水库大坝安全监测系统中无线传感网的应用

2015-12-07买买托合托

珠江水运 2015年20期

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摘要：近几年来，对无线传感网络的研究不断增加。由于无线传感网络具有安装、拆除方便，容错性小，准确率高等优点，在各类安全监测系统中都得到了广泛的运用。基于此，本文对水库大坝安全监测系统中无线传感网的应用进行探讨。

关键词：水库大坝安全监测系统无线传感网

1.案例介绍

新疆卡拉贝利水利枢纽工程由大坝、厂房组成、溢洪道、左岸泄水建筑物。溢洪道布置大坝的右坝肩，总长500m，左岸泄水建筑物（包括1#、2#排沙洞和发电洞）布置大坝的左岸，1#排沙洞680m，2#排沙洞660m，发电洞540m。大坝的库容量为2.62亿m3，正常蓄水的情况下水位高程可以达到97.5m，年发电量在70×108KW.h。在坝后左岩山体布置有地下厂房，厂房按照单一洞室的形式来进行布置，按照从上到下的顺序分别为安装室、主变室、复厂房、和主机，总建设长度为130m，坝体进水口在大坝的十号坝段布置，底板的高程为1678.65m，地面高程为1700m，通过一个直径为7m的引水隧洞将水引入到厂房中。

2.大坝的实时监测系统

对各监测点水库的水位、水压、渗流、流量、扬压力等进行实时监测时大坝实时监测的主要任务，数据传输是用过无线传感网络实现的，数据模式或图形模式在计算机被呈现出来，对水库大坝的各项变化情况进行实时掌控，声光报警可以应用于特殊额数据。

（1）全天候远程自动监测可以通过大坝安全监测系统实现，监测的数据可以被自动采集并且放入到相关数据库中。但是人工观测条件是监测系统必须具备的。

（2）监测点的数据变化可以被大坝远程监测系统完整的记录下来，无线传感网络将信息实时传输到数据路由器中，数据中心服务器获得信息主要是通过 GSM、GPRS、CDMA等技术实现，利用Internet的功能数据中心服务器将数据传输到需要这些信息的部门（这些部门必须是包含于覆盖范围）。

3.大坝安全监测系统的组成部分

（1）网络数据路由器。如果观测点距离 GPRS 的传输设备比较远，此路由器的功能就是中转各个观测点间的数据。

（2）观测点监测终端。采用的水位传感器、无线渗流、渗压传感器、无线扬压力传感器等必须符合IEEE802.15.4 标准，这些无线水库的耗能必须低。

（3）无线数据转换器。也称为无线网络管理器，通信主要是由计算机向GPRS传输模块主动传输。

（4）GPRS传输设备。各个采集点的数据向无线网络管理器的传输是由GPRS 技术实现的。

（5）数据处理中心。数据处理中心的主要组成部分是计算机和上位机软件系统等。此系统的功能也比较强大：①实时将水库大坝的监测信息显示出来；②可以对个观测点的数据进行自动采集，并且将其完整存储起来；③将实时数据作为进行预警分析的依据；④实现对观测点任意时间的数据信息的详细查询；⑤将各种数据资料以表格的形式呈现。

分层分布开放式结构是大坝安全监测数据采集系统的特点，分散集中控制方式是该系统的运行方式，上位机巡测、存储数据依据设定的时间监测各个终端。无线网络将采集的数据传输给GPRS 设备，GPRS 设备再将相关数据传送给数据中心服务器，实时采集命令或修改定时采集时间是由数据中心服务器通过无线网络管理和GPRS 设备向监测终端发送的。

4.大坝安全监测的现状分析

以坝监测发展的相关历程为依据进行分析，可以总结出：世界各国进行自动化监测的方法有数据管理自动化、管理自动化和全自动化三种。我国于20世纪70年代开始研究大坝安全监测工作，80年代取得了很大成果，20世纪90年代中期是我国监测自动化技术的成熟阶段，大坝监测的实时性、稳定性、可靠性和实用性在很大程度上被提升。至今我国还没有出现利用无线传感器网络进行监测的案例，现阶段我国采取的是有线监测与控制处理中心相连接的方式，数据的实时处理都是中心完成的。传感器受到有线传感器总线传输数据量的影响，在运行过程中会出现各种问题，有线连接一方面影响了传感器是否可以方便携带的功能，还对数据的准确性产生一定的影响。传感器利用导线独立完成数据监视、采集和控制连接的工作，此方法可以应用于很多重要的较大领域，临时性是其连接的特点，完成实验后需要尽快拆卸或重构。