分析無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

易 偉

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng)550081)

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以由水庫(kù)水位和壩體滲流及壩基滲流等進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，及時(shí)進(jìn)行圖表的處理，對(duì)水庫(kù)水位和樞紐區(qū)滲液位的分析，也可以提高大壩監(jiān)測(cè)的效率，不僅能使數(shù)據(jù)采據(jù)的周期減少，還能提高數(shù)據(jù)采集頻率與實(shí)時(shí)性，有效降低勞動(dòng)的強(qiáng)度。

1 工程概述

貴州省東北部的石埡子水電站屬于烏江水系左岸一級(jí)支流，處于洪渡河的中下游。石埡子水電站的樞紐以碾壓混凝土重力壩與右?guī)r引水發(fā)電系統(tǒng)共同組成。石埡子水電站的正常蓄水位可以達(dá)到544 m(高程)，水庫(kù)的容量為3.215 億m3，裝機(jī)達(dá)到140 MW(2 ×70 MW)，出力26.1 MW，而年發(fā)電量為4.782 ×108kW·h。大壩堰頂高程為523.50 m，而廠房設(shè)置于右?guī)r的山體內(nèi)，屬于地下廠房，以單一洞室的形式布置的，由右到左布置格局為主變室、安裝室及主機(jī)、副廠 房等，全長(zhǎng)99 m，洞室位于P1m2厚層，在灰層中厚層中具有較好的穩(wěn)定性，距岸最短的距離有75 m。石埡子水電站的取水口是壩式進(jìn)水口，進(jìn)水口布置于大壩10#壩段，而底板的高程是504 m，以一條內(nèi)徑為7 m的引水隧洞引水到廠房。

2 大壩安全監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

從壩監(jiān)測(cè)發(fā)展的歷程可以發(fā)現(xiàn)，世界各國(guó)都以三種方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。從數(shù)據(jù)管理自動(dòng)化到管理自動(dòng)化配合部分采集自動(dòng)化及全自動(dòng)化。

我國(guó)關(guān)于大壩安全監(jiān)測(cè)的研究工作早在20 世紀(jì)70年代就開(kāi)始了，到了80年代已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，到了20 世紀(jì)90年代中期，我國(guó)的監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的已十分成熟，使大壩安全監(jiān)測(cè)在實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠、實(shí)用等性能上得到了很大的提高。我國(guó)對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)上使用的監(jiān)測(cè)工具有幾下幾種，如表1 所示。

表1 我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)使用的監(jiān)測(cè)工具和儀器

表1 中所示的我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)使用的監(jiān)測(cè)工具和儀器都是利用有線傳感器監(jiān)測(cè)，現(xiàn)階段還沒(méi)有通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的實(shí)例。我國(guó)傳統(tǒng)有線監(jiān)測(cè)是連接在控制處理的中心，中心對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理。有線傳感器由總線傳輸數(shù)據(jù)量不高，數(shù)量過(guò)大的傳感器就要遇到數(shù)據(jù)采集的難題了。有線的連接既限制傳感器的攜帶方便，還需要數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)具有準(zhǔn)確性，需要非標(biāo)準(zhǔn)的輸出格式工程單元。在一些大型重要應(yīng)用的領(lǐng)域，傳感器要獨(dú)立使用導(dǎo)線完成數(shù)據(jù)監(jiān)視、采集和控制連接。連接具有臨時(shí)性，實(shí)驗(yàn)完成后就要拆卸或者重構(gòu)［1］。

3 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

以貴州省東北部的石埡子水電站為例，對(duì)應(yīng)用的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

3.1 石埡子水電站中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用

3.1.1 監(jiān)測(cè)實(shí)施的情況

石埡子水電站的監(jiān)測(cè)部位有大壩、地下廠房、引水及尾水系統(tǒng)、左右?guī)r壩肩邊坡、11#滑坡體。這些監(jiān)測(cè)儀器已經(jīng)全部完成安裝，正式投入到運(yùn)行中，安裝的儀器和電纜按照?qǐng)D紙要求完成，按照石埡子水電站的監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，工程各部位開(kāi)始運(yùn)行分析。

3.1.2 大壩左、右?guī)r的壩肩坡應(yīng)用監(jiān)測(cè)

大壩的左、右岸壩肩邊坡有3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，安裝了6 套多點(diǎn)位移計(jì)，3個(gè)測(cè)斜孔和10 支錨桿測(cè)力計(jì)，2 臺(tái)錨索測(cè)力計(jì)，6個(gè)表面變形的監(jiān)測(cè)墩。在2012年2月的11#堆積體建表面完成觀測(cè)墩13個(gè)及500米觀測(cè)通道。

3.1.3 大壩壩體的監(jiān)測(cè)

大壩壩體的監(jiān)測(cè)包括了混凝土溫度和滲流、滲壓、應(yīng)力應(yīng)變及大壩變形、水力學(xué)監(jiān)測(cè)等方面內(nèi)容。大壩混凝土溫度的監(jiān)測(cè)為:按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，在工程設(shè)計(jì)發(fā)生變更時(shí)，要通知工程聯(lián)系，埋設(shè)了98支溫度計(jì)。按照大壩澆筑的進(jìn)度，全部完成了埋設(shè)工作。而儀器設(shè)計(jì)工作要在大壩墊層、壩體及導(dǎo)流底孔、導(dǎo)流洞等部位完成。通過(guò)石埡子水電站中無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用，可以對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在大壩安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，分析結(jié)果如下:

1)主要的監(jiān)測(cè)量

大壩級(jí)別不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目也就不同，一級(jí)大壩與二級(jí)大壩的儀器監(jiān)測(cè)上主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表2。

表2 一級(jí)大壩與二級(jí)大壩的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2)應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì):應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，可以使用無(wú)線通信使很多困難得以克服，而且無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)為:與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于大壩安全監(jiān)測(cè)相比，傳統(tǒng)的有線傳感網(wǎng)絡(luò)的施工時(shí)間長(zhǎng)，而且投資大，連接導(dǎo)線十分繁瑣，使用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)則可以省掉導(dǎo)線安裝與校準(zhǔn)的時(shí)間和工作程序。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)不需要使用導(dǎo)線完成傳感儀器和大壩的連接，就大大降低了經(jīng)費(fèi)的投入。使用無(wú)線傳感器在位置設(shè)計(jì)上可以在距離監(jiān)測(cè)中心站更遠(yuǎn)的位置，甚至可以安置在具有危險(xiǎn)性的區(qū)域。使用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行大量無(wú)線節(jié)點(diǎn)的布置，這樣可以提高系統(tǒng)容錯(cuò)性與可靠性。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)易安裝，易維護(hù)，易拆卸，可以在一個(gè)節(jié)點(diǎn)完成多傳感器的集成?？梢詫?shí)現(xiàn)分布式的數(shù)據(jù)處理，對(duì)數(shù)據(jù)融合后可以降低數(shù)據(jù)傳輸量，減少能耗。

3)應(yīng)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì):無(wú)線傳感器在近些年來(lái)才成為科學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容，在我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)中并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建可以完成大壩安全的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而這種系統(tǒng)構(gòu)思已經(jīng)建立了初步系統(tǒng)的框架?？梢哉f(shuō)，大壩安全監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，總的設(shè)計(jì)下要包括幾項(xiàng)子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理、評(píng)價(jià)。不同子系統(tǒng)有著不同的功能，一定要精心的設(shè)計(jì)，才可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)完整的應(yīng)用功能。

無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心是對(duì)大壩收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析和推理，對(duì)數(shù)據(jù)、方法、模型及知識(shí)等各庫(kù)都進(jìn)行核心補(bǔ)充與延展作用。尤其是圖形與圖像庫(kù)更是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了必要的補(bǔ)充與延展，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的總控、信息系統(tǒng)的輸入和輸出，成為了系統(tǒng)的核心支持。在確定系統(tǒng)監(jiān)測(cè)流程與數(shù)據(jù)的支持下，完成了系統(tǒng)間的聯(lián)系，使系統(tǒng)保持良好操作環(huán)境與人機(jī)交互。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)有著極大的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用前景。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的領(lǐng)域也必將涉及的越來(lái)越廣泛，既有大壩的安全監(jiān)測(cè)，也有軍事國(guó)防的監(jiān)測(cè)、工農(nóng)業(yè)的控制及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)上雖然還有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，但是，通過(guò)實(shí)驗(yàn)還是可以逐步的成熟起來(lái)，為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］楊福寶. 基于ZigBee 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的研究［J］. 制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33 (10):85－88.