2022年测控班陈思闻测控技术在水利工程中的运用.docx

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1、三峡大坝及其他水利工程所运用的测控技术我国已建堤坝约8.3万多座 , 坝高 15以上的约 1.86万座；堤防长约 25 万多 , 其中, 大江大河上的重要堤防6.57 万 . 最为巨大的要数三峡大坝. 这些水利水电工程在防洪、发电、浇灌、供水和航运等方面, 发挥了巨大的社会效益和经济效益 , 是我国国民经济的重要基础设施. 随着西部大开发和西电东送战略目标的逐步实施, 高坝大库也越来越多 , 工程的安全重要性显得越来越突出 . 并且 , 大中型水利水电工程规模大、投资多, 造价高 , 少就几亿、几十亿元 , 多就几百亿元 , 甚至上千亿元 . 因此 , 工程质量的好坏和能否安全运行, 不仅会影

2、响工程效益的充分发挥 , 仍将直接关系到下游或两岸人民的生命财产安全. 国内外大量工程实践说明 , 对水利水电工程进行全面的监测和监控, 是保证工程安全运行的重要措施之一. 同时, 将监测和监控的资料准时反馈给设计、施工和运行治理部门, 又可为提高水利水电工程的设计及运行治理水平供应牢靠的科学依据.一高新测控技术的基本要素及其功能现代化的测控技术, 应当具有采集数据、科学治理数据, 准时或实时对水利水电工程的安全状况作出分析和评判, 并对其反常或险情作出帮助决策等功能. 因此 , 高新测控技术的基本要素包括数据采集系统、数据治理系统和分析评判系统及其运算机通讯网络支撑等（见图1）.（1）数据采

3、集系统通过测控单元（）自动采集、笔记本电脑现场采集或人工观测埋入坝体或安装的传感器采集的监测效应量（大坝的变形、渗流、应力应变和温度等）和影响量（水位、气温、降雨和地震等） , 并输入运算机的数据库 . 其中, 自动化数据采集系统可以实现实时采集 , 半自动化和人工采集为定期采集. 因此, 自动化采集数据一般是对水利水电工程关键部位（或坝段）主要监测量（变形和渗流等）的采集.（2）数据管理系统由数据采集系统采集的数据进入运算机数据库后, 由数据治理系统对其进行科学有序的治理. 包括将电容、电感、电阻、电压、频率等转换为位移、扬压力、渗流量、应力应变、裂缝开合度以及温度等 , 及它们的误差识别和

4、处理, 并将监测量按有关监测规 范 进 行 整 编 和 初 分 析 ； 编 制 月 报 和 年 报 等 .（3）分析评价系统分析评判系统依据监测到的数据, 进行观测资料的分析和反分析,结构和渗流正、反分析 , 建立各类监控模型和拟定监控技术指标等；将收集到的工程设计、施工、运行治理、有关法规和规范 等方面的专家学问进行编辑, 构成分析、评判、帮助决策等方面的知识库和推理分析知识.二 （ 1）数据采集装置数据采集装置将各类传感器测出的物理量（如电阻、电阻比、电容、电感和频率等）转化为数字量（如位移、渗压、应变和温度等）, 即 / 转换 , 以便远程输送 .（2）数据管理系统水利水电工程大坝可埋有

5、几百个、几千个甚至上万个传感器. 如长江三峡水利枢纽建筑物就埋设约一万多个传感器, 其采集数据每年达几百万个 , 并随着观测年限的增加 , 数据将越来越多 , 对这些海量数据必需进行科学有序地治理, 以便为分析评判系统供应牢靠的信息 . 数据治理系统的核心是数据治理软件和应用软件.（ 3）数据库治理软件平台其中以Oracle 和 Sybase 数据库在中国应用最广 . 目前常用的数据库治理系统有DBase,Foxbase 和Foxpro等. 而 Foxpro为用户级数据库系统, 目前采纳较多 .（ 4）数据库规律模型检测的目的是分析评判工程的安全状况. 因此 , 依据分析评判的需要 , 数据库

6、的规律模型包括工程档案、原始数据、整编数据和生成数据等4 个分库（见图4） .（ 5 ） 应用软件依据数据库的规律模型 , 在数据库的软件平台上, 开发和研制数据库的应用软件,主要包括: a 菜单编程 b 原始数据治理的应用软件c 整编数据治理的应用软件 d 生成数据治理的应用软件三分析评判系统对水利水电工程监测和监控的目的是, 依据监测资料和相应的专家学问 , 对工程的安全状况作出综合分析和评判. 因此, 完整的现代测控系统必需包括分析评判系统. 其功能是依据监测资料、结构、渗流等分析和反分析成果, 以及与工程安全有关的设计、施工、运行治理、法规和规划等专家学问, 对监测资料进行分析和评判

7、, 从中查找反常值或担心全因素, 并对此进行成因分析和辅助决策等 . 因此 , 分析评判系统应包括资料评判、综合检查分析、观测检查、物理成因分析、专家综合诊断和帮助决策等部分 ,其 结 构 和 流 程 分 别 见 图5和 图6.（ 1）资料评判应用时空分布、力学规律、监控模型、监控指标、日常巡查和关键问题等 6 类评判准就 , 对监测值进行分析评判 , 从中识别反常值或不安全因素.（ 2）检查分析对反常值或担心全因素, 通过同一部位的同类监测量、相关监测量和环境量的综合分析（或相关分析）检查, 从中识别引起反常值或担心全因素的成因. 如由观测引起的 , 就进入观测检查；是由结构和荷载引起的,

8、就进入物理成因分析.（3） ）观测检查对由观测引起的反常测值, 第一检查观测记录 , 然后检查采集系统 . 对观测记录错误的测值宜进行删除或修改；对监测采集系统引起的反常测值, 在排除故障后重测并进行修正.（4） ）物理成因分析对由结构和荷载引起的反常值或担心全因素,第一检查环境量（或外因）有无产生特别荷载工况. 如有, 就分析坝基反常（包括变形、稳固和应力等）成因, 然后分析建筑物反常（变形、应力、裂缝等）成因, 当稳固和强度满意安全要求时, 就“反常”或“担心全因素”是由荷载引起的, 为结构调整所致, 所以属基本正常 . 如无特别荷载工况 , 就反分析坝基和坝体的运算模型和运算参数等；然后

9、, 正演分析监测量 , 如与实测值一样, 就为运算条件转变而引起的；并复核坝基和坝体的稳固和强度, 如满意安全要求 , 就虽为结构引起 , 但尚属基本正常；如稳固和强度不满意安全要求 , 就为反常或险情 , 立即进入帮助决策 . 如 分 析 不 出 物 理 成 因 ,就 进 入 专 家 综 合 诊 断 .（ 5）专家综合诊断对反常或担心全因素的疑难杂症, 即难以分析成因的 , 进行专家综合诊断 , 包括对其影响因素和安全度的专家综合评判.（ 6）帮助决策依据反常或险情的程度, 第一提出报警级别 , 然后提出帮助决策的建议 . 其中报警级别分三级 , 一级为险情 , 二级为反常 , 三级为局部反

10、常 . 帮助决策建议包括运行掌握水位和补强加固处理措施的建议等.（ 7）支持库群为了给以上分析评判供应定量依据, 该系统仍包括 数 据 库 、 方 法 库 、 知 识 库 和 图 库 等 支 持 库 群 .（ 8）分析评判的人工智能技术为了实现分析评判的人工智能化,分析评判系统采纳正向推理、反向推理、混合推理和元掌握等4 种技术 . 其中, 正向推理为已知问题的事实, 在学问集中查找匹配学问 , 反复循环直至找到有解结论；反向推理为已知或假设结构, 从学问集中查找匹配的解, 反复循环 , 直至找到匹配的解；混合推理为融合正向和反向推理的原理, 有先正向后反向或先反向后正向；元掌握是将元学问（即

11、学问的学问）构成元学问库, 以求解问题的目标. 四计算机及通讯网络技术由于高新测控技术是将数据采集、信息治理和分析评判融汇在一起的巨大系统工程 , 必需在现代运算机及通讯网络技术的支持下才能实现.（ 1）运算机网络拓扑结构常用的拓扑结构有总线形、星形和树形等. 一般大中型水利水电工程结构单元（如坝段）较多、布置的测点也较多 , 宜用总线形；对省局（厅）或大网局, 由于所属水利水电工程较多 , 分布也广 , 而需要由局中心掌握时 , 宜用星形结构, 其中一个结点为一座水利水电工程；对特大型水利水电工程 . 如 三 峡 工 程 , 由 于 分 项 工 程 较 多 , 宜 用 树 形 结 构 .（

12、2）运算机通讯网络平台单个的水利水电工程一般用局域网, 可采纳高速光纤、载波或微波等网络通讯. 对省网局（厅）或大型水利水电工程需要有外部技术支持的, 一般采纳广域网 , 亦可采用以太网或Intranet网等.（ 3）运算机工作方式一般采纳/ （客户机 / 服务器）方式 .其中, 服务器主要储备监测数据以及与工程安全有关的设计和施工等资料 , 应当有强大的储备和处理数据的功能；其型号和数量视工程规模、监测工程的多少, 由需求分析确定 , 一般应有双机或多机热备份 . 客户机主要面对用户的分析评判和帮助决策等,可由多台并行运算机完成 .我所明白的测控专业：测控专业的专业性很强，运用方面也很广泛，对于技术性问题有较高的要求；对于学习方面，应努力学好基础课程和专业学问，基础课程是根基，专业学问是平台和拓展，缺一不行；对于自己的将来，想从事专业性较强的工作，正如所说，闻道有先后，术业有专攻；