基于GIS平台的大坝安全监控系统实现方法研究.pdf

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1、http:/-1-基于基于 GIS 平台的大坝安全监控系统实现方法研究平台的大坝安全监控系统实现方法研究 崔忠义1，石宇2，霍惠玉2 1沈阳市东陵乡水利站，辽宁沈阳（110161）2.沈阳农业大学水利学院，辽宁沈阳（110161)摘摘 要：要：由于基于点源信息的大坝安全评价方法难以得到大坝整体安全的信息，因此GIS平台为大坝安全监控系统实现监测数据采集与维护管理、资料分析以及大坝安全评价的在线可视化提供了可能。文章研究了基于GIS平台的大坝安全监控系统的功能、结构框架及实现途径，为提高大坝安全评价的可靠性与适时性、实现大坝安全监控的信息化、优化安全监测系统发挥重要作用。关键词：关键词：GIS；

2、大坝安全；安全监控；资料分析 大坝安全监控主要目的是依据布置在水利枢纽中各部位的大量监测仪器设备所产生的数据，通过对获取的监测资料的整理、计算、分析来监控大坝的安全性态，保障其安全运行另外，还可以以此来验证设计准则、指导施工过程、为科研提供必要的资料。大坝安全监测项目众多，数据量大，监测部位从地下到建筑物内部，形成复杂的空间监测网。大量的原型监测数据要立即送往数据处理中心进行整理分析，以便及时了解大坝运行的安全状况，作为水库运行调度的依据1。目前，大坝安全监测信息管理中仍存在着诸多的问题：坝体及其他建筑物上布置的监测仪器种类太多；监测数据信息量太大；信息处理及分析的工作复杂；信息的可视化技术应

3、用不广泛；由于影响大坝安全的因素众多，各因素问关系复杂，常规方法分析周期长(往往滞后数月)，并且得到的结果也不直观、整体表述性不强，很难被理解。不能满足大坝安全监控管理的适时性需求。随着大坝监测技术的自动化发展，监测得到的数据量巨大，用常规方法分析处理如此庞大的海量数据是不现实的。同时，我国大坝安全监控分析系统开发平台众多，所采用的数据库和开发工具也往往不同，因此监测系统开发周期长，平台移植困难，增加了开发成本。随着大量水利工程的建设，急需一个统一、先进的开发平台来改善目前所遇到的问题，而 地理信息系统（GIS）正是一个合适的平台2。地理信息系统(Geographic Information

4、System,GIS)是20世纪60年代发展起来的多学科集成的空间信息系统，是在计算机硬件、软件系统的支持下，以空间数据库为基础，实现与空间和地理分布有关数据及其属性数据的采集、储存、管理、分析和描述，以数据为核心，以可视化描述为特点，对空间数据进行定位、浏览和管理，为地理研究和地理决策服务的空间信息集成系统，广泛应用于各个领域。GIS具有以下特征：具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的处理能力，具有空间性和动态性；具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，能产生高层次的地理空间信息；由计算机系统支持进行空间数据管理与分析，并由计算机程序模拟常规的或专门的分析方法，作用于空间数据，

5、产生所需信息，完成通常分析工作难以完成的任务。根据GIS的这些特点，传统的人工监测正在逐渐被具有精度高、速度快、可任意加密测次等优点的自动化监测系统所取代，研究基于GIS平台的大坝安全监控信息系统，对大坝实行在线监测与安全评价，提高对大坝安全监控的能力与水平，为确保水利枢纽的安全及效益的有效发挥提供科学的决策依据3。1.系统设计系统设计 1.1 需求分析需求分析 建立科学和实用的信息管理系统关键是系统的设计者对用户需求的了解程度.基于GIShttp:/-2-平台的大坝安全监控信息系统应具有如下功能：在线监控(实时采集数据。适时分析，必要时做出分级技术报警)；离线分析(对实测数据进行处理，并将结

6、果图形化)；安全管理(工程信息查询、测值预报及辅助决策等)的功能。上述的系统功能应建立在如下子系统的基础之上：基于GIS管理的大坝安全监控信息数据库；对数据库的动态管理(历史及现状数据的输入、查询、图幅检查等)；数据的分析计算(包括空间数据分析计算、专业分析计算、统计分析计算等)；空间信息查询；图表输出。1.2 信息管理流程信息管理流程 任何信息管理都不可避免地要涉及数据的采集、编码、建库、处理、维护等一系列问题，由于用户对信息管理的需求不同，信息系统的流程又是用户个性的反映。因此，大坝安全监控信息系统必须具备对原型监测数据的采集、管理、维护、传递及基于原型监测数据对大坝安全进行合理评估的功能

7、。能进行大坝安全监测信息的查询、显示、建模与数据分析、辅助决策等操作。1.3 系统框架系统框架 本系统利用GIS作为开发平台，实现了大坝监测数据采集自动化、资料整理分析自动化、建筑物状态预测与评价和安全管理自动化系统由以下子系统组成:大坝安全监测基础数据子系统、信息收集子系统、信息传递子系统、信息处理子系统、大坝安全评价子系统、监测仪器状态子系统、信息显示子系统、监控决策子系统、信息输出子系统以及信息维护子系统。除了能对大坝各种实时监测数据进行采集、管理外，还可以应用各种专业分析模型对大坝进行安全性评价，对多种水库运行方案下的大坝模拟、分析、比较，结合三维可视化技术对大坝的不同工作状态进行更加

8、直观的描述以及对监测仪器的状态进行动态查询。http:/-3-图1 基于GIS平台大坝安全监控系统框架图 该系统按照其应用层次的高低，又可以分为空间事务处理系统(Spatial Transaction Process System,STPS)。空间信息处理系统(Spatial Management Information System,SMIS)，空间决策支持系统(Spatial Decision Support System，SDSS)。事务处理系统的目标是迅速、及时、准确地处理大量空间信息，能够有效地进行监测事务的自动化处理，且注重于空间数据的收集，处理和存储。空间管理信息系统基于空间事务

9、处理系统发展起来的，除了提供高效率的信息处理以外，还对决策者提供辅助决策信息，包括数据的查询和统计以及专业模型的特征值过程线的绘制与输出；各测点预测模型的建立(包括多种建模方式的建模及模型优化)；应力及稳定计算(包括正反分析计算)；决策评价分析。2.系统功能系统功能 基于GIS平台的大坝安全监控信息系统除了具备ArcInfo提供的对空间数据进行操作的基本功能外，还必须开发满足用户进行建筑物安全性评价的专业分析的功能。可应用Visual Basic在ArcInfo中开发用户所需功能。2.1 信息查询信息查询 大坝安全监测信息管理系统数据资料管理子系统信息可视化子系统采集反馈控制子系统信息查询子系

10、统大坝安全监测信息数据库 资 料 管理（包括 信 息转 换 整编、统分 析、文 档 管理 资 料 管理（包括 信 息转 换 整编、统分 析、文 档 管理 大坝监测现场 GIS 空间数据库 属性库 图形库 http:/-4-在建立水工建筑物及地形三维实体模型的基础上构造三维场景，形成安全监测的基础数据系统，从而进一步建立大坝安全监测的三维可视化系统。将空间各监测点的监测数据以属性数据的形式与仪器测点建立链接，便可由测点仪器编号或在三维场景中直接点击仪器测点的方式在线查询相应物理量的监测值，并以适当的表格形式输出。在本系统中既可以查询当前数据，又可以查询历史数据。2.2 图形图象管理图形图象管理

11、对大坝安全监测仪器的布位图进行管理，可通过SQL数据库对属性进行查询的方式查询某一监测仪器设备所在的纵横剖面图。同时根据建筑物的实际监测值绘制变为图，并根据预测的外界条件变化进行趋势分析。2.3 空间数据计算空间数据计算 主要是依据各监测点的空间位置坐标及属性数据为基础，以满足对大坝运行状态进行监控为目的的各项建模与计算工作。3.结语结语 GIS技术改造传统水电行业，是我国水电行业现在面临的机遇与挑战由于GIS在对空间数据及其属性数据的处理方面具有强大的功能，且易于进行二次开发，因此，基于GIS技术建立的大坝安全监测系统，可拓宽GIS技术的应用领域，同时也可实现大坝安全监测整体自动化与可视化，

12、大大提高安全监控的效率和可靠性。将大坝安全监控的理论与方法融入GIS技术之中，不仅容易实现对建筑物整体工作状态的直观把握，而且可实现安全监控模型空间数据及其属性数据的一体化管理4。GIS技术还可以十分方便地与GPS(全球定位系统),RS(遥感系统),ES(专家系统)融为一体，提高对水工建筑物安全监控的可靠性与有效性以及预测预报的科学性。由于GIS技术在大坝安全监测方面的研究还处于起步阶段，可供参考的成果尚不多，特别是其三维空间分析和辅助决策功能，还需要进一步研究与开发。http:/-5-参考文献参考文献 1骊能惠.土石坝安全监测分析评价预报系统M.北京：中国水利水电出版社，2003，1108

13、2徐卫超，田斌，邓凤铭.组件式GIS在大坝安全监控系统中的应用J.水利水电科技进展，2005，25（6）：75-77.3徐祖舰.GIS入门与提高M.重庆重庆大学出版社，2001.3-6.4吴中如，顾冲时，郑东健.水工建筑物安全监控理论及应用M.北京:高等教育出版社，2003.Study of safety monitoring system of dam based on GIS Cui Zhongyi1,Shi Yu2,Huo Huiyu2 1.Shenyang Dongling township water conservation station,Shenyang Liaoning(11

14、0161)2.College of Hydropower Engineering,Shenyang Agricultural University,Shenyang Liaoning(110161)Abstract A dam information system for facilitating safety evaluation and working state monitoring is developed.So dam monitoring system based on GIS can realize data一collection,data一analysis and visible evaluation of dam safety.This paper presents the function,cnmponents and framework of the system.It will improve the reliability and timeliness of dam safety monitoring system.Keywords:GIS;safety of dam;safety monitoring;data analysis