基于物聯網模式的智能大壩安全監測預警系統研究

郭婷婷 南京河海南自水電自動化有限公司

基于物聯網模式的智能大壩安全監測預警系統研究

郭婷婷 南京河海南自水電自動化有限公司

本文介紹了一種基于互聯網遠程管理的大壩強震動安全監測與預警系統，該系統包括：大壩強震監測設備、接收大壩強震監測數據的采集服務器、遠程管理服務器。

物聯網 智能 大壩安全 監測預警

1 引言

我國現有大型水庫（庫容大于1.0億/m3）420余座，中型水庫（庫容1.0～0.1億/m3）2700多座，小型水庫（庫容0.1～0.0001億/m3）84000余座。這些水庫大壩特別是建于西部強震區的高壩大庫，時刻面臨著強震的潛在威脅。因此基于大壩抗震減災目的，保障大壩震后安全、減少和避免水庫大壩的次生水災，亟需一種能夠大壩強震動監測與快速處理分析緊密結合，震后能對大壩震后安全進行判斷和報警的大壩強震動安全監測系統。

2 技術原理

大壩強震動監測系統是通過布置在大壩關鍵部位的拾震器（加速度傳感器）實時監測大壩各個位置的震/振動響應的動態監測系統，當大壩遭遇地震、爆破時產生較大震/振動時，可以記錄大壩的強震動響應。

通過大壩的強震加速度響應可以校驗和復核大壩結構的抗震設計，提升人們對大壩結構在實際地震特別是強震下非線性響應規律的認識，推動大壩抗震技術發展。

大壩由震害到潰決有個發展過程，如果及時采取有效的工程應急措施，可以盡可能避免水庫大壩潰壩、大大減輕或避免大壩地震次生水災，保障大壩下游城市人民的生命和財產安全。

3 技術方案

（1）大壩強震監測設備，包括多個拾振器（加速度傳感器）、一臺或多臺多通道動態數據采集儀。拾振器安裝于關乎大壩結構安全的多個關鍵測點部位。多通道動態數據采集儀同步采集多個拾振器的信號。

（2）采集服務器上運行大壩強震監測系統軟件（包括：大壩強震采集軟件、大壩強震分析軟件、大壩強震安全評估軟件）、設備端管理系統軟件和大壩安全監測系統的接口軟件。

（3）采集：采集服務器上安裝的大壩強震采集軟件，可以進行設備參數設置、實時顯示各通道波形數據，能夠采集大壩強震動響應數據。強震觸發方式采用多通道聯合觸發采集以及多種強震觸發判斷方式，可以有效避免強震誤觸發采集，可以保證系統無人值守、自動監測。可以將定時采集和強震觸發采集結合，在不影響自動采集的基礎上定時采集大壩脈動數據用來定期分析大壩日常特性變化作為大壩健康診斷依據之一。

（4）分析：采集服務器上安裝的大壩強震分析軟件，可以分析大壩強震數據，快速形成大壩強震動響應報表和大壩強震響應信息文件；可以進行強震動波形回放顯示、分析處理和打印輸出。

（5）評估：采集服務器上安裝的大壩強震安全評估軟件，可以對大壩強震動數據進行大壩安全評價指標分析，分析安全指數、震害危險指數，歸納震害等級，判斷分析大壩震時安全狀態、形成大壩強震安全評估警報信息文件。

（6）預警：采集服務器上安裝的設備端管理系統軟件，可以對遠程管理命令進行接收和執行，可以對大壩強震響應信息進行自動化數據庫管理，可以向遠程管理端服務器發送大壩強震安全評估警報信息。

（7）上傳：采集服務器上安裝的大壩安全監測系統軟件接口，可以將大壩強震安全評估警報信息按特定的數據格式進行包裝后發送給大壩安全監測系統，通知大壩安全監測系統進行大壩變形、滲流量等參數加密監測，從而實現大壩動態監測與靜態監測有機結合，對震后大壩安全進行全面的監測和評估，更好地保障大壩震后安全。

（8）遠程管理：服務器上運行遠程管理系統軟件，可以對大壩強震監測系統進行遠程管理，包括：遠程開啟與關閉強震動監測系統、遠程系統參數設置、遠程在線示波和采集、遠程采集設備狀態查詢、遠程數據庫查詢與管理。管理部門當警報接收后可以根據警報內容對流域內各個大壩的震情進行判斷，根據震情，決策部門可以及時有效地統籌制定區域減災應急措施。

4 小結

（1）震后可以對大壩強震動安全進行快速分析和判斷，為大壩震后的防震減災快速提供技術支持。本系統可以對大壩強震數據進行快速分析處理，判斷分析大壩震時安全狀態、形成大壩強震安全評估警報信息文件，發送警報信息進行大壩的強震安全預警。

（2）統籌管理流/區域內大壩強震監測系統。本系統對遠程管理服務器進行設置后，遠程管理系統可以自動接收流/區域內多個不同大壩強震臺站在強震后通過網絡發送過來的警報信息，因此一個遠程管理中心的遠程管理系統可以同時獲知流域內不同大壩的震情信息。管理部門當警報接收后可以根據警報內容對流/區域內各個大壩的震情進行判斷，根據震情，決策部門可以及時有效地統籌制定區域減災應急措施。

（3）動靜結合，更好地評估大壩的強震安全狀態。本系統通過數據接口與大壩安全監測系統（靜態監測）相結合，在強震發生后，本系統快速對大壩強震進行安全判斷評估后，發送特定格式的強震評估信息給大壩安全監測系統，及時通知大壩自動化安全監測系統進行加密監測，通過對大壩變形、滲流量等參數的加密監測，從而更好的分析判斷大壩震后安全。

[1]王在艾.大壩安全監測自動化現狀及發展趨勢[J].湖南水利水電,2016,(06):77-81.

[2]王軍.水庫大壩安全監測系統的設計與實現[D].中山大學,2013.

[3]李韋璇.大壩安全監測及遠程控制系統的設計與實現[D].燕山大學,2015.