山西省水库大坝安全监控系统分析

杜建明

（山西省河道与水库技术中心，山西 太原 030002）

据统计，我国现有各种类型水库超过98 000 座[1]，监测手段多是人工监测或者人工与有线通信相结合监测的方式，随着坝工建设和管理水平的发展，以及计算机和网络技术的进步，水库大坝的监测技术也在不断提高[2]，水库大坝的信息化管理也逐渐形成规模。

山西省水库大坝的自动化监测技术逐步推广应用，信息化管理水平不断提高。因部分水库大坝信息化管理仅局限于内部业务管理，监测数据利用不充分，信息共享比较困难，因此，通过建立一套综合的水库大坝安全监控系统，将水库监测数据加以整合，实现对水库大坝监测数据的实时获取、传输、分析、预警等功能，提升我省水库大坝的信息化管理水平。

1 系统设计与框架

水库大坝安全监控系统的开发语言为Java/C++，数据库使用mysql 与sql server2008，采用标准的三层应用模式（即客户机、应用服务器、数据服务器）B/S 结构来实现，不同的客户端通过统一门户共同访问中心数据库[3]。

系统开发山西省水库大坝安全监控系统，将全省不同规模、不同坝型的水库进行分类研究，对各类监测数据进行实时获取、传输、分析、显示，数据成果融合汇总到省中心平台，将全省水库按照数据采集标准化、数据传输自动化、数据管理信息化，实现全省水库信息标准化管理。以汾河水库、汾河二库为试点，研发的山西省水库大坝安全监控系统的系统结构图见图1。

2 系统组成

本系统建设包含四个子系统：数据采集系统、数据传输与接口系统、云平台数据库、应用系统。

2.1 前端数据采集系统

试点水库数据采集。试点水库都是大型水库，其中汾河水库是均质土坝，汾河二库是碾压混凝土重力坝，二者需要监测的项目略有区别。汾河水库的监测项目有表面变形监测、渗流监测、渗流量监测、环境量监测；汾河二库的监测项目有表面变形监测、接缝监测、绕坝渗流监测、渗漏量监测、扬压力监测等。

2.2 数据传输与接口系统

数据传输与接口系统，采用公网IP 的方式进行数据传输，将经由前端数据采集系统采集到的监测数据，传输到云平台数据库接口、数据库整理传输接口，或者数据通过2G、3G、4G 网络传输到到省中心传输数据系统。

2.3 云平台数据库

云平台数据库，是系统所有数据的存储空间，数据库建设包括两部分：山西省大坝安全监测系统云平台数据、云平台数据库到应用层软件系统的数据交换。

云平台数据建设系统采用的数据库是MicroSoft SQL Server 2008 和MY_SQL 两种。分为四个基础数据库：大坝安全监测数据库、大坝巡查数据库、系统数据库、云平台数据库等。

2.4 应用系统

应用系统的目的是实现水库大坝安全监控系统的业务功能，信息采集员、系统管理员等各级用户，通过应用系统，根据用户权限，进行水库信息管理、监测数据管理、数据分析评价、数据查询、数据二三维展示、水库大坝智能巡检管理、安全管理以及其他业务管理等。

3 系统功能模块

水库安全监测系统功能模块，有工程概况、安全监测、监测资料、三维GIS、图形绘制、分析评价、统计报表、预测预警、智能巡检、运行管理、运行监督、年度报告、系统链接、知识库、系统管理控制台等，可分为五大类。

3.1 基础信息管理类

工程概况、安全监测、监测资料、知识库模块，可划分为基础信息管理类，此类模块包含了水库的一切基础信息，不仅包括水库工程特性、水文特征、建筑物信息、监测设备信息、水库相关文献文档类资料等信息，还包括了前端数据采集系统实时采集的变形、渗压、渗流、环境量等数据，实现了对水库基础信息的分类管理，便于系统使用者快速获取所需的各种资料。

3.2 系统维护管理类

系统管理控制台，为系统维护管理类模块，需要设置使用者的管理权限，一般是系统管理员进行操作，是系统管理员对系统平台使用者的注册管理、用户名和密码管理、知识库管理、各类型水库管理、文档管理等。

3.3 监测数据应用、分析、管理类

包括图形绘制、分析评价、统计报表、预测预警、年度报告模块，是对水库监测数据的应用。一方面是将实时监测到的数据进行分析，形成系统化、图表化的成果，并将成果输出，比如过程线、浸润线、扬压力、大坝变形的图形绘制，监测项目按日、月、季度、年进行输出，监测数据的年度报告；另一方面是根据水库监测项目（变形、渗流、应力应变、裂缝等），对水工建筑物的影响程度进行统计模型分析，拟合结果，做出预警和相应的应急响应。

3.4 视频、二维三维展示类

视频、二维三维展示类，包括三维GIS、系统连接模块。通过水库大坝视频监控点的监控视频，能够实时观察水库大坝的性状和变化，判断监测项目是否正常。通过水库大坝的二维展示，能够直观的展示大坝的流域概况，包括流域边界、雨量站、水位站、视频点等信息。三维展示，通过采集水库周边地形地貌、建筑物以及附属设施等数据，经过人工三维建模后，真实地反应地物周边情况，多角度浏览三维场景，还能与水库现有安全监测系统对接，利用即时数据在三维模型上实现水库实时数据模拟。

3.5 智能巡检功能

水库工作人员，根据智能巡检功能模块提示的需要人工巡查的水库大坝部位，设置巡查路线；巡查人员根据巡查路线进行巡查，上报巡查结果，智能诊断是否有隐患存在，并对隐患处理进行跟踪。智能巡检功能模块，是对整个水库巡检部位的基础信息管理，是后续开展巡检工作的基础数据。

3.6 其他管理类

其他管理包括运行管理、运行督查模块。运行管理模块将水库日常运行中各类操作记录进行动态管理，包括防汛值班记录表、闸门启闭操作记录表、大坝维修养护表、重大事故及处理表、水库淤积情况表；运行督查模块是将水库运行中的各种文档资料进行统一管理，包括竣工验收、蓄水鉴定、安全鉴定、调度规程、控运计划、应急预案、安全监测、管理考核等。将资料电子化，便于后期查询和保存。

4 结论

山西省水库大坝安全监控云平台，针对土石坝、混凝土坝、面板坝等多种坝型的实际情况，建立动态监管、智能巡检、图形绘制、安全诊断、统计查询、运行管理、运行督查、系统管理等内容模块，实现数据采集自动化、实时在线监测、实时分析及安全预警。迅速有效地分析评价大坝的安全状况，及时发现影响建筑物安全的前兆信息，提高了大坝安全监测数据的可靠性和水库大坝安全预警能力。