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1、水工建筑物安全监测自动化,方卫华,安全培训讲义之三,第0章 绪论,0.1 概述 上世纪80年代美国首先在Monticello拱坝上安装了集中式系统，利用卫星将资料送到丹佛。上世纪90年代以来，意大利等国家开始采用分布式系统，实现资料采集到处理的全面自动化。 我国开展大坝安全监测自动化工作是从上世纪70年代末开始，先后于1980年和1983年在龚咀和葛洲坝安装了大坝内部监测自动采集装置，1990年研制成功第一套集中式系统（参窝、梅山），2019年研制成功第一套分布式系统（葛洲坝）。,0.2 水工建筑物安全监测自动化现状,0.2.1 监测仪器和监测方法 （1）差动电阻式、振弦式、差动变压器、电位器
2、式仪器 （2）激光准直、 CCD、GPS、光纤光栅、光纤测温度 （3）遥感测量、地温测量、氡气测量、土壤水分（时域反射）、热脉冲式滑坡地下水微流速仪 0.2.2 监测新技术 （1）D-INSAR （2）激光全息 （3）声发射,0.3 本部分主要内容,1 工程概况（必要性、可行行分析） 2 监测自动化设计依据 3 自动化监测项目和测点选择 4 自动监测方法及其选用 5 自动监测仪器及自动监测系统选型 6 通信组网及电源设计 7 监测仪器及监测系统的可靠性设计 8 施工组织及系统安装调试 9 工程概算 小结,第一章 工程概况,1.1 必要性 （1）水库大坝安全管理条例(国务院1991年第77号令)
3、； （2）水电站大坝安全管理办法（原电力工业部电安生4 （3）水电站大坝安全监测工作管理规定（原电力工业部电综2019 500号）； （4）工程安全：生态、经济、国家安全，监测规范规定 （5）管理现代化：效益、信息 1.2 可行性 （1）自动监测技术的发展 （2）经济发展 （3）管理水平提高,第二章 监测自动化设计依据,土石坝安全监测技术规范SL6094 土石坝安全监测资料整编规程SL16996 混凝土大坝安全监测技术规范DL/T51782019 混凝土坝安全监测资料整编规程DL/T52092019 大坝监测仪器系列型谱 混凝土坝自动化设计规范 大坝安全自动监测系统设备基本技术条件SL268-
4、2019 安全监测系统预算编制 大坝安全监测系统验收规范GBT22385-2019 水电厂大坝安全监测自动化系统实用化验收细则（原国家电力公司国电发2019631号）,第三章 自动化监测项目和测点选择,3.1 技术发展 （1）能否实现自动化：可靠性和精度如何 （2）管理技术水平 3.2 经济条件 （1）系统建设投资 （2）运行管理投资,3.3 自动监测方法调研,变形:表面变形内部变形倾斜裂缝 渗流:浸润线渗透压力渗流(漏)量 应力应变及温度:混凝土应力钢筋应力温度土压力 环境量:水位气温水温度风气压 水力学:流速脉动压力 地震:加速度动水压力频率 其他:震动水质地温,3.4 可靠性考虑,精度和
5、长期稳定性满足规范要求 人为安全：管理、人为破坏、盗窃 自然风险：雷电电磁脉冲、飓风 其他影响仪器和系统因素：电磁干扰,第四章 自动监测方法及其选用,4.1 变形监测：垂线法、引张线法、静力水准、双金属标、测斜仪（倾斜仪）、测斜方法、水管式沉降仪、引张线水平位移计、GPS、全站仪、激光准直。 4.2 渗流监测：埋设渗压计、测压管、量水堰、排水管测温法 4.3 应力应变监测：埋设仪器,4.3 应注意的问题： （1）仪器保护 （2）干扰抑制 （3）相互校核 （4）精度分析 (5)施工(安装埋设),第五章 自动监测仪器及自动监测系统选型,5.1 自动监测仪器技术指标及其评价 5.2 自动监测仪器选型
6、 5.3 数据采集系统类型及其主要技术指标 5.4 数据采集系统选型 5.5 信息管理与安全评价系统 5.6 工程实例 5.7 小结,5.1 自动监测仪器技术指标及其评价,5.1.1 自动监测仪器的技术指标 5.1.1.1安全监测对仪器的要求 5.1.1.2仪器技术指标及其确定方法 （1）基本技术指标：测量物理量与配套设施、精度与误差、测量范围、使用寿命、运输、安装及运行技术指标； （2）应用技术指标：原理结构和量测技术、稳定性、输入输出特征； （3）配套技术指标：编号、序列号、执行标准、检验方法、率顶器材及相关人员等。 5.1.2 自动监测仪器的简化评价,5.2 自动监测仪器选型,5.2.1
7、 仪器选型过程 （1）分析仪器选型条件：新建工程还是老工程改造； （2）确定仪器选型空间； （3）仪器指标与现场使用条件对比分析； （4）仪器型号和技术指标确定。 5.2.2 仪器选型中的几个关键问题 （1）技术指标：量程、精度和仪器使用寿命； （2）安装埋设条件； （3）其它相关条件 5.2.3 工程实例,5.3 数据采集系统类型及其主要技术指标,5.3.1 主要类型：国内DAMS、DG、 LN 、 FW2000，国外IDA、GPDAS、GEOMATION 、 DATAtaker。 5.3.2 主要技术指标：原理和总体技术水平、硬件、软件和数据库、功能、性能、应用、售后服务、企业实力和工程费
8、用 5.3.3 数据采集系统综合评价：赋分法和专家评价法,5.4 数据采集系统选型,5.5 信息管理与安全评价系统,5.5.1 主要功能 信息管理、资料整理整编、结构安全分析、辅助决策 5.5.2 网络结构 单机、B/S、C/S、多层与混合结构 5.5.3 操作系统及数据库选择,5.6 工程实例,数据采集系统 （1）陈村 （2）潘家口 信息管理与安全评价系统 （1）从事资料整理整编分析和结构安全评价的经验 （2）对现场情况了解 （3）具有信息管理系统开发经验 (4) 相关工程业绩(对不同的坝型,各单位了解情况不一),第六章 通信组网和电源设计,6.1 数据采集系统通信组网方式 （1）RS-48
9、5总线 （2）现场总线：CAN 、Lonworks （3）无线通信:超短波、微波、短波、GSM、GPRS、卫星、CDMA 1X （4）其他：PSTN、以太网 （5）混合组网：以上多种方式在同一个系统中应用,6.2 通信组网应该考虑的几个问题,系统位置 系统分布 现有条件 施工情况 系统规模 工程费用,6.3 网络结构及工程实例,通信介质与网络拓扑结构 （1）通信介质：以太、电缆、光缆 （2）网络拓扑结构：总线、星型、环形结构 工程实例 （1）一般水库大坝 （2）抽水蓄能电站上池 （3）平原水库大坝 （4）堤防 （5）地下工程,浏览器1,浏览器n,6.4 系统供电研究,供电方式：集中与分散 供电
10、来源：市电、太阳能、蓄电池 供电要求：保证能量、避免干扰、保存数据 推荐供电方式： 一般系统中心采用市电经过防雷、隔离、稳压和UPS供电，远端采用市电浮充蓄电池供电，西北地区可以采用太阳能浮充蓄电池供电,6.5 小结,通信和电源设计应该根据现场情况和系统规模等情况确定，必要时候可以采取混合通信组网方式和混合电源供应方式。,第七章 监测仪器和监测系统可靠性设计,7.1 监测仪器的可靠性：采用总体评价方式 7.2 监测系统可靠性及提高系统可靠性的具体措施,7.3 测量控制装置抗干扰技术,7.4 LEMP技术及工程实例,采用少长针消雷装置或避雷针 屏蔽：电缆、计算机等 滤波：SPD、光电、继电器、隔
11、离变压器 接地：接地电阻、接地方式 设计：测点布置、通信介质、电源以及提高仪器设备或元器件防雷能力； 运行方式：雷暴日物理截断电源或系统与外界联系,7.5 小结,增加系统的可靠性是降低系统风险的必然要求。本章通过分析可靠性的含义及计算公式，提出了提高系统可靠性的具体措施。 在飞来峡、十三陵、柘林等工程实践表明，系统的LEMP问题是影响系统可靠性的关键问题。本章根据IEC有关标准结合我国自动监测系统现状，提出了全面提高系统LEMP能的具体措施，工程实例表明，本文方法是有效的。,第八章 施工组织及系统安装调试,施工内容 施工进度 施工人员 质量控制 成本控制,第九章 工程概算,仪器设备 包装运输
12、安装调试 运行维护 仪器鉴定 资料分析 人员培训,第十章 小结,10.1结论 （1）进行监测自动化时候，考虑建筑物安全风险和自动化风险是必要的。 （2）对自动监测方法进行全面比较、对监测仪器和监测系统技术指标和使用情况的深入分析是降低风险的必然要求。 （3）对通信和电源设计的研究是系统工程中必要步骤，也是提高系统可靠性的必然要求。,10.2 展望,计算机技术、通信技术、网络技术、数据库技术、传感器技术和人工智能技术的飞速发展必将大力推动水工建筑物安全监测技术的快速发展。 （1）新型监测仪器和监测方法 （2）方便安装维护和使用 （3）远程故障诊断、培训和升级 （4）信息融合和数据挖掘 （5）风险评估和结构寿命预测,谢 谢！,
