水利工程中安全监测自动化系统的应用

汤寿江

（山东省烟台市福山区门楼水库管理中心，山东烟台 265507）

随着经济发展，科学技术水平不断提升，现阶段我国在开展水利工程运行管理的过程中，已经开始对安全监测自动系统进行了广泛的应用，不仅能够对项目建设的进度和整体过程情况进行充分的掌握，同时还能向管理人员及时反馈具体的施工问题，在推动水利项目建设运行顺利进行的同时，保证水利工程建设和使用的整体安全性。

1 工程概况

门楼水库主要位于大沽夹河西支流内夹河下游，北纬37°24′，东经121°12′。距下游的福山城区距离约11 km，控制流域面积1079 km2。内夹河发源于栖霞市城南小灵山一带，流经蓬莱市、栖霞市和福山区，全长为65 km，干流平均坡度0.00178。流域平均长度52 km、平均宽度25.8 km。地貌为低山丘陵区，其中丘陵占20%，山区面积占80%。地势为西南高、东北低，沿河两岸存在少量的冲积平原。流域内多为砂石山，并且植被较为丰富。

2 监测设施的现状分析

主坝坝顶长长1 440 m，坝轴线为折线型，转折桩号约1+075。鉴于桩号1+075～1+440段坐落于左岸山体中，需要进行现有坝体的加高和修整工作。由于受到地形条件的影响，就加大了整体的工作难度，可能无法对表面的变形进行及时的观测。主坝桩号0+000～1+000段为主河槽段，是主坝表面变形观测的重点坝段。主坝表面需要设置44个变形标点，竖向位移与水平位移需共同使用一个混凝土观测墩。

需要采用视准线法进行横向水平位移的观测，因此在主坝每纵排变形标点延长线两侧就需要各布置一个工作基点和校核基点；另外由于视准线长超过1 000 m，无法实现一次观测，虽然利用了全站仪进行观测，却也无法保证观测质量。因此，就需要将桩号0+289、0+510、0+740断面表面标点作为转换工作基点。

采用水准法进行竖向位移的观测，在右坝头的四个工作基点墩左侧进行起测水准基点的设置，对各排水准标点的竖向位移展开分别观测。

采用C20混凝土来完成变形标点墩的现浇工作，具体结构示意图见图1。工作基点和校核工作基点墩结构见图2。

图1 变形观测标点结构

图2 变形观测基点结构

3 安全监测自动化系统的应用分析

3.1 科学选择自动化安全监测系统测点

在选取安全监测自动化系统测点的过程中，必须要对自动化安全监测系统的复杂程度进行充分的考虑，与此同时还需要重视安全监测自动化系统的使用规模。通常情况下，进行自动化安全监测系统测点方案的选择主要有以下两种方式：①将自动化安全监测系统必须要涉及到的变形监测仪器以及渗流监测仪器接入到自动化系统内部，②需要将不会受到水利工程施工影响的仪器接入到自动化系统内部，并且除了渗流监测仪器和测缝计之外，还需要对坝基扬压力监测仪器进行重视，确保在上述仪器的共同作用下，形成科学的自动化安全监测系统。

3.2 对于接入自动监测系统测点的合理性

（1）需要能够将测点数目以及项目的关键部位进行充分的展示，这种方式可以对自动化安全监测系统规模的合理性进行有效控制。在对这一方案进行使用的过程中，不需要进行过多测点数量的设置，只需要保证测点设置在系统的关键位置，全面提升测点的针对性，同国际相关标准相结合，保障测点布置的科学性。在对这一方式进行运用开展安全监测工作的前期不需要投入过多的人力和物力，并且监测工作稳定性较强，监测效率较高。但是这一方式也存在一定的局限性，需要进行较多的测量工作，不仅数据录入工作量较大，同时也加大了工作人员的工作压力和心理负担，因此，就可能对数据测量工作的整体准确率产生不利的影响。

（2）在开展监测工作的过程中，需要做好众多监测点的设置工作，推动测量工作的有序进行。对多点监测不仅能够有效减少测量人员的工作压力和整体任务量，同时还能提升测量工作的精准度。这一方案也存在一定的弊端，在测量工作前期，需要大量的人力资源和物力资源投入，一旦企业出现了资金困难，将会直接影响到整体的施工效果，严重的还会造成过多的负面影响。

3.3 积极开展数据采集单元的比较和选择工作

对监测项目自动化系统进行分析的过程中发现，早期为集中形式的自动监测系统，在经过不断变革的过程中，已经形成了分布形式的自动监测系统。对于集中式自动监测系统来讲，在使用的过程中会涉及到众多的模拟信号，因此就会产生严重的噪声问题。另外，集中自动化监测系统的监测精准度较差，信号传输距离较远，直接对该种模式监测系统的推广和应用产生了阻碍。在经过一系列转变后，分布式自动监测系统可以进行数字信号的传输，并且实现智能数据采集单元的直接输入，实现了对数据进行传输和转换的目的。分布式自动安全监测系统还可以进行自主更新，确保系统在运行的过程中可以利用节点来实现驱动的目的。

在进行集中自动监测系统和分布自动监测系统对比的过程中发现，集中自动安全监测系统运行效率较低，稳定性较差，分布自动安全监测系统运行速度较快，并且稳定性较好。通常情况下，自动监测系统需要进行众多测点的设置工作，测量总线的长度较长，分布自动化安全监测系统可以满足此项要求，因此应用更加广泛。根据具体情况对自动安全监测系统进行合理的选用，并且还需要对数据采集单元的选择工作进行重视，需要对以下几方面问题进行考虑：①必须要确保系统在避雷方面的作用和效果能够与系统的环境应用水平相吻合，满足系统在自行诊断方面的功能需求。②需要对系统运行过程中的开放性和可靠性进行保证，提升结果的准确性。因此说，为了降低安全监测自动化系统故障问题的影响，就必须要对其质量进行保障。

3.4 选择自动安全监测系统的数据传输方案

（1）相关工作人员需要做好网络信息接口分布特点的全方位调查和掌握工作，不仅能够对具体监测点的分布状况和具体建设形式进行充分的掌握，同时还可以了解网络接口的规划情况。通常情况下，工作人员除了可以将接口设置在排水通道外侧，同时也可以将接口设置在通风口的内部。

（2）需要对网络信息相关介质进行科学的比较和选择。对于数据采集单元，常用的介质不仅包括了电话线和同轴电缆，同时还包括了光缆与双绞线。在进行通信介质选取的过程中，应了解所选取介质的特征，确保所选用的介质能够满足系统各个方面的应用需求。对电话线进行运用，不仅具有抗干扰的优势，还可以实现远距离的传输，信号的传输速度和数据的传输速度都比较高，但是电话线的信息传输准确程度有限，通常在选择电话线介质后，应当与其他设备进行配合使用，无形中增加了介质的应用成本。同轴电缆不仅传输速度较快，抗干扰能力较强，并且准确度较高，但是在对同轴电缆进行运用的过程中必须要投入大量资金的投入，因此如果企业资金成本无法保证，就会降低这一介质的应用效果。光缆具有抗干扰水平高的特点，在进行远距离数据传输和信号传输的过程中。优势较强，不需要过早进行大量资金的投入。应用双绞线，资金要求较低，并且这一介质传输速度快，准确性高，但是如果企业需要进行远距离的数据和信息传输，就需要做好中继器的设置工作。同时，在5G 网络不断发展的过程中，相关水利部门内部需要对指定的语言传输系统进行运用，在此前提下部门之间可以实现及时的沟通和交流，免受时间和空间的限制。

（3）科学开展网络方案的选择。在结束网络信息相关介质选择和比较工作以后，需要根据具体情况进行最佳网络方案的选取，对多方面的因素进行综合考虑，保障组合方案的有效性。如果水利工程所处地理位置存在一定的复杂性，在进行自动化安全监测系统构建的过程中，就需要全面考虑水利工程项目的复杂程度，如将光缆作为传输介质，将双绞线作为分支传输介质，利用总线来实现介质单元的控制，并将总线与光端机相连接。这一方式能够有效提升系统运行过程中的可靠性，并且在环网问题和支线断开问题出现的过程中也不会对网络运行产生影响。这一方案的网络结构相对简单，所使用材料复杂性较低，不仅具有良好的输出表现，同时灵活性和实用性较强。对这一施工方案进行运用，在提升数据传输效率的同时，还能实现图片的传输，保障信息传输质量。支线接法的灵活性较强，应适当增加支线数量。在具体布设的过程中，需要严格按照数据采集单元进行具体工作的开展。

4 结束语

在城市化建设进程不断加快、人们生活水平不断提升的过程中，对于水资源的需求量也在不断的加大，积极开展水利工程项目的建设已经成为推动社会经济发展的重要举措。这一过程中应用安全监测自动化系统，不仅能够提升整体的建设效果，同时还能够延长水利项目的使用寿命，创造更大的工程价值，已经成为众多水利工作人员需要重点使用和关注的技术措施，必将推动我国水利事业健康稳定发展。