大坝安全监测自动化系统工程案例精课件.pptx

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1、2015.04水利工程管理技术 大坝安全监测自动化系统工程案例 主 讲 人： 张峰 安徽水利水电职业技术学院水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例 (一一)改造前已有的监测项目改造前已有的监测项目(人工观测人工观测) 1.垂直位移监测垂直位移监测 采用一等水准网控制测量，具体测点为采用一等水准网控制测量，具体测点为: 水准基点网远离坝区水准基点网远离坝区1 km以外，由以外，由4个点组成，为冲个点组成，为冲1-冲冲44点。点。 工作基点网位于坝区内，由工作基点网位于坝区内，由7个点组成。个点组成。 垂直位移观测

2、点，坝顶沉降观测点共垂直位移观测点，坝顶沉降观测点共7点，坝基沉降观测点共点，坝基沉降观测点共22点。点。 2.水平位移监测水平位移监测 采用垂线法，共设置了采用垂线法，共设置了20条正垂线和条正垂线和3条倒垂线。采用的仪器分别为条倒垂线。采用的仪器分别为CG-2A型垂线观测仪型垂线观测仪23台、台、ZT-400型正垂设备型正垂设备20套、套、YT-400型倒垂设备型倒垂设备3套。套。 水利工程管理技术 3.裂缝监测裂缝监测 在重点坝垛的重要裂缝上布设在重点坝垛的重要裂缝上布设25支支CF-5差动电阻式测缝计，用差动电阻式测缝计，用SQB-2型数字式水工比例电桥测量。型数字式水工比例电桥测量。

3、 4.温度监测温度监测电阻温度计共电阻温度计共40支，其中坝基温度计支，其中坝基温度计6支，垛墙混凝土温度计支，垛墙混凝土温度计10支，垛支，垛内气温计内气温计10支，水温计支，水温计14支。支。 5.环境量监测气温环境量监测气温:在坝顶设有四台温度自记钟；库水位；雨在坝顶设有四台温度自记钟；库水位；雨量。量。 水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例 (二二)大坝安全监测自动化系统大坝安全监测自动化系统 大坝安全监测自动化系统是根据国家大坝安全监测技术规范及设计大坝安全监测自动化系统是根据国家大坝安全监测技术规范及设计要求，在原有监测系统的基础上，对监测项

4、目进行补充完善，对监测设施进要求，在原有监测系统的基础上，对监测项目进行补充完善，对监测设施进行更新改造而成。大坝安全自动化监测系统由安装在大坝内的行更新改造而成。大坝安全自动化监测系统由安装在大坝内的12个分布式数个分布式数据采集单元据采集单元DAU和安装在水库管理中心的大坝安全监控管理系统组成。水库和安装在水库管理中心的大坝安全监控管理系统组成。水库管理中心与现场管理中心与现场DAU之间由通信光缆联接，通讯方式为之间由通信光缆联接，通讯方式为RS-485现场总线现场总线(CANBus)。现场数据采集单元。现场数据采集单元DAU由安装在管理中心的监控主机统一控制由安装在管理中心的监控主机统一

5、控制采集数据。采集数据。 水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例1.自动化监测项目自动化监测项目 (1)位移监测位移监测 垂直位移仍采用人工观测，但观测资料纳入监测自动化系统数据库。垂直位移仍采用人工观测，但观测资料纳入监测自动化系统数据库。大坝水平位移观测采用垂线法，大坝水平位移观测采用垂线法，20条正垂线、条正垂线、3条倒垂线，共条倒垂线，共23个观测点均个观测点均采用电容式垂线坐标仪实现自动监测。采用电容式垂线坐标仪实现自动监测。 (2)绕坝渗流及地下水位绕坝渗流及地下水位 新增绕坝渗流观测点共新增绕坝渗流观测点共11个；新增地下水位观测点共个；新增

6、地下水位观测点共21个。上述观测点个。上述观测点均采用振弦式压力传感器实现自动监测。均采用振弦式压力传感器实现自动监测。 水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例 (3)应力、应变及温度监测应力、应变及温度监测 新增钢筋应力计共新增钢筋应力计共17支，新增渗压计支，新增渗压计(垛墙硅垛墙硅)共共6支，新增测缝计支，新增测缝计共共18支，新增支，新增16个温度计个温度计(垛内气温、垛墙硅温度各垛内气温、垛墙硅温度各8个个)，新增，新增4个保个保温层温度测点温层温度测点(拱圈、通气孔各拱圈、通气孔各2个个)。以上均实现自动监测。原有内观。以上均实现自动监测。原有

7、内观测点经检测符合自动化要求的温度计测点经检测符合自动化要求的温度计34支、测缝计支、测缝计22支，共支，共56支支(电电阻式阻式)也实现自动监测。也实现自动监测。 (4)环境量监测环境量监测新增老厂尾水位监测点新增老厂尾水位监测点(振弦式振弦式)1个和地区气温个和地区气温(电阻式电阻式)1个，这个，这2个个点纳入自动化系统。点纳入自动化系统。水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例2.自动化监测仪器选型自动化监测仪器选型 自动化仪器选型原则自动化仪器选型原则:在满足精度要求的前提下，考虑其技术先进性、可在满足精度要求的前提下，考虑其技术先进性、可靠性和长期

8、稳定性，并且有工程成功应用实例。靠性和长期稳定性，并且有工程成功应用实例。 优先采用国内成熟的产品优先采用国内成熟的产品(通过省部级鉴定的产品通过省部级鉴定的产品)，并且尽量采用统一，并且尽量采用统一类型的监测仪器，以减少系统构成的复杂性。类型的监测仪器，以减少系统构成的复杂性。 监测仪器和监测系统的性能要求是低故障率、高可靠性，确保自动化监监测仪器和监测系统的性能要求是低故障率、高可靠性，确保自动化监测系统既实用又能长期稳定运行。测系统既实用又能长期稳定运行。 采用的监测仪器和数据采集单元的生产厂家要具有技术质量监督局颁发采用的监测仪器和数据采集单元的生产厂家要具有技术质量监督局颁发的计量产

9、品许可证。的计量产品许可证。 组成的自动化监测系统可维护性好，易于扩展，且满足组成的自动化监测系统可维护性好，易于扩展，且满足混凝土大坝安混凝土大坝安全监测技术规范全监测技术规范和和大坝安全自动监测系统设备基本技术条件大坝安全自动监测系统设备基本技术条件的有关规的有关规定。定。水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例3.数据采集单元数据采集单元 本系统选用南瑞集团公司生产的本系统选用南瑞集团公司生产的DAU-2000系列分布式数据采集单元。系列分布式数据采集单元。外形及内部布置见图外形及内部布置见图6-24。图图6-24 DAU-20006-24 DAU-2

10、000分布式数据采集单元分布式数据采集单元水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例4.监控管理系统监控管理系统 监控管理系统主要介绍在线监测、图形报表、离线分析、测值预报和数据监控管理系统主要介绍在线监测、图形报表、离线分析、测值预报和数据管理。管理。 (1)在线监测系统在线监测系统 在线监测系统实现对所有测点的远程测量、入库、计算、安全评估自动化。在线监测系统实现对所有测点的远程测量、入库、计算、安全评估自动化。系统主要包括数据采集系统、测值计算整编、在线快速安全评估系统主要包括数据采集系统、测值计算整编、在线快速安全评估(实时监控实时监控)三三个主要部分

11、。在线监测系统框图见图个主要部分。在线监测系统框图见图6-25。图图6-25 6-25 在线监测系统框图在线监测系统框图水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例数据采集系统数据采集系统 数据采集系统，定时采集监测数据，并对异常怀疑点自动复测，对报数据采集系统，定时采集监测数据，并对异常怀疑点自动复测，对报警测点可以发送报警消息，真正实现警测点可以发送报警消息，真正实现“无人值守无人值守”功能。功能。 数据采集系统还可以直观地显示监测仪器布置图、监测网络系统配置数据采集系统还可以直观地显示监测仪器布置图、监测网络系统配置图，用户直接在图上选择测点进行测量、查询

12、监测数据、绘制过程线以及图，用户直接在图上选择测点进行测量、查询监测数据、绘制过程线以及查询测点的属性。监测数据显示界面由用户自己定制，可以选择以过程线、查询测点的属性。监测数据显示界面由用户自己定制，可以选择以过程线、分布图或数据的方式来实时显示自己关注的测点组合的测值。分布图或数据的方式来实时显示自己关注的测点组合的测值。 数据采集系统允许通过管理单位局域网登录监控主机实现数据采集的数据采集系统允许通过管理单位局域网登录监控主机实现数据采集的异地控制。异地控制。成果计算整编成果计算整编 测值计算整编具有独立的用户界面，可对任一测点进行公式的编辑、测值计算整编具有独立的用户界面，可对任一测点

13、进行公式的编辑、查询，计算方案可以任意设置，缺省为处理所有最新测值。对常见观测项查询，计算方案可以任意设置，缺省为处理所有最新测值。对常见观测项目的计算方法提供详细的在线帮助。目的计算方法提供详细的在线帮助。水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例在线评估在线评估(实时监控实时监控) 在线评估模块，提供对评判准则的管理、评判方案的设置。该模块主要包在线评估模块，提供对评判准则的管理、评判方案的设置。该模块主要包括括:a.监控准则监控准则 主要包括时空分析评判准则、力学规律评判准则、数控模型评判准则、监主要包括时空分析评判准则、力学规律评判准则、数控模型评判准

14、则、监控指标评判准则、日常巡视评判准则、关键问题评判准则等评判准则。控指标评判准则、日常巡视评判准则、关键问题评判准则等评判准则。b.自动监控自动监控 主要是利用已有的准则对监测数据进行自动的在线分析评价，判别测值的主要是利用已有的准则对监测数据进行自动的在线分析评价，判别测值的性质是正常、基本正常、疑点或异常。对异常或疑点数据进行不同级别的报性质是正常、基本正常、疑点或异常。对异常或疑点数据进行不同级别的报警。警。水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例c.准则的管理和维护准则的管理和维护 准则分为静态准则与动态准则。系统的准则管理和维护通过准则管理准则分

15、为静态准则与动态准则。系统的准则管理和维护通过准则管理模块来完成。主要功能是准则库的建立与撤销；准则的修改、插入、删除、模块来完成。主要功能是准则库的建立与撤销；准则的修改、插入、删除、查询、打印；准则的一致性、冗余性检查；准则库的重组。查询、打印；准则的一致性、冗余性检查；准则库的重组。 最新监测数据评判结果在监测仪器布置图中实时显示或在用户定义的最新监测数据评判结果在监测仪器布置图中实时显示或在用户定义的表格中显示。表格中显示。 水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例2)图形报表系统图形报表系统 图形报表系统提供丰富的图表控件供用户根据需要编辑形成各类

16、图形、图形报表系统提供丰富的图表控件供用户根据需要编辑形成各类图形、报表。系统分为图表编辑器和图表显示器两部分。图表编辑器生成图表模报表。系统分为图表编辑器和图表显示器两部分。图表编辑器生成图表模板，调用图表模板可生成相应的图表供保存、打印，该图表还可根据需要板，调用图表模板可生成相应的图表供保存、打印，该图表还可根据需要生成生成WEB网页。网页。 图形控件包括历史过程线控件、日过程线控件、扬压力方块图控件、分图形控件包括历史过程线控件、日过程线控件、扬压力方块图控件、分布图控件、相关图布图控件、相关图控件、统计图等；报表控件包括年报、季报、月报、旬报、日报、年鉴和控件、统计图等；报表控件包括

17、年报、季报、月报、旬报、日报、年鉴和汇总报表等控件。对于同一数据的报表控件和图形控件，用户可以在图形汇总报表等控件。对于同一数据的报表控件和图形控件，用户可以在图形或报表上直接对数据进行编辑，报表和图形均实时反映修改的结果，但不或报表上直接对数据进行编辑，报表和图形均实时反映修改的结果，但不影响原始数据库。影响原始数据库。 图表控件还包括对监测系统状况的统计分析控件，如按项目统计测点、图表控件还包括对监测系统状况的统计分析控件，如按项目统计测点、按坝段统计测点、系统数据采集缺失率、仪器完好率统计等。按坝段统计测点、系统数据采集缺失率、仪器完好率统计等。水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程

18、案例大坝安全监测自动化系统工程案例(3)离线分析系统离线分析系统 离线分析系统主要用于对实测数据的处理和计算分析，评估大坝的实际运离线分析系统主要用于对实测数据的处理和计算分析，评估大坝的实际运行性态。将实测值换算成标准监测量，根据各类仪器特性对各监测量进行误行性态。将实测值换算成标准监测量，根据各类仪器特性对各监测量进行误差检验差检验(包括粗差、偶然误差、系统误差等包括粗差、偶然误差、系统误差等)；提供各种计算分析模型；提供各；提供各种计算分析模型；提供各种可选的分析因子，如水压、温度种可选的分析因子，如水压、温度(气温、坝温气温、坝温)和时效因子等，供用户任意组和时效因子等，供用户任意组合

19、选用；提供丰富的图形和表格功能，使整个分析过程窗口化，分析结果图合选用；提供丰富的图形和表格功能，使整个分析过程窗口化，分析结果图表化。离线分析系统功能框如图表化。离线分析系统功能框如图6-26，系统有以下特点，系统有以下特点:图图6-26 离线分析子系统框图离线分析子系统框图水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例 集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能为一体，集多元线性回归分析、典型相关分析和主成分分析的基本功能为一体，实现多因变量的回归建模，可有效地克服自变量之间的多重相关在系统建模实现多因变量的回归建模，可有效地克服自变量之间的多重相

20、关在系统建模中的的不良作用。中的的不良作用。 对各类监测量进行计算分析，建立包括统计模型、混合模型和确定性对各类监测量进行计算分析，建立包括统计模型、混合模型和确定性模型在内的单点及分布模型，满足多种不同需求。模型在内的单点及分布模型，满足多种不同需求。 能进行大规模批处理，在相同的因子组合条件下，对多个测点以及多能进行大规模批处理，在相同的因子组合条件下，对多个测点以及多个分析时段同时进行分析和建模，高效快速。个分析时段同时进行分析和建模，高效快速。 直接在监测布置图上点取分析对象，在测值过程图上截取分析时段，直接在监测布置图上点取分析对象，在测值过程图上截取分析时段，直观方便。直观方便。水

21、利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例 对因子的选用、组合及分类灵活多样，随意性强，通过简单的操作即对因子的选用、组合及分类灵活多样，随意性强，通过简单的操作即可组合出数量众多的因子。可组合出数量众多的因子。 根据分析对象群、计算时段和因子组合等自动生成计算所需的全部数根据分析对象群、计算时段和因子组合等自动生成计算所需的全部数据，用户无须进行大量样本数据的准备工作。据，用户无须进行大量样本数据的准备工作。 计算结果和模型方程图表化程度高，直观性强，各图表的相互切换方计算结果和模型方程图表化程度高，直观性强，各图表的相互切换方便快捷。便快捷。 分析系统具有一

22、定的智能，可自动进行多种计算方案的成果比较，以及分析系统具有一定的智能，可自动进行多种计算方案的成果比较，以及对计算方案进行适宜调整，帮助非专业的管理人员确定最佳方案，以期获对计算方案进行适宜调整，帮助非专业的管理人员确定最佳方案，以期获得较满意的分析成果。得较满意的分析成果。水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例(4)测值预报系统测值预报系统 测值预报是对重点监测项目，在预设的水位和气温条件下，利用预报模测值预报是对重点监测项目，在预设的水位和气温条件下，利用预报模型预测监测点未来的测值变化情况。对已经建立预报模型的监测点，可以进型预测监测点未来的测值变

23、化情况。对已经建立预报模型的监测点，可以进行预报分析，并给出预报值和预报分量。行预报分析，并给出预报值和预报分量。 进行测值预报的步骤是进行测值预报的步骤是:设定水位、气温数据，选择预报仪器，选择预报设定水位、气温数据，选择预报仪器，选择预报模型，选择预报时间，进行预报。模型，选择预报时间，进行预报。 系统提供导航器提示用户逐步完成测值预报过程。预报完成后既可以过系统提供导航器提示用户逐步完成测值预报过程。预报完成后既可以过程线或表格的形式显示预报值及各分量，也可以绘制指定分量与测值的相关程线或表格的形式显示预报值及各分量，也可以绘制指定分量与测值的相关图。图。 水利工程管理技术大坝安全监测自

24、动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例(5)数据管理系统数据管理系统 数据管理系统提供对与监测系统有关的各种信息和数据的管理。包括数据管理系统提供对与监测系统有关的各种信息和数据的管理。包括人工观测项目的数据输入、自动化测值的重新计算人工观测项目的数据输入、自动化测值的重新计算(因自动化仪器更换而因自动化仪器更换而相关参数未及时更新时相关参数未及时更新时)、数据库测值管理、数据库备份等。其功能框图、数据库测值管理、数据库备份等。其功能框图见图见图6-27。图图6-27 6-27 数据管理系统框图数据管理系统框图水利工程管理技术大坝安全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例

25、 人工观测项目数据的录入，提供三种方式人工观测项目数据的录入，提供三种方式:第一种，用户可以按观测第一种，用户可以按观测记录本的记录顺序定制一个输入界面，按顺序输入一次观测的一批观测记录本的记录顺序定制一个输入界面，按顺序输入一次观测的一批观测值。第二种方法是选定某个测点，输入该测点的所有测值；第三种方法值。第二种方法是选定某个测点，输入该测点的所有测值；第三种方法是从是从Excel表格中导入到数据库。输入数据时对数据合理性进行自动校验，表格中导入到数据库。输入数据时对数据合理性进行自动校验，对明显不合理的数据集中报警，并具备防止重复输入的功能。一次输入对明显不合理的数据集中报警，并具备防止重

26、复输入的功能。一次输入完成后系统可以根据测点特性，自动进行测值整编计算。完成后系统可以根据测点特性，自动进行测值整编计算。 测值管理是针对高级别的用户，允许用户对数据库中的监测资料进行测值管理是针对高级别的用户，允许用户对数据库中的监测资料进行插入、删除、修改、查询、检索等。由于仪器故障、观测差错等原因造插入、删除、修改、查询、检索等。由于仪器故障、观测差错等原因造成数据异常，系统能自动进行监测数据的剔除、修正或成数据异常，系统能自动进行监测数据的剔除、修正或“屏蔽屏蔽”，并对，并对数据进行一致性校验，确保数据库数据的一致性。数据进行一致性校验，确保数据库数据的一致性。 因仪器更换导致系统参数

27、改变，需要分时段进行物理量的转换时，系因仪器更换导致系统参数改变，需要分时段进行物理量的转换时，系统可以在指定的时段，重新进行物理量的计算与转换。系统数据处理操统可以在指定的时段，重新进行物理量的计算与转换。系统数据处理操作具有有较大的灵活性，软件能根据监测对象动态变化时监测的频次甚作具有有较大的灵活性，软件能根据监测对象动态变化时监测的频次甚至监测手段变化，或监测数据处理工作方式更改，自动采取不同的处理至监测手段变化，或监测数据处理工作方式更改，自动采取不同的处理方式，人工观测与自动化观测通过分析得出偏移量进行衔接。方式，人工观测与自动化观测通过分析得出偏移量进行衔接。水利工程管理技术大坝安

28、全监测自动化系统工程案例大坝安全监测自动化系统工程案例 系统提供数据查询功能，包括日测值查询、指定测点集的时段测值查系统提供数据查询功能，包括日测值查询、指定测点集的时段测值查询、指定测点集的给定时间的测值查询以及单个测点的测值查询等。系统也询、指定测点集的给定时间的测值查询以及单个测点的测值查询等。系统也同样提供仪器布置图和系统配置图显示，用户可以在图上选择测点进行操作，同样提供仪器布置图和系统配置图显示，用户可以在图上选择测点进行操作，但此处只返回查询的数据而不是对监测系统进行控制和测量。查询的数据显但此处只返回查询的数据而不是对监测系统进行控制和测量。查询的数据显示提供表格和过程线两种方式。示提供表格和过程线两种方式。 数据管理系统能方便地对数据进行备份、还原以及远程复制。可将任数据管理系统能方便地对数据进行备份、还原以及远程复制。可将任意时间段的数据备份出来，在系统需要时还原进系统意时间段的数据备份出来，在系统需要时还原进系统(例如恢复系统、数据例如恢复系统、数据软盘传递等情况软盘传递等情况)。 主持单位: 安徽水利水电职业技术学院 山东水利职业学院 参建单位: 黄河水利职业技术学院 重庆水利电力职业技术学院 福建水利电力职业技术学院