大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及應(yīng)用

王 欽

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410000)

大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)及應(yīng)用

王 欽

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410000)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家加大了對(duì)水利工程項(xiàng)目的各項(xiàng)投入，有效推動(dòng)了水利工程建設(shè)的發(fā)展，特別是大壩建設(shè)。作為水利工程項(xiàng)目的一個(gè)重要組成，大壩工程隨著壩工技術(shù)的優(yōu)化與完善，大壩工程建設(shè)規(guī)模向高、大方向發(fā)展，然而其安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之日益增加。大壩工程項(xiàng)目的安全性，對(duì)于水利工程項(xiàng)目下游社會(huì)、環(huán)境與人身財(cái)產(chǎn)安全具有顯著影響。本文在介紹大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對(duì)大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與設(shè)計(jì)了分析，并闡述了其應(yīng)用現(xiàn)狀與前景。

大壩工程 安全數(shù)據(jù) 傳輸技術(shù) 應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)、傳感器技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)等快速發(fā)展，大壩安全數(shù)字化管理技術(shù)日漸成熟。與此同時(shí)，伴隨著大壩監(jiān)測(cè)信息量的不斷增加，對(duì)大壩各種分析數(shù)據(jù)處理技術(shù)提出了更高要求，特別是安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等?；诖耍恍┬碌募夹g(shù)和設(shè)備引入了大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如用激光準(zhǔn)直測(cè)量技術(shù)量測(cè)位移，用熱梯度面檢查發(fā)現(xiàn)滲漏，用差動(dòng)電阻式儀器進(jìn)行溫度、滲壓監(jiān)測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變等[1]?？梢姡绾蝺?yōu)化和完善大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，保證大壩安全運(yùn)行，已成為當(dāng)前大壩工程建設(shè)研究的熱點(diǎn)問題。

一、大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)概述

對(duì)于大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)來說，其已成為國(guó)內(nèi)水電站電力系統(tǒng)中一個(gè)至關(guān)重要的組成，其主要包括大壩安全信息主 系統(tǒng)、各主管單位的大壩安全信息分系統(tǒng)、各水電站運(yùn)行單位 的大壩安全 信息子系統(tǒng)三個(gè)組成部分[2]。大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)為確保系統(tǒng)內(nèi)信息的完整性、統(tǒng)一性，其系統(tǒng)內(nèi)各層見數(shù)據(jù)傳統(tǒng)都需要對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行完成，并且包括著系統(tǒng)中分系統(tǒng)數(shù)據(jù)向主系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸。

國(guó)內(nèi)有關(guān)大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)研究起步較晚，其無論是在技術(shù)設(shè)計(jì)還是在實(shí)踐應(yīng)用方面都存在著諸多困難與問題，主要表現(xiàn)有[3]：

首先，當(dāng)前水電站電力系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)、類型、部署方式和數(shù)據(jù)編碼等，受不同單位、不同系統(tǒng)以及不同運(yùn)行單位子系統(tǒng)等實(shí)施開發(fā)影響具有顯著的差異性，這導(dǎo)致大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。基于此，為確保各子系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息能夠有效傳輸至主系統(tǒng)中，一方面應(yīng)確保各數(shù)據(jù)接口具有統(tǒng)一性，另一方面則應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)部署方式以及各類結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)支持。

其次，受不同水電站大壩安全數(shù)據(jù)上報(bào)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不同等影響，其安全數(shù)據(jù)傳輸存在著差異性。例如，部分水電站采用電力專網(wǎng)方式上報(bào)，而部分水電站則采用互聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行上報(bào)?；诖髩伟踩珨?shù)據(jù)上報(bào)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜性，為降低由于安全數(shù)據(jù)傳輸給各水電站帶來的額外網(wǎng)絡(luò)要求與負(fù)擔(dān)，要求大壩安全數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應(yīng)與各水電站現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與資源相適應(yīng)。

第三，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)水利水電項(xiàng)目投入不斷增加，在大壩中心注冊(cè)的大壩數(shù)量也呈現(xiàn)出逐年增加趨勢(shì)，這也在一定程度上增加了大壩安全信息管理系統(tǒng)中接入的大壩數(shù)量。大壩中心傳輸服務(wù)器受不斷增多傳輸客戶端軟件同時(shí)運(yùn)行影響，其工作壓力日漸增大且后期維護(hù)任務(wù)繁重?；诖?，為解決此問題，應(yīng)適當(dāng)升級(jí)大壩安全信息管理系統(tǒng)，使其能夠適應(yīng)大量客戶端同時(shí)訪問需求。

此外，為適應(yīng)大壩安全數(shù)據(jù)信息的不斷更新與變化，應(yīng)著重考慮升級(jí)大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)中分系統(tǒng)與子系統(tǒng)，以確保大壩運(yùn)行過程中的安全穩(wěn)定性。

二、大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與設(shè)計(jì)

（一）大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

常見的大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)方式是基于Socket結(jié)合TCP/UDP/FTP 協(xié) 議 方式 傳 輸 以 及 面 向 服 務(wù) 的 WebServices傳輸方式[4]。該種傳輸方式不單獨(dú)占用通訊端口，其是一種面向服務(wù)的分布式計(jì)算技術(shù)，主要要求客戶端安裝軟件后能夠訪問Internet即可。由于WebServices傳輸方式信息傳遞格式采用XML格式，其在適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜性基礎(chǔ)上，能夠承受大量客戶端訪問，具有優(yōu)異的跨平臺(tái)特征。

大壩安全數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)根據(jù)物理安裝獨(dú)立性與邏輯功能獨(dú)立性原則，主要包括數(shù)據(jù)傳輸客戶端與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)端兩部分[5]。其中，在數(shù)據(jù)傳輸客戶端設(shè)計(jì)方面，以Windows應(yīng)用程序?yàn)橹?，主要?duì)大壩運(yùn)行單位、大壩安全數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)子系統(tǒng)或分系統(tǒng)提供傳輸數(shù)據(jù)來源，其可以實(shí)現(xiàn)多座大壩的數(shù)據(jù)傳輸；在數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)端設(shè)計(jì)方面，以Web Services服務(wù)程序?yàn)橹?，主要?fù)責(zé)發(fā)電公司分系統(tǒng)或者大壩中心主系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接收與入庫(kù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)來自數(shù)據(jù)傳輸客戶端的請(qǐng)求指令的處理。

大壩安全數(shù)據(jù)傳輸過程中為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、可靠性，通常是通過傳輸客戶端與服務(wù)端之間的協(xié)同工作來完成的，且在數(shù)據(jù)傳輸前后對(duì)數(shù)據(jù)記錄打包處理與預(yù)處理，并且壓縮和加密數(shù)據(jù)文件，服務(wù)端收到數(shù)據(jù)文件后進(jìn)行數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證、 解壓和解密[6]。其中，大壩安全數(shù)據(jù)傳輸客戶端工作流程為：客戶端計(jì)算機(jī)項(xiàng)服務(wù)端發(fā)起數(shù)據(jù)上傳請(qǐng)求→服務(wù)端對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行收集→實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件創(chuàng)建→預(yù)處理數(shù)據(jù)→采用多線程方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件上傳→數(shù)據(jù)文件傳輸完成；大壩安全數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)端工作流程為：實(shí)現(xiàn)上傳請(qǐng)求的接收→對(duì)上傳條件進(jìn)行處理→實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的接收→預(yù)處理數(shù)據(jù)文件→實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)入庫(kù)與調(diào)度。

（二）數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

對(duì)于數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)來說，主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)類型接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)接口設(shè)計(jì)兩方面，具體為[7]：

（1）在數(shù)據(jù)庫(kù)類型接口設(shè)計(jì)方面，其安裝接口功能不同具有不同的數(shù)據(jù)可連接類型。針對(duì)大壩安全信息系統(tǒng)邏輯層次中數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和表現(xiàn)層需求，以IDBConn接口為主，在具體實(shí)現(xiàn)某一種數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)繼承該接口， 并實(shí)現(xiàn)所有接口函數(shù)。當(dāng)面對(duì)某個(gè)單位的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，指定數(shù)據(jù)庫(kù)類型實(shí)例化連接對(duì)象即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該類型數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。

（2）在數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)接口設(shè)計(jì)方面，根據(jù)大壩安全遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)中分量、監(jiān)測(cè)儀器、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、大類、測(cè)點(diǎn)、子類等組成不同，分別抽象為上述分類后報(bào)送到主系統(tǒng)或者分系統(tǒng)。因此，一方面應(yīng)將監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)信息傳輸至大壩安全遠(yuǎn)程管理分系統(tǒng)或子系統(tǒng)，另一方面對(duì)不同單位的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聲明一個(gè)對(duì)象來繼承接口IDamsafety并實(shí)現(xiàn)代碼。

三、應(yīng)用與展望

截止到現(xiàn)在為止，上述大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已成功并廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多座水電站之中。在這些實(shí)踐應(yīng)用中，既包括應(yīng)用于運(yùn)行單位子系統(tǒng)和公司分系統(tǒng)之間的信息傳輸，又包括運(yùn)行單位子系統(tǒng)和主管單位分系統(tǒng)將信息上報(bào)至大壩中心主系統(tǒng)[8]?？梢?，應(yīng)充分重視和發(fā)展大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，使其能夠?yàn)楸３执髩喂こ贪踩?、穩(wěn)定、持續(xù)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 王德厚，大壩安全與監(jiān)測(cè)[J].水利水電技術(shù)，2009年，第8期，第40卷：126-133

[2] 陳振飛， 蔣 波， 黎中原，大壩安全數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與應(yīng)用[J].水力發(fā)電，2014年8月，第40卷，第8期：75-78

[3] 周海燕，郭建忠，王家耀，知識(shí)發(fā)現(xiàn)與數(shù)據(jù)可視化技術(shù)淺析[J]，信息工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2002.12

[4] 李雷，蔡躍波，我國(guó)水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)與管理的新動(dòng)態(tài)[J].大壩與安全，2005，(6)

[5] 趙志仁，大壩安全監(jiān)測(cè)的原理與應(yīng)用[M].天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1992

[6] 方衛(wèi)華，王潤(rùn)英，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的發(fā)展研究[J].大壩與安全， 2005，(5)

[7] 王德厚，李端有，劉祥生，等.水利水電工程安全監(jiān)測(cè)理論與實(shí)踐[M].武漢：長(zhǎng)江出版社， 2007

[8] 盧兆輝，大壩安全監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用平臺(tái)技術(shù)研究[D].河海大學(xué)碩士畢業(yè)生論文，2005.03

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1007-6344（2015）11-0099-01