大壩安全數據傳輸技術及應用

王 欽

(長沙理工大學，湖南長沙 410000)

大壩安全數據傳輸技術及應用

王 欽

(長沙理工大學，湖南長沙 410000)

隨著我國社會經濟的快速發展，國家加大了對水利工程項目的各項投入，有效推動了水利工程建設的發展，特別是大壩建設。作為水利工程項目的一個重要組成，大壩工程隨著壩工技術的優化與完善，大壩工程建設規模向高、大方向發展，然而其安全風險也隨之日益增加。大壩工程項目的安全性，對于水利工程項目下游社會、環境與人身財產安全具有顯著影響。本文在介紹大壩安全遠程管理系統基礎上，對大壩安全數據傳輸技術與設計了分析，并闡述了其應用現狀與前景。

大壩工程 安全數據 傳輸技術 應用

隨著計算機技術、現代測量技術、傳感器技術以及數據處理技術等快速發展，大壩安全數字化管理技術日漸成熟。與此同時，伴隨著大壩監測信息量的不斷增加，對大壩各種分析數據處理技術提出了更高要求，特別是安全數據傳輸技術等。基于此，一些新的技術和設備引入了大壩監測系統，例如用激光準直測量技術量測位移，用熱梯度面檢查發現滲漏，用差動電阻式儀器進行溫度、滲壓監測、應力應變等[1]。可見，如何優化和完善大壩安全數據傳輸技術，保證大壩安全運行，已成為當前大壩工程建設研究的熱點問題。

一、大壩安全遠程管理系統概述

對于大壩安全遠程管理系統來說，其已成為國內水電站電力系統中一個至關重要的組成，其主要包括大壩安全信息主 系統、各主管單位的大壩安全信息分系統、各水電站運行單位 的大壩安全 信息子系統三個組成部分[2]。大壩安全遠程管理系統為確保系統內信息的完整性、統一性，其系統內各層見數據傳統都需要對應的數據傳輸系統進行完成，并且包括著系統中分系統數據向主系統實時傳輸。

國內有關大壩安全遠程管理系統研究起步較晚，其無論是在技術設計還是在實踐應用方面都存在著諸多困難與問題，主要表現有[3]：

首先，當前水電站電力系統中數據庫的結構、類型、部署方式和數據編碼等，受不同單位、不同系統以及不同運行單位子系統等實施開發影響具有顯著的差異性，這導致大壩安全遠程管理系統及數據存儲呈現出多樣化趨勢。基于此，為確保各子系統中數據信息能夠有效傳輸至主系統中，一方面應確保各數據接口具有統一性，另一方面則應實現對各種類型數據庫、數據庫部署方式以及各類結構數據庫支持。

其次，受不同水電站大壩安全數據上報網絡環境不同等影響，其安全數據傳輸存在著差異性。例如，部分水電站采用電力專網方式上報，而部分水電站則采用互聯網方式進行上報。基于大壩安全數據上報網絡環境復雜性，為降低由于安全數據傳輸給各水電站帶來的額外網絡要求與負擔，要求大壩安全數據傳輸系統應與各水電站現有的網絡環境與資源相適應。

第三，隨著國內對水利水電項目投入不斷增加，在大壩中心注冊的大壩數量也呈現出逐年增加趨勢，這也在一定程度上增加了大壩安全信息管理系統中接入的大壩數量。大壩中心傳輸服務器受不斷增多傳輸客戶端軟件同時運行影響，其工作壓力日漸增大且后期維護任務繁重。基于此，為解決此問題，應適當升級大壩安全信息管理系統，使其能夠適應大量客戶端同時訪問需求。

此外，為適應大壩安全數據信息的不斷更新與變化，應著重考慮升級大壩安全遠程管理系統中分系統與子系統，以確保大壩運行過程中的安全穩定性。

二、大壩安全數據傳輸技術與設計

（一）大壩安全數據傳輸技術

常見的大壩安全數據傳輸技術方式是基于Socket結合TCP/UDP/FTP 協 議 方式 傳 輸 以 及 面 向 服 務 的 WebServices傳輸方式[4]。該種傳輸方式不單獨占用通訊端口，其是一種面向服務的分布式計算技術，主要要求客戶端安裝軟件后能夠訪問Internet即可。由于WebServices傳輸方式信息傳遞格式采用XML格式，其在適應網絡環境復雜性基礎上，能夠承受大量客戶端訪問，具有優異的跨平臺特征。

大壩安全數據傳輸系統根據物理安裝獨立性與邏輯功能獨立性原則，主要包括數據傳輸客戶端與數據傳輸服務端兩部分[5]。其中，在數據傳輸客戶端設計方面，以Windows應用程序為主，主要對大壩運行單位、大壩安全數據傳輸系統子系統或分系統提供傳輸數據來源，其可以實現多座大壩的數據傳輸；在數據傳輸服務端設計方面，以Web Services服務程序為主，主要負責發電公司分系統或者大壩中心主系統中數據接收與入庫，最終實現對來自數據傳輸客戶端的請求指令的處理。

大壩安全數據傳輸過程中為了確保數據傳輸的安全性、可靠性，通常是通過傳輸客戶端與服務端之間的協同工作來完成的，且在數據傳輸前后對數據記錄打包處理與預處理，并且壓縮和加密數據文件，服務端收到數據文件后進行數據完整性驗證、 解壓和解密[6]。其中，大壩安全數據傳輸客戶端工作流程為：客戶端計算機項服務端發起數據上傳請求→服務端對上傳數據進行收集→實現數據文件創建→預處理數據→采用多線程方式實現數據文件上傳→數據文件傳輸完成；大壩安全數據傳輸服務端工作流程為：實現上傳請求的接收→對上傳條件進行處理→實現數據文件的接收→預處理數據文件→實現數據入庫與調度。

（二）數據接口設計

對于數據接口設計來說，主要包括數據庫類型接口設計和數據庫結構接口設計兩方面，具體為[7]：

（1）在數據庫類型接口設計方面，其安裝接口功能不同具有不同的數據可連接類型。針對大壩安全信息系統邏輯層次中數據訪問層、業務邏輯層和表現層需求，以IDBConn接口為主，在具體實現某一種數據庫連接時繼承該接口， 并實現所有接口函數。當面對某個單位的數據庫時，指定數據庫類型實例化連接對象即可實現對該類型數據庫的訪問。

（2）在數據庫結構接口設計方面，根據大壩安全遠程管理系統中分量、監測儀器、監測項目、大類、測點、子類等組成不同，分別抽象為上述分類后報送到主系統或者分系統。因此，一方面應將監測點監測信息傳輸至大壩安全遠程管理分系統或子系統，另一方面對不同單位的監測系統聲明一個對象來繼承接口IDamsafety并實現代碼。

三、應用與展望

截止到現在為止，上述大壩安全數據傳輸技術已成功并廣泛應用于國內多座水電站之中。在這些實踐應用中，既包括應用于運行單位子系統和公司分系統之間的信息傳輸，又包括運行單位子系統和主管單位分系統將信息上報至大壩中心主系統[8]。可見，應充分重視和發展大壩安全數據傳輸技術，使其能夠為保持大壩工程安全、穩定、持續運行奠定堅實的基礎。

[1] 王德厚，大壩安全與監測[J].水利水電技術，2009年，第8期，第40卷：126-133

[2] 陳振飛， 蔣 波， 黎中原，大壩安全數據傳輸技術與應用[J].水力發電，2014年8月，第40卷，第8期：75-78

[3] 周海燕，郭建忠，王家耀，知識發現與數據可視化技術淺析[J]，信息工程大學學報，2002.12

[4] 李雷，蔡躍波，我國水庫大壩安全監測與管理的新動態[J].大壩與安全，2005，(6)

[5] 趙志仁，大壩安全監測的原理與應用[M].天津：天津科學技術出版社，1992

[6] 方衛華，王潤英，大壩安全監測自動化的發展研究[J].大壩與安全， 2005，(5)

[7] 王德厚，李端有，劉祥生，等.水利水電工程安全監測理論與實踐[M].武漢：長江出版社， 2007

[8] 盧兆輝，大壩安全監測信息的數據挖掘應用平臺技術研究[D].河海大學碩士畢業生論文，2005.03

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1007-6344（2015）11-0099-01