三座店水庫堆石壩測量機器人變形監(jiān)測設計方案

郝淑榮

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110003）

1 水庫大壩概況

三座店水庫工程位于內(nèi)蒙古赤峰市境內(nèi)西遼河支流陰河的下游，攔河主壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩型，壩頂高程為731.9 m，最大壩高為53.50 m。

三座店水庫主壩在5個斷面共布設20個綜合位移標點（兼測水平位移和垂直位移），共布設6個水平位移工作基點，原設計采用控制網(wǎng)人工現(xiàn)場進行觀測。由于下游壩坡較陡，人工變形觀測困難，因此，引入機器人自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)。

2 測量機器人特點

1）自動化程度高，可靠性強。

2）可實現(xiàn)實時監(jiān)測、快速監(jiān)測。

3）運行維護方便、節(jié)省成本。

4）測量范圍大，可以對大壩上處于通視條件下的任意點進行測量，并可同時獲得每個變形測點的水平位移和垂直位移的信息。

5）測量機器人測角精度0.5”，測距精度0.6 mm+1 ppm。

6）其系統(tǒng)不足主要表現(xiàn)在測量精度受大氣折射的影響。在大壩監(jiān)測控制網(wǎng)的基礎上，可以采取在不受大氣折射影響時段進行觀測，可以消除和減弱各種誤差對測量結果的影響，大幅度地提高測量精度。

3 系統(tǒng)組成及結構

系統(tǒng)設施主要有測量機器人、棱鏡支架目標組、通訊設備、供電設備、視頻監(jiān)控設備、遠程安防設備、計算機和服務器等設備以及基點站房組成。

4 設計方案

4.1 基點站房

在主壩壩頂附近建設測量機器人觀測基點及基站站房。觀測基點用于安裝測量機器人，觀測基點布設在基點站房內(nèi)。為實現(xiàn)真正的自動化觀測，在基點站房配備全自動電動玻璃窗，玻璃窗在測量機器人觀測前后可自動開閉，避免玻璃折射引起的觀測誤差，同時保證基點站房內(nèi)外溫度等環(huán)境因素一致性，滿足測量機器人觀測精度要求。

4.2 位移標點及基點改造

為實現(xiàn)自動化觀測，需對綜合位移標點進行自動化改造，并增設觀測棱鏡及保護裝置。保護裝置在滿足觀測精度的前提下，滿足了防盜、防霧的要求。保護裝置避免了在每次觀測前，人工安裝棱鏡的工作，解決了三座店水庫壩坡坡度大，人工現(xiàn)場測量困難的問題，實現(xiàn)了無現(xiàn)場工作人員完全的自動觀測。表面變形采用控制網(wǎng)觀測方案，利用主壩已經(jīng)建立的控制網(wǎng)，并實現(xiàn)自動觀測。

4.3 機器人輔助系統(tǒng)

為保證主壩監(jiān)測設備的安全，同時可實時監(jiān)測測量機器人的工作狀態(tài)，需配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，布設視頻監(jiān)控設備和基點站房門禁設備，實現(xiàn)在中控室遠程監(jiān)控。

在基點站房內(nèi)布設1臺攝像機、基點站房外布設2臺攝像機，攝像機采用紅外一體攝像機。室外攝像機主要監(jiān)視大壩安全監(jiān)測等設施，及時發(fā)現(xiàn)人為破壞情況。室內(nèi)攝像機主要監(jiān)視基點站房和中控室內(nèi)部的情況，能及時發(fā)現(xiàn)或阻止外人闖入。在基站站房設置門禁系統(tǒng)，完善的解決正常工作和非法入侵的區(qū)分。

5 系統(tǒng)功能

5.1 測量機器人

測量機器人系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、儲存和傳輸、數(shù)據(jù)處理、分析及報警等功能，可在無人值守情況下完成對大壩表面位移全自動化觀測，實現(xiàn)自動和高精度測量、無人值守，充分發(fā)揮變形監(jiān)測系統(tǒng)的作用，特別是在汛期等緊急狀態(tài)下，及時和連續(xù)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，為工程安全監(jiān)控和評估提供依據(jù)。

系統(tǒng)實現(xiàn)從測量照準、數(shù)據(jù)采集記錄、數(shù)據(jù)預處理到測量手簿生成、常用平差軟件所需格式文件的輸出全部過程自動化，可在無人值守的情況下不間斷定時觀測。

軟件操作簡潔，流程清晰，便于操作，可以依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范設置各種測量限差，軟件設定各項檢查指標，可以自動進行三角形閉合差計算。

監(jiān)測系統(tǒng)在短時間內(nèi)完成變形點的三維坐標測量，可同時獲得每變形點的平面位移和垂直位移信息。系統(tǒng)自動生成EXCEL文檔格式表格的外業(yè)觀測手簿，根據(jù)要求，提供各變形點位移信息的日、月、年等報表。系統(tǒng)具有圖形顯示和輸出功能，可以通過圖形查看每站觀測量和整個控制網(wǎng)網(wǎng)圖。

系統(tǒng)采用遠離全站儀監(jiān)測站的計算機中心控制機房監(jiān)控方式，值班人員在控制機房可全面了解監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況?？刂茩C房和監(jiān)測站的全站儀之間采用雙向有線通訊方式，實現(xiàn)控制計算機對全站儀的遠距離在線控制。

5.2 輔助系統(tǒng)

目前，隨著信息化產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，由遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和防盜報警系統(tǒng)構成的安全防范系統(tǒng)，已經(jīng)成為涉及多媒體技術、軟件工程、網(wǎng)絡技術、辦公自動化技術等多學科的綜合技術，并以其獨特的功能需求和先進的技術集成廣泛應用于國內(nèi)外各行各業(yè)，成為綜合管理系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。尤其在水利建設方面，通過對水利設施的視頻集中監(jiān)控和管理，能及時掌握設備的運行狀態(tài)，以避免可能發(fā)生的意外事件，并做到只要在監(jiān)控中心，就能夠?qū)υ诒O(jiān)控范圍內(nèi)的各種狀況了如指掌，增加了對突發(fā)事件的反映速度，有效地提高工作效率。

5.2.1 遠程安防系統(tǒng)

1）系統(tǒng)區(qū)分正常工作和非法入侵，符合安全防范系統(tǒng)要求的設防和撤防，刷卡進入自動解除報警設防，開關（刷卡）外出自動設防。方便合法出入基站人員進行維護管理。

2）系統(tǒng)提供感應卡、備用鑰匙、遠程管理中心遙控開門、開窗等多種開關控制方式。

3）系統(tǒng)提供遠程設防，狀態(tài)查詢功能,中心管理平臺具有設防、布防和撤防等功能。

4）系統(tǒng)報警功能齊全并且能夠顯示報警類型、報警地點等，實時監(jiān)控并進行處理，發(fā)生警情時，管理人員或管理中心可遠程開啟或者鎖死基站防盜門。

5.2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1）系統(tǒng)實現(xiàn)遠程24 h監(jiān)控。

2）系統(tǒng)圖像視頻窗口可放大縮小，調(diào)整畫面的顯示清晰度。

3）系統(tǒng)可實現(xiàn)控制前端設備接入的報警主機和報警盒設備的控制，并且能夠收到報警設備中的所有數(shù)據(jù)及處理。

5.2.3 遠程電力拖動系統(tǒng)

系統(tǒng)遠程自動控制基點站房電動觀測窗，與測量機器人聯(lián)動，在每次測量機器人觀測前提前開啟觀測窗。

5.2.4 供電系統(tǒng)

系統(tǒng)的供電電源采用220 V，50 Hz的單相交流電，該單相電源專線敷設至系統(tǒng)所用的配電柜，其電源波動范圍為：+5%～-10%之內(nèi)，并配有UPS分別給基點站房和中控室提供不中斷電源。

5.2.5 防雷系統(tǒng)

系統(tǒng)的接地采用一點接地方式，以避免由于接地電位差而混入交流波干擾等，防雷接地系統(tǒng)需覆蓋整個自動化監(jiān)測系統(tǒng)，其接地電阻應小于4 Ω。

6 結 語

采用傳統(tǒng)的人工方式進行表面變形監(jiān)測，監(jiān)測工作量大，在需要增加測次等特殊情況下，難以滿足準確及時了解大壩的運行狀態(tài)的需要。如果將表面變形監(jiān)測納入大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，不僅測讀快、及時，而且能夠做到相關量同步測讀，勝任多測點、密測次的要求，提供在時間上和空間上更為連續(xù)的信息，而且測讀準確性和可靠性高，能夠快速、準確地進行大壩安全參數(shù)測量、數(shù)據(jù)采集和傳輸，并能自動進行資料整編和分析，監(jiān)測資料的同步性強，能大大減少人為因素的不確定性。