山西省水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)分析

杜建明

（山西省河道與水庫技術(shù)中心，山西 太原 030002）

據(jù)統(tǒng)計，我國現(xiàn)有各種類型水庫超過98 000 座[1]，監(jiān)測手段多是人工監(jiān)測或者人工與有線通信相結(jié)合監(jiān)測的方式，隨著壩工建設(shè)和管理水平的發(fā)展，以及計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步，水庫大壩的監(jiān)測技術(shù)也在不斷提高[2]，水庫大壩的信息化管理也逐漸形成規(guī)模。

山西省水庫大壩的自動化監(jiān)測技術(shù)逐步推廣應(yīng)用，信息化管理水平不斷提高。因部分水庫大壩信息化管理僅局限于內(nèi)部業(yè)務(wù)管理，監(jiān)測數(shù)據(jù)利用不充分，信息共享比較困難，因此，通過建立一套綜合的水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)，將水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)加以整合，實現(xiàn)對水庫大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時獲取、傳輸、分析、預(yù)警等功能，提升我省水庫大壩的信息化管理水平。

1 系統(tǒng)設(shè)計與框架

水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)語言為Java/C++，數(shù)據(jù)庫使用mysql 與sql server2008，采用標(biāo)準(zhǔn)的三層應(yīng)用模式（即客戶機、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器）B/S 結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，不同的客戶端通過統(tǒng)一門戶共同訪問中心數(shù)據(jù)庫[3]。

系統(tǒng)開發(fā)山西省水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)，將全省不同規(guī)模、不同壩型的水庫進行分類研究，對各類監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時獲取、傳輸、分析、顯示，數(shù)據(jù)成果融合匯總到省中心平臺，將全省水庫按照數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)傳輸自動化、數(shù)據(jù)管理信息化，實現(xiàn)全省水庫信息標(biāo)準(zhǔn)化管理。以汾河水庫、汾河二庫為試點，研發(fā)的山西省水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)建設(shè)包含四個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸與接口系統(tǒng)、云平臺數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用系統(tǒng)。

2.1 前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

試點水庫數(shù)據(jù)采集。試點水庫都是大型水庫，其中汾河水庫是均質(zhì)土壩，汾河二庫是碾壓混凝土重力壩，二者需要監(jiān)測的項目略有區(qū)別。汾河水庫的監(jiān)測項目有表面變形監(jiān)測、滲流監(jiān)測、滲流量監(jiān)測、環(huán)境量監(jiān)測；汾河二庫的監(jiān)測項目有表面變形監(jiān)測、接縫監(jiān)測、繞壩滲流監(jiān)測、滲漏量監(jiān)測、揚壓力監(jiān)測等。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸與接口系統(tǒng)

數(shù)據(jù)傳輸與接口系統(tǒng)，采用公網(wǎng)IP 的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，將經(jīng)由前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸?shù)皆破脚_數(shù)據(jù)庫接口、數(shù)據(jù)庫整理傳輸接口，或者數(shù)據(jù)通過2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降绞≈行膫鬏敂?shù)據(jù)系統(tǒng)。

2.3 云平臺數(shù)據(jù)庫

云平臺數(shù)據(jù)庫，是系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)的存儲空間，數(shù)據(jù)庫建設(shè)包括兩部分：山西省大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)云平臺數(shù)據(jù)、云平臺數(shù)據(jù)庫到應(yīng)用層軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

云平臺數(shù)據(jù)建設(shè)系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫是MicroSoft SQL Server 2008 和MY_SQL 兩種。分為四個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫：大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、大壩巡查數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、云平臺數(shù)據(jù)庫等。

2.4 應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)的目的是實現(xiàn)水庫大壩安全監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能，信息采集員、系統(tǒng)管理員等各級用戶，通過應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)用戶權(quán)限，進行水庫信息管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析評價、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)二三維展示、水庫大壩智能巡檢管理、安全管理以及其他業(yè)務(wù)管理等。

3 系統(tǒng)功能模塊

水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊，有工程概況、安全監(jiān)測、監(jiān)測資料、三維GIS、圖形繪制、分析評價、統(tǒng)計報表、預(yù)測預(yù)警、智能巡檢、運行管理、運行監(jiān)督、年度報告、系統(tǒng)鏈接、知識庫、系統(tǒng)管理控制臺等，可分為五大類。

3.1 基礎(chǔ)信息管理類

工程概況、安全監(jiān)測、監(jiān)測資料、知識庫模塊，可劃分為基礎(chǔ)信息管理類，此類模塊包含了水庫的一切基礎(chǔ)信息，不僅包括水庫工程特性、水文特征、建筑物信息、監(jiān)測設(shè)備信息、水庫相關(guān)文獻文檔類資料等信息，還包括了前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時采集的變形、滲壓、滲流、環(huán)境量等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對水庫基礎(chǔ)信息的分類管理，便于系統(tǒng)使用者快速獲取所需的各種資料。

3.2 系統(tǒng)維護管理類

系統(tǒng)管理控制臺，為系統(tǒng)維護管理類模塊，需要設(shè)置使用者的管理權(quán)限，一般是系統(tǒng)管理員進行操作，是系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)平臺使用者的注冊管理、用戶名和密碼管理、知識庫管理、各類型水庫管理、文檔管理等。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)用、分析、管理類

包括圖形繪制、分析評價、統(tǒng)計報表、預(yù)測預(yù)警、年度報告模塊，是對水庫監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用。一方面是將實時監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析，形成系統(tǒng)化、圖表化的成果，并將成果輸出，比如過程線、浸潤線、揚壓力、大壩變形的圖形繪制，監(jiān)測項目按日、月、季度、年進行輸出，監(jiān)測數(shù)據(jù)的年度報告；另一方面是根據(jù)水庫監(jiān)測項目（變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫等），對水工建筑物的影響程度進行統(tǒng)計模型分析，擬合結(jié)果，做出預(yù)警和相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)。

3.4 視頻、二維三維展示類

視頻、二維三維展示類，包括三維GIS、系統(tǒng)連接模塊。通過水庫大壩視頻監(jiān)控點的監(jiān)控視頻，能夠?qū)崟r觀察水庫大壩的性狀和變化，判斷監(jiān)測項目是否正常。通過水庫大壩的二維展示，能夠直觀的展示大壩的流域概況，包括流域邊界、雨量站、水位站、視頻點等信息。三維展示，通過采集水庫周邊地形地貌、建筑物以及附屬設(shè)施等數(shù)據(jù)，經(jīng)過人工三維建模后，真實地反應(yīng)地物周邊情況，多角度瀏覽三維場景，還能與水庫現(xiàn)有安全監(jiān)測系統(tǒng)對接，利用即時數(shù)據(jù)在三維模型上實現(xiàn)水庫實時數(shù)據(jù)模擬。

3.5 智能巡檢功能

水庫工作人員，根據(jù)智能巡檢功能模塊提示的需要人工巡查的水庫大壩部位，設(shè)置巡查路線；巡查人員根據(jù)巡查路線進行巡查，上報巡查結(jié)果，智能診斷是否有隱患存在，并對隱患處理進行跟蹤。智能巡檢功能模塊，是對整個水庫巡檢部位的基礎(chǔ)信息管理，是后續(xù)開展巡檢工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.6 其他管理類

其他管理包括運行管理、運行督查模塊。運行管理模塊將水庫日常運行中各類操作記錄進行動態(tài)管理，包括防汛值班記錄表、閘門啟閉操作記錄表、大壩維修養(yǎng)護表、重大事故及處理表、水庫淤積情況表；運行督查模塊是將水庫運行中的各種文檔資料進行統(tǒng)一管理，包括竣工驗收、蓄水鑒定、安全鑒定、調(diào)度規(guī)程、控運計劃、應(yīng)急預(yù)案、安全監(jiān)測、管理考核等。將資料電子化，便于后期查詢和保存。

4 結(jié)論

山西省水庫大壩安全監(jiān)控云平臺，針對土石壩、混凝土壩、面板壩等多種壩型的實際情況，建立動態(tài)監(jiān)管、智能巡檢、圖形繪制、安全診斷、統(tǒng)計查詢、運行管理、運行督查、系統(tǒng)管理等內(nèi)容模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化、實時在線監(jiān)測、實時分析及安全預(yù)警。迅速有效地分析評價大壩的安全狀況，及時發(fā)現(xiàn)影響建筑物安全的前兆信息，提高了大壩安全監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和水庫大壩安全預(yù)警能力。