一、背景

在當(dāng)今社會(huì)，隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮娜找嬖鲩L(zhǎng)，水電站作為可再生能源的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要。水電站，尤其是大型水庫(kù)大壩，不僅承載著發(fā)電、防洪、灌溉等多重功能，還直接關(guān)系到下游地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。因此，構(gòu)建一套高效、精準(zhǔn)的水電站/水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案，成為了確保水電工程安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、系統(tǒng)介紹

水電站/水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、分析及預(yù)警于一體的綜合性系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過部署在大壩各關(guān)鍵部位的傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集包括水位、滲流、應(yīng)力、變形、溫度、降雨量等在內(nèi)的多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和算法，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，并通過預(yù)警機(jī)制，為決策者提供科學(xué)依據(jù)，確保大壩安全。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

1、感知層

感知層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要由各類傳感器組成，如水位計(jì)、滲壓計(jì)、應(yīng)力應(yīng)變計(jì)、測(cè)斜儀、溫度計(jì)以及氣象站等。這些傳感器分布在大壩的不同部位，如壩體、壩基、庫(kù)岸及上下游區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩全方位、多參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2、傳輸層

傳輸層負(fù)責(zé)將感知層采集的數(shù)據(jù)安全、可靠地傳輸至數(shù)據(jù)中心。考慮到水電站/水庫(kù)大壩往往地處偏遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜多變，傳輸層需采用多種通信方式相結(jié)合的策略，如衛(wèi)星通信、無線通信（如4G/5G、LoRa、NB-IoT等）、光纖通信等，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

3、數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層是系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對(duì)接收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)及初步分析。通過建立大數(shù)據(jù)平臺(tái)，利用云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理與高效管理。同時(shí)，引入機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能算法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，識(shí)別異常模式，預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)。

4、分析預(yù)警層

分析預(yù)警層基于數(shù)據(jù)處理層的結(jié)果，運(yùn)用專業(yè)模型與算法，對(duì)大壩的安全狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估與預(yù)警。通過建立安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)定預(yù)警閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，通過短信、郵件、APP推送等多種方式，向相關(guān)人員發(fā)送預(yù)警信息，確保信息傳達(dá)的及時(shí)性和有效性。

5、應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層面向用戶，提供豐富的功能接口與可視化展示平臺(tái)。用戶可通過Web瀏覽器或移動(dòng)APP，實(shí)時(shí)查看大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、安全評(píng)估報(bào)告、預(yù)警信息等，實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩安全狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。同時(shí)，系統(tǒng)支持歷史數(shù)據(jù)查詢、趨勢(shì)分析、報(bào)表生成等功能，為大壩的日常運(yùn)維、安全管理及科學(xué)決策提供有力支持。

三、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容

變形監(jiān)測(cè)：表面位移監(jiān)測(cè)、內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)、撓度監(jiān)測(cè)、裂縫和接縫監(jiān)測(cè)、基巖位移監(jiān)測(cè)；

滲透監(jiān)測(cè)：揚(yáng)壓力、地下水位、孔隙壓力、滲流量；

應(yīng)力監(jiān)測(cè)：混凝土應(yīng)力、巖體應(yīng)力、鋼筋應(yīng)力、土壓力；

水文氣象監(jiān)測(cè)：溫度、濕度、風(fēng)速風(fēng)向、氣溫、氣壓、雨量、水位。

四、主要設(shè)備

水電站/水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要產(chǎn)品：滲壓計(jì)、水位計(jì)、量水堰計(jì)、多(單)點(diǎn)位移計(jì)、應(yīng)變計(jì)/應(yīng)變計(jì)組、無應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索計(jì)、測(cè)斜儀、裂縫計(jì)、位移計(jì)、位錯(cuò)計(jì)、土壓力計(jì)、土體沉降計(jì)、脫空計(jì)、固定式測(cè)斜儀、傾斜儀、GNSS、翻斗式雨量計(jì)、溫濕度計(jì)、無線智能振弦采集儀、多通道振弦/差阻采集儀、485通用采集儀。

五、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

1、傳感器技術(shù)

高精度、高穩(wěn)定性的傳感器是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新型傳感器不斷涌現(xiàn)，如光纖光柵傳感器、MEMS傳感器等，它們?cè)陟`敏度、精度、耐用性等方面均有顯著提升，為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了更加可靠的數(shù)據(jù)源。

2、數(shù)據(jù)處理技術(shù)

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用，使得海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速處理與高效管理成為可能。同時(shí)，人工智能算法的引入，為數(shù)據(jù)的深度挖掘與異常識(shí)別提供了有力工具，極大地提高了系統(tǒng)的智能化水平。

3、預(yù)警模型與算法

構(gòu)建科學(xué)合理的預(yù)警模型與算法，是系統(tǒng)能否有效預(yù)警的關(guān)鍵。目前，基于機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的預(yù)警模型正逐漸成為主流，它們能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)歷史數(shù)據(jù)中的規(guī)律與特征，對(duì)未知情況做出準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，提高預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

4、可視化技術(shù)

可視化技術(shù)將復(fù)雜的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖表、圖像，使得用戶能夠輕松理解大壩的安全狀態(tài)。通過三維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)大壩的沉浸式監(jiān)控，提升用戶體驗(yàn)。