水利工程安全监测项目的自动化系统应用研究

水利工程安全监测项目的自动化系统应用研究

朴吉星

四川省成都市611730

摘要：水利工程自动化安全监测系统对于掌控工程施工进度、保障施工安全有着非常重要的意义。本文从水利工程自动化监测系统的测点选择、数据采集单元比选、网络方案比选以及工程安全监测控制和管理软件对自动化监测系统的应用进行了分析和探讨。

关键词：水利工程；安全监测；自动化系统

引言

由于水利工程的工程量和规模比较大且工程结构较为复杂，因此对于施工技术有着较高的要求。为了保证水利工程施工的安全，自动化监测系统在水利工程施工中获得了较为广泛的应用。该系统能够对工程的整体施工情况进行良好的收集和掌握，并对施工中存在的一些问题进行及时的反馈，保证工程施工的顺利、安全进行。

1.自动化监测系统的测点选择

水利工程自动化安全监测系统及其测点一般会根据系统实现的难易程度和使用规模进行选择，通常有以下两种方案（1）将渗流监测仪、变形监测仪等自动化监测系统所需要的仪器接入到系统中；（2）将所有不受施工干扰的所有自动化监测仪器接入到系统当中，包括测缝计、压力监测仪、渗流监测仪等。随后再根据自动化监测系统的测点数量、MCU配置等从中选择合适的方案。

在以上两种方案中，方案（1）能够将系统中的测点数目和项目关键部分的测点进行表现，对于系统规模的控制较为有利，同时由于其表现的测点较少，因此在运行的稳定性和速度上相对较高，且前期投资也相对较少，再加上其测点主要设置在系统的重点部分，因此，测点的针对性更强，符合国际上以“变形和渗流监测为重点，适当配置一些应力应变测点”的测点配置思路。但该方案的人工测量较多，数据录入工作量相对较大。方案（2）中由于测点的数量非常多，因此人工测量和数据录入工作的压力较小，系统运行速度相对较快。同时由于采用各种自动化监测仪器，使得测量的精确度也得到了有效的提高。但该方案在前期往往需要投入大量的成本，其施工效果与投资成本有着密切的联系，同时方案（2）的系统运行也较为复杂，系统出现故障的几率相对较高，可应用范围较窄。

2.自动化监测系统数据采集单元的比选

随着自动化技术的发展，自动化监测系统也逐渐由传统的集中式向分布式进行了转变。在过去的集中式自动化监测系统中，由于其采用的是模拟信号，不仅信号的传输距离不长，在信号中还会存在着不少的噪音，导致信号的精确度受到影响，因此集中式系统的应用效果和范围并不好。而在现代的分布式自动化监测系统中，由于采取用的是数字信号，通过将其接入智能数据采集单元，不仅可以实现数据的高速传输、转换，并且数据在传输过程中的损耗非常小，数据传输精确度较高，同时还能够实现以节点进行驱动，并完成分布式系统的及时更新。由此可见，分布式系统对传统集中式系统的运行、数据传输速度慢、稳定性不高的问题进行了有效的改善，适用于测点数量较大、总线距离较长的现代自动化监测系统。

在选择自动化监测系统数据采集单元时，要根据系统的实际运行情况来进行选择，通过对比系统的先进性、可靠性、准确性以及开放性；确保系统具有良好的避雷效果和适应环境的能力，且具有自我诊断功能；配备有人工读数和比测接口，从而方便相关人员在系统出现故障时仍然能够有效的进行数据参数的校对。

3.自动化监测系统网络方案比选

3.1网络接口分布

水利工程自动化监测系统的接口分布需要根据建筑的特点以及测点的分布来确定，通常设置于高程廊道、通风、排水通道或者船闸、机房等位置。

3.2网络通讯方式

水利工程自动化监测系统的网络通讯方式需要根据系统组网以及数据采集单元的类型来确定，目前常用的网络通讯协议有RS-485、CANRUS工业总线等。其中RS-485在信息传输距离、传输速度等方面有着较大的优势，因此获得了较为广泛的应用。

3.3信息传输介质

水利工程自动化监测系统所使用的网络信息介质主要包括以下几种：（1）光缆。光缆不仅在传输距离、传输速度等方面有着较大的优势，同时还具有较强的抗干扰能力、网络带宽较大，前期投资成本低等特点，因而应用十分广泛。（2）双绞线。该类介质的传输速度较快、投资较低，但是在进行长距离传输时需要依靠中继器来保证数据传输的准确性。（3）同轴电缆。该类介质有着较好的数据传输速度和抗干扰能力，但前期需要投入较多的资金进行建设。

3.4网络拓扑结构

3.4.1总线型拓扑结构

该类结构是将所有的数据采集单元连接在同一条总线上来实现信息的收集和传输功能。总线型拓扑结构的传输介质较少，结构紧凑，对于小规模的水电站较为适用。但该类结构一旦某处出现故障就会影响到整个网络，维修难度较大。同时，随着节点的增加，其信息传输速度也会不断下降。

3.4.2星型拓扑结构

该类结构是将所有的数据采集单元与监测站进行连接，形成以监测站为中心的的放射状网络。星型拓扑结构的传输速度较快且抗干扰能力较强，当某处发生故障时不会对网络整体造成较大影响，但由于其建设时需要使用大量的传输介质，因此，对于数据采集单元较少的水利工程较为适用。

3.4.3星型和总线型混合拓扑结构

该类结构是通过划分不同的监测区域，每个区域中各设置一条总线，然后由总线分出星型拓扑结构。这种混合型拓扑结构集合了总线型与星型拓扑结构的优点，大幅度强化了网络结构的功能，有着良好的应用价值。

3.4.4环型多分支拓扑结构

该类结构是将各监测部位连接成环型，然后由各监测部位的网络接口连接数据采集单元形成分支，从而使数据可以进入环网结构进行传输。该类结构所使用的传输介质较少，且信息传输速度较快，有着较强的灵活性。

3.5网络方案选择

由上文中对网络接口、通讯方式、传输介质以及网络拓扑结构的叙述中可以得知，在进行水利工程自动化监测系统网络方案的选择时，要根据工程的实际情况，对比各方式、介质、结构的特点，选择最佳的网络方案。例如，当水利工程的地理位置较为复杂时，可采用环型分支拓扑结构，传输介质以光缆为主，双绞线为辅，各数据采集单元通过总线连接到光端机上，监测站计算机与交换机使用双绞线进行连接。这种网络方案能够有效的提高网络运行的可靠性和灵活性，当网络中某一部位出现问题或者需要加入、去除某一支线时均不会对网络造成较大的影响。

4.工程安全监测控制与管理软件

水利工程安全监测控制和管理软件涵盖了信息管理、工程评价以及决策支持等方面，是由多个不同功能的软件所组成的一个整体的管理平台。其中信息管理功能主要是对监测系统中数据采集环节所收集的数据、信息等进行详细的检查，并在对数据进行了一系列的处理工序后将其在系统数据库中进行储存，对整个系统的数据起到统一管理的作用。而工程评价和决策支持方面的功能则主要是通过利用数学模型对系统所收集、处理的信息进行定量分析，从而对水利工程的安全性、稳定性等作出综合、准确的评估，对工程施工决策提供数据支持。

结语

综上所述，随着自动化监测系统在水利工程中的应用越来越广泛，要想使该系统能够更好的为工程施工的顺利、安全进行提供有效的保障，就要根据工程的实际情况选择适当的测点、数据采集单元、网络方案、管理软件等，从而为工程施工决策提供有效、客观、准确的数据支持。

参考文献：

[1]郝治霞.安全监测自动化系统在水利工程中的应用[C]//建筑科技与管理学术交流会.2018.

[2]申小敏.水利工程大坝的安全监测技术与发展[J].城市建设理论研究:电子版,2016(9).

[3]薛伟.水利工程安全监测自动化系统的改造方法[J].建材发展导向:下,2016,14(9).