大坝安全数据管理技术

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1、大坝安全数据管理技术苏怀智工作单位：河海大学水利水电工程学院联系方式：025-83786957（O）13851642258E-Mail：su_内容提要w 第一部分 概述w 第二部分 数据库系统w 第三部分 大坝安全管理数据库系统w 第四部分 工程应用第一部分 概述1水资源概况2大坝安全问题及保障理念3大坝安全数据管理一、水资源概况1.世界水资源w淡水资源危机为世界第二大环境 问题。w“19世纪争煤、20世纪争石油、21 世纪争水“一、水资源概况2.中国水资源w江河众多，水资源总量大，人均 少。w时空分布不均。w可用于发电的水能资源丰富。目标： 水资源综合利用； 保障国家公共安全。实现水资源综合

2、利用的有效途 径：修建水库大坝，最大限 度变水患为水利，造福中华 民族。一、水资源概况3.我国水利工程建设成就w古代水利工程建设成就辉煌C都江堰、灵渠w建国后，水利工程建设迅速发展C水库大坝数量最多的国家C水电装机容量居世界第二C水电建设技术已具世界水平二、大坝安全问题及保障理念1.大坝安全问题w大量病险工程的存在；w超大规模的高坝大库建设。w工程教训： L法国马尔帕赛坝坝基滑移 L意大利瓦依昂水库滑坡事件 L中国：沟后、板桥二、大坝安全问题及保障理念2.大坝安全保障理念的转变w大坝工程全生命过程的健康；w追求工程结构物的可检性、可修性、可 换性、可强性、可控性及可持续性的综 合目标；w大坝安

3、全已成为一个交叉性很强的应用 基础性研究领域。病险工程面临的现实问题超大规模高坝大库安全理念的转变技 术 支 撑 基本理论与数值分析方法 高新监测、检测、试验技术解决途径：学科交叉研究三、大坝安全数据管理1.目的和意义w保障工程安全；w指导施工；w验证设计、反馈设计。三、大坝安全数据管理2.内容A. 出发点w安全数据量大、繁杂，采集、处理和分 析的工作量很大。w管理人员很难进行及时的处理。w解决手段应用先进的人工智能以及计 算机技术，建立大坝安全数据管理系统 。三、大坝安全数据管理B. 大坝安全数据管理系统依据有关大 坝安全法规、设计规范和国内外在这一 领域内的其它先进科技成果，结合具体 工程

4、，及时整理和分析有关资料，将定 量分析和定性分析结合起来，对大坝安 全状况进行综合评价和辅助决策，实现 实时分析大坝安全状态、综合评价大坝 安全状况等目标。三、大坝安全数据管理C. 功能w信息管理与初分析工程档案、大 坝安全监测资料等，进行数据转换 、存储和处理；w分析评价；w辅助决策。三、大坝安全数据管理D. 大坝安全监测资料w确定性（量化）信息变形、渗流 、应力、水文及水力学、地震w不确定性（模糊）信息现场巡查 （巡视检查）、现场检测（1）现场巡查（巡视检查）（2）现场检测日常检查 年度检查 特别检查时间、路线和 检查程序汛期检查特大洪水、地震、 安全事故检查方法：锤、钎、钢尺、放大镜、望

5、远镜、量杯、石 蕊纸、回弹仪、照相机、录像机、闭路电路、潜水 员等。 采用无损探测方法，包括高压探地 雷达、电磁剖面仪、电阻率像伤仪 、红外温度探测仪、超声检测仪、 水声探测仪、水下电视探测仪、潜 水器、潜水船等。三、大坝安全数据管理3.大坝安全数据管理技术发展 人工管理； 信息管理系统 分析评价系统 决策支持系统 专家系统计算机管理专家系统的体系结构模型专家系统的体系结构模型A.国外大坝安全数据管理技术w法国和意大利w其他发达国家美国西班牙葡萄牙A.国外大坝安全数据管理技术w法国大坝监测处理系统管理150多个大坝较大型的大坝群安全监测系统。w意大利国际领先地位20世纪80年代初MAMS20世

6、纪90年代INDACO、 MISTRAL、DAMSAFE大坝群安全监控系统A.国外大坝安全数据管理技术MAMS混凝土坝微机辅助监测系统，数据自动采集和在线监控。INDACO模块化的自动化采集系统，采集数据、在线检验和超限报警、 绘制过程线、数据记录存贮、数据通 信、监测网的远程操作和维护等。A.国外大坝安全数据管理技术MISTRAL专门处理自动化监测超界值的专家系统，可提供大坝性态的在 线解释。DAMSAFE结构综合安全管理的决策支持系统。人工智能互联网，使 多个专家通过共享它们的知识及数据 资源来合作管理大坝的安全。大坝群安全监控系统A.国外大坝安全数据管理技术w美国Tolt大坝的数据采集和

7、传输系统w西班牙Guadalquivir流域的大坝群安全监控系统w葡萄牙大坝安全自动化监测和远程 传输系统B.国内大坝安全数据管理技术w安全监测工作始于20世纪50年代，80年代，监测数据自动化采集监测信 息处理系统。w20世纪80年代基于微机的大坝监测数据管理系统和数据处理程序，对数 据进行存储、管理、制作图表及相关 统计分析、在线监测、离线分析等。B.国内大坝安全数据管理技术w20世纪90年代大坝安全监测信息管理系统。河海大学大坝安全综合评价专 家系统、在线安全监控及反馈分 析系统、大坝群安全监测系统。南京水利科学研究院土石坝安 全管理系统。B.国内大坝安全数据管理技术南京水文自动化研究所

8、DG型分布式数 据采集系统、MDAP监测资料分析处理系 统、DSIM大坝安全信息管理系统。南京南瑞集团DAMS-型分布式监测数 据采集系统以及DSIMS大坝安全监测信息管理系统。北京水利科学研究院小浪底水利枢纽工 程安全监测系统。C.存在的问题和发展趋势a.存在的问题：w缺乏科学的测点管理、系统的数据库 体系、及时高效的数据传输功能、深 度可视化的数据挖掘方法、完善的异 常报警体系、严密的软硬件系统安全 策略以及“傻瓜化”的操作平台和人性化的界面设计风格。w缺乏整个水利枢纽和流域群坝管理。C.存在的问题和发展趋势b.发展趋势：w智能化w可视化w交互性w网络化w集成化第二部分 数据库系统1基本概

9、念2数据管理技术的发展3数据模型4数据库系统结构和组成5数据库设计6Office工具在大坝安全数据管理中的应用一、基本概念1.数据（Data）2.数据库（DataBase，DB）3.数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）4.数据库系统（DataBase System）1.数据（Data） 对事实、概念或指令的一种特殊表 达形式。 用人工的方式或者用自动化的装置 进行通讯、翻译、转化或者加工处 理。 信息2.数据库（DataBase，DB） 存放数据的仓库，是长期存储在计算 机内的、有组织的、可共享的数据集 合。 按一定的数据模型组织、描述、储存 。 具

10、有较小的冗余度、较高的数据独立 性，能被各种用户所共享。3.数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS ） 定义：科学地组织和存储数据，高效 地获取和维护数据的一个系统软件。3.数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS ） 主要功能： 数据定义功能 数据操纵功能 数据库的运行管理 数据库系统的建立和维护。4.数据库系统（DataBase System） 定义：在计算机系统中引入数据库后 的系统。 基本组成：由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员 和用户（及操作系统）构成。二、数据管理技术的发展1

11、.人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）2.文件系统阶段（20世纪50年代后 期到60年代中期）3.数据库系统（20世界60年代后期以来）1.人工管理阶段（20世纪50年代中期以前）特点： 数据不保存； 应用程序管理数据； 数据不共享； 数据不具有独立性。2.文件系统阶段（20世纪50年代后期到60年代中期）特点： 数据可以长期保存； 用文件系统管理数据； 数据共享性差，冗余度大； 数据独立性差。3.数据库系统阶段（20世界60年代后期以来 ） 标志着数据管理技术的飞跃标志着数据管理技术的飞跃特点： 数据结构化； 数据的共享性高，冗余度低，易 扩充； 数据独立性高； 数据由DBMS统一管理和

12、控制。 数据结构化数据库与文件系统的根本区别 数据的共享性高，冗余度低，易扩充。数据面向整个系统；节约存储空间；避免数据之间的不相容性与不一致性；数据库系统弹性大。 数据独立性高：l较高的物理独立性l一定的逻辑独立性 数据由DBMS统一管理和控制：l数据的安全性保护l数据的完整性检查l并发控制l数据库恢复三、数据模型（Data Model） 数据库技术的发展是沿着数据模型 的主线展开的。 定义：现实世界数据特征的抽象， 是对现实世界中数据的模拟。三、数据模型（Data Model） 要求：2能比较真实地模拟现实世界；2容易为人们所理解；2便于在计算机上实现。 类型：概念数据模型、逻辑数据模 型

13、和物理数据模型。1.数据模型的组成要素和分类 组成要素：2数据结构：所研究的对象类型的集 合。2数据操作：对象（型）的实例（值 ）允许执行的操作的集合。2数据的约束条件1.数据模型的组成要素和分类 分类：2概念数据模型按用户的观点来对 数据和信息建模。2逻辑数据模型按计算机系统的观 点对数据建模。2物理数据模型反映数据的存储结 构。2.概念数据模型 基本概念：2实体（Entity）2实体集（Entity Set）2属性（Attribute）2域（Domain）2联系（Relationship） 实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物。 实体集（Entity Set）具有共同特征和性质的

14、实体的集合。 属性（Attribute）实体所具有的某一特性。 域（Domain）属性的取值范围。 联系（Relationship）2.概念数据模型 表示方法实体联系方法（Entity- Relationship Approach）图例：“监测系统”的概念模型“监测系统”的概念模型“工程档案”的概念模型3.逻辑数据模型以一定的方式存储于数据库系统中，是 DBMS中的存储模型。类型：层次模型（Hierarchical Model）网状模型（Network Model）关系模型（Relational Model）面向对象模型（Object Oriented Model）。关系数据模型时间X向Y向2

15、007-10-11.2512.3452007-10-21.2342.4232007-10-31.5112.1582007-10-41.6212.369关系数据模型关系（Relation）：表。元组（Tuple）：行属性（Attribute）：列。主码（Key）：唯一确定一个元组的某个属性组。域（Domain）：属性的取值范围。分量：元组中的一个属性值。关系模式：关系名（属性1、属性2、属性n）四、数据库系统结构和组成（一）数据库系统结构2从数据库管理系统角度三级 模式结构。2从数据库最终用户角度集中 式结构、分布式结构、客户/服务器结构和并行结构。数据库系统模式4 数据模型“型”和“值”。4

16、模式（Schema）是数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述。4 模式是相对稳定的，实例是相对变动 的。4 三级模式结构。数据库系统的三级模式结构 模式（Schema）：数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用 户的公共数据视图。 外模式（External Schema）：数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻 辑结构和特征的描述。 内模式（Internal Schema）：数据物理结构和存储方式的描述，是数据在 数据库内部的表示方式。（二）数据库系统的组成2数据库2数据库管理系统（及其开发工 具）2应用系统2数据库管理员和用户1.硬件平台要求： 要有足够的内存。 有足够大的磁盘等直接存取设备 。 要求系统有较高的通道能力。2.软件平台包括： DBMS。 OS。 高级