投資。智能化：系統(tǒng)是一個通用監(jiān)控系統(tǒng)，可以根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境，不同的監(jiān)測要求，可以方便的在控制面板或監(jiān)控計算機上進行參數(shù)設置、修改等各種要求，系統(tǒng)能自主穩(wěn)定的進行工作，而不必要針對具體系統(tǒng)改動 MCU 內部監(jiān)控軟件。對采集儀器的配置數(shù)據(jù)，直接下載到 MCU 中去，而不是存儲在監(jiān)控主機上。分布式的智能節(jié)點網(wǎng)絡控制技術：每個節(jié)點具有智能性，MCU 能夠獨立工作，也能夠在多節(jié)點的網(wǎng)絡環(huán)境中工作，可以脫離網(wǎng)絡而自主運行，進行測量、控制、數(shù)據(jù)處理和通信。具有較好的適應性和兼容性：可以應用在水利工程各個領域的數(shù)據(jù)監(jiān)測；網(wǎng)絡通信可以采用多種傳輸介質；能與國際上著名的土工、大壩和環(huán)境監(jiān)測儀器供應商生產(chǎn)的傳感器接口，可直接接入振弦式、差動電阻型、電流型、熱電偶、脈沖型和數(shù)值型傳感器；部件標準化，具有互換性。易于安裝調試和維護：機箱內帶有鍵盤和顯示，可以在現(xiàn)場直接配置，調15 / 35試，顯示內部信息；各個終端有信號燈指示可作為運行診斷，機箱可迅速打開，檢查各個開關接線插頭等部件。防雷性能強：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)測變形監(jiān)測包括水平位移、豎向位移、撓度、傾斜及接縫和裂縫監(jiān)測，對于土石壩根據(jù)測點布置在壩面或是壩體內部分表面變形及內部變形監(jiān)測。人工監(jiān)測：水平位移監(jiān)測方法有視準線（針對直線性壩）、三角網(wǎng)前方交會法等，采用經(jīng)緯儀進行監(jiān)測；垂直位移監(jiān)測一般采用水準儀進行監(jiān)測；土石壩內部變形可用水管式沉降儀、引張線式水平位移計等進行監(jiān)測；裂縫及接縫監(jiān)測一般采用于測縫計（測縫標點）監(jiān)測。隨著科技的發(fā)展，變形監(jiān)測已逐步采用自動化，可實現(xiàn)自動化監(jiān)測的有垂線、引張線、靜力水準、真空激光準直、TS 移計差阻式（振弦式）測縫計等方法。其中引張線主要布置在直線性壩上（或廊道內）用于實現(xiàn)壩頂或壩基水平位移監(jiān)測，目前一種采用自動加水裝置的雙向引張線也正在試驗中，引張線法觀測水平位移監(jiān)測自動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，為此安裝時應進行精度和復位試驗，其次就是選擇實用可靠的引張線儀。垂線法是實現(xiàn)壩體水平位移及撓度監(jiān)測自動化的較好方法，垂線有正倒垂之分，其測點的測值都是相對錨固點（或是懸掛點）的相對值，在垂線設計時首先要使垂線滿足規(guī)范要求，同時要選擇量好的監(jiān)測儀器，同時要注意如下幾點：選用人工觀測設備時應盡量選擇簡單可靠、最好是固定安裝在測點上的設備，這種設備免去了每次安裝對中的誤差，也不易產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如梅山大壩在垂線測點的 X，Y 方向各安裝了一臺固定式坐標讀數(shù)儀，其測量精度可達 以上；讀數(shù)盤瞄準器也是一種固定式測量裝置，可以達到 以上的精度；陳村及紀村大壩由于采取了相似類型的儀器，加上管理得力，從而使垂線測值的準確度有了保證。采用攜帶式光學垂線坐標儀時，必須要確保儀器定16 / 35期檢驗和校準，以確保在整個測量期間其精度不變，并在每次安裝施測時嚴格按規(guī)程操作。采用自動化監(jiān)測精度通常都高于人工監(jiān)測，目前各類遙測垂線坐標儀的精度均在 以上。但為了確保監(jiān)測數(shù)據(jù)不致漏失，以及必要時進行校測，通常與自動化監(jiān)測設備并行布置一套人工觀測設備。裂縫及接縫監(jiān)測主要采用差阻式測縫計實現(xiàn)自動化，由于國內南京自動化設備廠生產(chǎn)的差阻式儀器在防潮、長期穩(wěn)定性、性能價格比等方面具有較一定的優(yōu)勢，因此在國內工程中得到廣泛的應用。3. 滲流監(jiān)測滲流監(jiān)測是大壩安全監(jiān)測的重要項目，對于混凝土壩，滲流監(jiān)測有：揚壓力（壩體、壩基揚壓力）、滲漏量（包括壩基滲漏量和壩體滲漏量）、繞壩滲流、地下水位、水質分析幾個部分。土石壩滲流監(jiān)測項目包括：壩體滲流壓力、壩基滲流壓力、繞壩滲流，滲流量監(jiān)測。滲壓（或浸潤線）觀測可采用測壓管法和埋設滲壓計法，測壓管法具有可進行人工比測、儀器更換方便等優(yōu)點，但是也有容易出現(xiàn)泥沙淤積、孔口破壞和測值滯后等缺點,因此在進行具體設計時要根據(jù)滲流特征和儀器情況進行確定。滲流量監(jiān)測一般采用容積法、量水堰法和流速法進行測量。容積法主要針對單管滲流量進行監(jiān)測（流量小于 1L/S）時，當流量在 1~300L/S 之間時宜采用量水堰法，當流量大于 300L/S 或受落差限制不能設量水堰時，可以將漏流水引入排水溝，采用測流速法進行測量。目前測水位的儀器較多，通過我們的應用經(jīng)驗認為，用于滲壓監(jiān)測效果較好的是振弦式儀器。4. 應力（壓力） 、應變及溫度監(jiān)測由于目前的設計規(guī)范均將強度校檢作為設計壩體結構的標準之一，而溫度是壩體（特別是在混凝土壩中）應力及裂縫產(chǎn)生的重要因素，因此必須注意監(jiān)測，特別是對拉應力區(qū)、應力和溫度梯度大地方。應力、應變及溫度監(jiān)測目前大多采用差阻式儀器。17 / 355. 環(huán)境量（水文氣象）監(jiān)測環(huán)境量是大壩運行性態(tài)發(fā)展的外因，對環(huán)境量（水位、氣溫、雨量等）進行監(jiān)測是資料分析的需要，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的主要原因，因此必須進行監(jiān)測。水位測點要布置在水流平穩(wěn)、水面平緩的地方，以確保觀測精度，監(jiān)測儀器有浮子式水位計、壓力式水位計、超聲波水位計等。氣溫及庫水溫是影響壩體溫度場的重要因素，其監(jiān)測測點布置要根據(jù)庫區(qū)氣溫及庫水溫分布特點確定，監(jiān)測儀器對于氣溫可選鉑電阻溫度計，當溫度變化不太劇烈時可選用銅電阻溫度計，一般庫水溫監(jiān)測可選用 DW1 型銅電阻溫度計。降雨量是影響大壩（特別是土石壩）及壩體周圍滲流場的主要原因之一，降雨還有可能導致壩外測壓管水位升高，同時高強度降雨將會形成地表徑流，破壞壩面結構，造成（土石壩）壩體局部失穩(wěn)，因此必須加以監(jiān)測，降雨量監(jiān)測可選翻斗式雨量計進行監(jiān)測。第 4 章 通信網(wǎng)絡系統(tǒng)根據(jù)總體設計：大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)采用兩級傳輸?shù)姆绞?，第一級由測控單元到監(jiān)測中心負責采集各監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)，第二級由監(jiān)測分中心及監(jiān)測中心組成的計算機網(wǎng)絡實現(xiàn)監(jiān)測分中心與監(jiān)測中心之間的所有信息共享。 測控單元和監(jiān)測中心之間的通信 需求分析? 監(jiān)測中心能夠實時接收全部監(jiān)測項目的所有數(shù)據(jù)。? 工作方式：自報、應答兩種工作模式。? 能長期地、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＞98％，系統(tǒng)誤碼率小于 6 105。? 具有可靠的防雷措施。18 / 35 通信方案設計原則? 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)需要可以設置相應的備用信道。能實現(xiàn)自動切換；? 通信系統(tǒng)的誤碼率要符合要求；? 及時性? 系統(tǒng)要能按照時間要求完成信息傳遞；? 監(jiān)測點太多的情況下，要通過增加通道等技術手段保證時效性。? 經(jīng)濟性? 要綜合考慮經(jīng)濟性，包括系統(tǒng)建設費和運行費；? 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，考慮費用比較低的。? 低功耗? 要選用低功耗的通訊方式和通訊設備；? 要選擇合理的通訊方式實現(xiàn)召測。? 先進性? 要考慮以后業(yè)務的發(fā)展；? 選擇公網(wǎng)信道時，要考慮該信道是否有發(fā)展前景，能