高新測(cè)控技術(shù)在水利水電工程中應(yīng)用

我國(guó)已建堤壩約8.3萬(wàn)多座,壩高15ｍ以上的約1.86萬(wàn)座;堤防長(zhǎng)約25萬(wàn)多ｋｍ,其中,大江大河上的重要堤防6.57萬(wàn)ｋｍ.這些水利水電工程在防洪、發(fā)電、灌溉、供水和航運(yùn)等方面,發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益,是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施.然而,由于工作和運(yùn)行條件極其復(fù)雜,并隨著時(shí)間的增長(zhǎng),堤壩的病害和老化日趨嚴(yán)重.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1],在3100座大、中型水庫(kù)大壩中,病險(xiǎn)大壩有1248座;8萬(wàn)多座小型水庫(kù)中,病險(xiǎn)壩約占36%,堤防的安全狀況也相當(dāng)嚴(yán)峻.隨著西部大開(kāi)發(fā)和西電東送戰(zhàn)略目標(biāo)的逐步實(shí)施,高壩大庫(kù)也越來(lái)越多,工程的安全重要性顯得越來(lái)越突出.并且,大中型水利水電工程規(guī)模大、投資多,造價(jià)高,少則幾億、幾十億元,多則幾百億元,甚至上千億元.因此,工程質(zhì)量的好壞和能否安全運(yùn)行,不僅會(huì)影響工程效益的充分發(fā)揮,還將直接關(guān)系到下游或兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全.

國(guó)內(nèi)外大量工程實(shí)踐表明,對(duì)水利水電工程進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控,是保證工程安全運(yùn)行的重要措施之一.同時(shí),將監(jiān)測(cè)和監(jiān)控的資料及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理部門(mén),又可為提高水利水電工程的設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理水平提供可靠的科學(xué)依據(jù).

1　高新測(cè)控技術(shù)的基本要素及其功能

現(xiàn)代化的測(cè)控技術(shù)[2],應(yīng)該具有采集數(shù)據(jù)、科學(xué)管理數(shù)據(jù),及時(shí)或?qū)崟r(shí)對(duì)水利水電工程的安全狀況作出分析和評(píng)價(jià),并對(duì)其異?；螂U(xiǎn)情作出輔助決策等功能.因此,高新測(cè)控技術(shù)的基本要素包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)及其計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)支撐等（見(jiàn)圖1）.

1.1　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通過(guò)測(cè)控單元（ＭＣＵ）自動(dòng)采集、筆記本電腦現(xiàn)場(chǎng)采集或人工觀測(cè)埋入壩體或安裝的傳感器采集的監(jiān)測(cè)效應(yīng)量（大壩的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）和影響量（水位、氣溫、降雨和地震等）,并輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù).其中,自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集,半自動(dòng)化和人工采集為定期采集.因此,自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)一般是對(duì)水利水電工程關(guān)鍵部位（或壩段）主要監(jiān)測(cè)量（變形和滲流等）的采集.

1.2　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)后,由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有序的管理.包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉(zhuǎn)換為位移、揚(yáng)壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫開(kāi)合度以及溫度等,及它們的誤差識(shí)別和處理,并將監(jiān)測(cè)量按有關(guān)監(jiān)測(cè)規(guī)范進(jìn)行整編和初分析;編制月報(bào)和年報(bào)等.

1.3　分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)

分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù),進(jìn)行觀測(cè)資料的分析和反分析,結(jié)構(gòu)和滲流正、反分析,建立各類(lèi)監(jiān)控模型和擬定監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)等;將收集到的工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理、有關(guān)法規(guī)和規(guī)范等方面的專(zhuān)家知識(shí)進(jìn)行編輯,構(gòu)成分析、評(píng)價(jià)、輔助決策等方面的知識(shí)庫(kù)和推理分析知識(shí).
現(xiàn)簡(jiǎn)述幾種傳感器的主要工作原理及其應(yīng)用情況.

（1）差動(dòng)電阻式傳感器　

該傳感器為美國(guó)加州大學(xué)卡爾遜教授所研制.置于其內(nèi)腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件,受力后一根受拉、一根受壓.當(dāng)環(huán)境量發(fā)生變化時(shí),兩者的電阻值向相反方向變化,根據(jù)兩個(gè)元件的電阻值比值,測(cè)出物理量的數(shù)值.

我國(guó)南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠從20世紀(jì)50年代開(kāi)始,已研制出幾十萬(wàn)支差動(dòng)電阻式傳感器,并應(yīng)用于大量的水利水電工程中,取得了成功經(jīng)驗(yàn).

（2）振弦式傳感器　

由前蘇聯(lián)的達(dá)維金可夫發(fā)明.其核心元件是一根鋼弦,鋼弦的一端固定,另一端則固定在測(cè)量元件（受壓膜片或測(cè)量端塊）上.當(dāng)受力后,鋼弦長(zhǎng)度將產(chǎn)生微小變化,引起固定頻率的變化,從而測(cè)出物理量的數(shù)值.

加拿大的Rocktest公司,美國(guó)的Sinco,Geokon公司等生產(chǎn)的振弦式傳感器性能良好,其中真空式為最佳.近幾十年來(lái),我國(guó)較多的工程應(yīng)用了這種傳感器.

（3）差動(dòng)電容式傳感器　

由我國(guó)南京電力自動(dòng)化研究院研制.其工作原理是,將垂線或引張線穿過(guò)由4塊組成矩形的電容極板中,當(dāng)測(cè)線發(fā)生位移時(shí),電容極板的電容產(chǎn)生變化,從而測(cè)出位移量.

該傳感器經(jīng)過(guò)20多年的完善,其精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性等均有較大提高,已在不少水利水電工程中應(yīng)用.

（4）差動(dòng)電感式傳感器　

首先由原法國(guó)的Telemac公司研制.其工作原理是,當(dāng)高頻交變電流通過(guò)垂線坐標(biāo)儀時(shí),在周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng),接收點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)線距離成反比;當(dāng)垂線產(chǎn)生位移時(shí),接收點(diǎn)測(cè)得的感應(yīng)電勢(shì)發(fā)生變化,其變化量的大小反映位移量的大小.

該傳感器在我國(guó)龍羊峽等水利水電工程中得到成功應(yīng)用.我國(guó)有關(guān)廠家也仿制了這類(lèi)傳感器.

（5）步進(jìn)馬達(dá)式傳感器　

由原法國(guó)Telemac和意大利ＩＳＭＳ公司研制.其工作原理是,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)光電探頭,探頭中的光照準(zhǔn)器先后對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)桿和垂線鋼絲,然后返回原點(diǎn),在此過(guò)程中,測(cè)量電路記錄探頭前進(jìn)及返回基準(zhǔn)點(diǎn)和垂線鋼絲的脈沖數(shù),經(jīng)計(jì)算得到位移量.

該傳感器的機(jī)械部件較多,易出現(xiàn)故障,其長(zhǎng)期穩(wěn)定性也不易保證.我國(guó)有關(guān)廠家也仿制了這類(lèi)傳感器,在實(shí)際工程應(yīng)用中的故障率較高.

（6）ＣＣＤ傳感器　

由河海大學(xué)結(jié)合國(guó)家三峽工程重大基金項(xiàng)目研制.該傳感器由若干個(gè)特別研制的ＣＣＤ線陣模塊和發(fā)光二極管陣列模塊組成,當(dāng)垂線穿過(guò)并產(chǎn)生位移時(shí),ＣＣＤ線陣模塊記錄垂線位移與基準(zhǔn)點(diǎn)的位置,從而計(jì)算出位移量.

該傳感器技術(shù)先進(jìn),精度和可靠性高,在上標(biāo)和響洪甸等水利水電工程中得到應(yīng)用.

（7）其它新穎傳感技術(shù)

①光纖傳感技術(shù)　

光導(dǎo)纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細(xì)芯組合而成的纖維.它能使感受到的各種物理量而計(jì)算出監(jiān)測(cè)量,以及傳送感受的信息通訊.目前,應(yīng)用于光纖傳感的監(jiān)測(cè)量主要是裂縫,應(yīng)力應(yīng)變尚需進(jìn)一步研究.應(yīng)用信息通訊較為廣泛,且安全可靠.

②ＣＴ技術(shù)　

意稱(chēng)計(jì)算機(jī)層析成像.它指的是在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下,根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量（如波速、Ｘ線光強(qiáng)）的一維投影數(shù)據(jù),應(yīng)用數(shù)學(xué)方法,通過(guò)計(jì)算機(jī)處理,重構(gòu)物體特定層面的二維圖像及其由此重構(gòu)的三維圖像;從而定量描述物體內(nèi)部材料分布和缺陷.該技術(shù)將成為工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)部隱患監(jiān)測(cè)和老化評(píng)估的一種重要手段,在國(guó)內(nèi)外得到應(yīng)用,我國(guó)豐滿水電站等工程中也得到成功應(yīng)用.

③滲流熱技術(shù)　

依據(jù)滲流場(chǎng)與溫度場(chǎng)同時(shí)滿足擴(kuò)散方程及其初始和邊界條件的原理,利用埋設(shè)的溫度計(jì)測(cè)值分析滲流場(chǎng)的分布及其異常部位.

④ＧＰＳ技術(shù)　

利用衛(wèi)星定位技術(shù)（ＧＰＳ）監(jiān)測(cè)堤壩和巖土邊坡的表面變形.

⑤激光傳感技術(shù)　

由激光點(diǎn)光源（即發(fā)射點(diǎn)）發(fā)射的激光與激光探測(cè)儀（即接收端點(diǎn)）構(gòu)成激光淮直線,由發(fā)射的激光在波帶板及支架（測(cè)點(diǎn)）上觀測(cè)位移量.它可分大氣激光和真空激光準(zhǔn)直,其中的真空激光準(zhǔn)直除包括激光點(diǎn)光源、波帶板及其支架和激光探測(cè)儀,即發(fā)射點(diǎn)、測(cè)點(diǎn)和接收端點(diǎn)以外,還有真空管道.我國(guó)豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測(cè)資料表明,真空激光準(zhǔn)直具有精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn).

2.1.2　數(shù)據(jù)采集裝置　

數(shù)據(jù)采集裝置將各類(lèi)傳感器測(cè)出的物理量（如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等）轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（如位移、滲壓、應(yīng)變和溫度等）,即Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,以便遠(yuǎn)程輸送.當(dāng)距離超過(guò)100ｍ以后,傳感器輸出的電量和頻率等信號(hào),隨距離的增大急劇衰減,以至無(wú)法測(cè)出物理量,但數(shù)字量可遠(yuǎn)距離輸送.因此,一般將幾十個(gè)傳感器按部位接入數(shù)據(jù)采集裝置,使傳感器觀測(cè)的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量.按監(jiān)測(cè)方式不同,數(shù)據(jù)采集裝置可大致分為以下幾種類(lèi)型.

（1）自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集裝置　

國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集裝置主要有,美國(guó)Geomation公司的2300系統(tǒng)、Sinco公司的ＩＤＡ系統(tǒng);我國(guó)臺(tái)灣研華公司的ＡＤＡＭ4000和ＡＤＡＭ5000系統(tǒng);南京電力自動(dòng)化設(shè)備廠的ＦＷＣ-1系統(tǒng)等.按結(jié)構(gòu)的不同可歸納為總線型和集散型兩大類(lèi).

①總線型結(jié)構(gòu)　

eomation公司的2370型、ＩＤＡ、ＡＤＡＭ4000、ＡＤＡＭ5000以及ＦＷＣ-1等系統(tǒng)均屬于總線型結(jié)構(gòu).以ＩＤＡ系統(tǒng)為例,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2（ａ）,模塊箱的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2（ｂ）.圖中主機(jī)為工控機(jī),中繼起聯(lián)接和中斷作用.

ＩＤＡ母線有二線信號(hào)、二線電源;Ａ1～Ａｎ是智能測(cè)量模塊,每個(gè)模塊可接8個(gè)傳感器;Ｂ1～Ｂｍ是智能傳感器.Ａ和Ｂ有解釋指令、多路傳輸、Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換和錯(cuò)誤查詢(xún)等功能.同時(shí)具有自動(dòng)和人工測(cè)讀的兩種功能,并可防雷.

②集散型結(jié)構(gòu)　

Geomation公司研制的2350型、2380型等系統(tǒng)屬集散型結(jié)構(gòu).其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.

從圖3中可見(jiàn),ＮＭＳ為主機(jī);ＮＲＵ起中繼和網(wǎng)點(diǎn)（即可轉(zhuǎn)成有線的調(diào)制信號(hào)）的作用;ＭＣＵ（3）是異地單元,也起中繼作用（距離近的可以不用）;ＭＣＵ（4）和ＭＣＵ（5）也是異地單元,但它能起無(wú)線電發(fā)射和接收作用;ＭＣＵ（6）～ＭＣＵ（Ｎ）是監(jiān)測(cè)傳感器.

在這兩種型式中,總線型結(jié)構(gòu)具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)機(jī)方便和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn).其中Geomation公司的2370型、ＩＤＡ等系統(tǒng)可接入電式和頻率式傳感器.

（2）人工或半自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集裝置　人工或半自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集儀可在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)讀傳感器的測(cè)值,或用筆記本電腦采集.其中,差動(dòng)電阻式采集儀主要有ＳＱ-2型數(shù)字電橋、ＸＪ型數(shù)字式電阻比檢測(cè)儀、ＺＪ型數(shù)字式和ＰＳＭ-Ｒ型電阻比檢測(cè)儀等;鋼弦式采集儀主要有ＳＤＰ-3型鋼弦溫度測(cè)試儀和ＧＰＣ-1型袖珍式鋼弦頻率測(cè)定儀等.

2.2　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

水利水電工程大壩可埋有幾百個(gè)、幾千個(gè)甚至上萬(wàn)個(gè)傳感器.如長(zhǎng)江三峽水利樞紐建筑物就埋設(shè)約一萬(wàn)多個(gè)傳感器,其采集數(shù)據(jù)每年達(dá)幾百萬(wàn)個(gè),并隨著觀測(cè)年限的增加,數(shù)據(jù)將越來(lái)越多,對(duì)這些海量數(shù)據(jù)必須進(jìn)行科學(xué)有序地管理,以便為分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)提供可靠的信息.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)管理軟件和應(yīng)用軟件.

2.2.1　數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件平臺(tái)　

在大、中型水利水電工程中,目前常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有Oracle,Sybase,Informix以及ＳＱＬServer等4大類(lèi).其中以O(shè)racle和Sybase數(shù)據(jù)庫(kù)在中國(guó)應(yīng)用最廣.而Sybase為單進(jìn)程、多線索結(jié)構(gòu),即通過(guò)單進(jìn)程的多重通路來(lái)同時(shí)服務(wù)于多用戶(hù),提高內(nèi)存的有效使用率,便于優(yōu)先程序的查詢(xún).因此,Sybase數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)論在總體結(jié)構(gòu)、功能和特性等方面都有較大優(yōu)勢(shì).本文作者開(kāi)發(fā)和研制的7個(gè)大型水電工程的數(shù)據(jù)（或信息）管理及專(zhuān)家綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng),主要采用了Sybase數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).在小型水利水電工程中,目前常用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)有DBase,Foxbase和Foxpro等.而Foxpro為用戶(hù)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),目前采用較多.

2.2.2　數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模型　

檢測(cè)的目的是分析評(píng)價(jià)工程的安全狀況.因此,根據(jù)分析評(píng)價(jià)的需要,數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型包括工程檔案、原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)等4個(gè)分庫(kù)（見(jiàn)圖4）.

（1）工程檔案分庫(kù)　

該分庫(kù)管理工程概況以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工資料等.

（2）原始數(shù)據(jù)分庫(kù)　

管理監(jiān)測(cè)資料的原始數(shù)據(jù),包括物理量（電阻、電阻比、電感、電容、頻率等）和監(jiān)測(cè)效應(yīng)量（變形、揚(yáng)壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）,并應(yīng)保證原始數(shù)據(jù)的真實(shí)性.

（3）整編數(shù)據(jù)分庫(kù)　

依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差識(shí)別和轉(zhuǎn)換;按結(jié)構(gòu)單元和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行整編,包括測(cè)值統(tǒng)計(jì)表及其過(guò)程線圖,以及特征值（如最大值、最小值等）和環(huán)境量（如水位、氣溫、降雨、地下水位等）的統(tǒng)計(jì)等;對(duì)測(cè)值進(jìn)行初步分析,初步識(shí)別異常值以及復(fù)測(cè);編制日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào),其中,日?qǐng)?bào)是刊錄測(cè)頻高（每日一次或數(shù)次）的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù).

（4）生成數(shù)據(jù)分庫(kù)　

對(duì)監(jiān)測(cè)資料分析和反分析的成果,結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析的成果,以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的專(zhuān)家知識(shí)等進(jìn)行管理,為工程安全分析評(píng)價(jià)提供定性和定量的依據(jù).主要包括大壩或各結(jié)構(gòu)單元在各荷載組合工況下的應(yīng)力和位移、壩體溫度場(chǎng)、壩體和壩基滲流場(chǎng)（等勢(shì)線和流線）;位移和揚(yáng)壓力的力學(xué)規(guī)律計(jì)算值;各測(cè)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)模型,變形測(cè)點(diǎn)和空間位移場(chǎng)的確定性模型和混合模型;變形、應(yīng)力和揚(yáng)壓力的監(jiān)控指標(biāo);歷次異常或險(xiǎn)情的分析評(píng)價(jià)成果等.

2.2.3　應(yīng)用軟件　

根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯模型,在數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件平臺(tái)上,開(kāi)發(fā)和研制數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用軟件,主要包括:

（1）菜單編程　對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的菜單和各個(gè)分庫(kù)的菜單等編制應(yīng)用程序.可以采用下拉式或全屏幕式.

（2）原始數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括與采集系統(tǒng)相聯(lián)的通訊軟件;按結(jié)構(gòu)單元和測(cè)控裝置將傳感器監(jiān)測(cè)的物理量（電阻、電阻比、電感、電容和頻率等）或數(shù)字量（變形、滲壓、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）編制成圖表的軟件.

（3）整編數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括誤差識(shí)別和處理程序;將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力,以及測(cè)控裝置沒(méi)有轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的物理量）;按結(jié)構(gòu)單元,將數(shù)字量及其相應(yīng)環(huán)境量編制整編成圖表的軟件;初分析軟件;編制日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)的軟件等.

（4）生成數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括對(duì)監(jiān)測(cè)資料分析和反分析成果、結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析成果,以及有關(guān)專(zhuān)家知識(shí)等,并編制成相應(yīng)圖表的軟件.

2.3　分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)[3]

對(duì)水利水電工程監(jiān)測(cè)和監(jiān)控的目的是,依據(jù)監(jiān)測(cè)資料和相應(yīng)的專(zhuān)家知識(shí),對(duì)工程的安全狀況作出綜合分析和評(píng)價(jià).因此,完整的現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)必須包括分析評(píng)價(jià)系統(tǒng).其功能是依據(jù)監(jiān)測(cè)資料、結(jié)構(gòu)、滲流等分析和反分析成果,以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理、法規(guī)和規(guī)劃等專(zhuān)家知識(shí),對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),從中尋找異常值或不安全因素,并對(duì)此進(jìn)行成因分析和輔助決策等.因此,分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)應(yīng)包括資料評(píng)價(jià)、綜合檢查分析、觀測(cè)檢查、物理成因分析、專(zhuān)家綜合診斷和輔助決策等部分,其結(jié)構(gòu)和流程分別見(jiàn)圖5和圖6.

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2.3.1　資料評(píng)價(jià)　

應(yīng)用時(shí)空分布、力學(xué)規(guī)律、監(jiān)控模型、監(jiān)控指標(biāo)、日常巡查和關(guān)鍵問(wèn)題等6類(lèi)評(píng)判準(zhǔn)則,對(duì)監(jiān)測(cè)值進(jìn)行分析評(píng)判,從中識(shí)別異常值或不安全因素.

2.3.2　檢查分析　

對(duì)異常值或不安全因素,通過(guò)同一部位的同類(lèi)監(jiān)測(cè)量、相關(guān)監(jiān)測(cè)量和環(huán)境量的綜合分析（或相關(guān)分析）檢查,從中識(shí)別引起異常值或不安全因素的成因.如由觀測(cè)引起的,則進(jìn)入觀測(cè)檢查;是由結(jié)構(gòu)和荷載引起的,則進(jìn)入物理成因分析.

2.3.3　觀測(cè)檢查　

對(duì)由觀測(cè)引起的異常測(cè)值,首先檢查觀測(cè)記錄,然后檢查采集系統(tǒng).對(duì)觀測(cè)記錄錯(cuò)誤的測(cè)值宜進(jìn)行刪除或修改;對(duì)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)引起的異常測(cè)值,在排除故障后重測(cè)并進(jìn)行修正.

2.3.4　物理成因分析　

對(duì)由結(jié)構(gòu)和荷載引起的異常值或不安全因素,首先檢查環(huán)境量（或外因）有無(wú)產(chǎn)生特殊荷載工況.若有,則分析壩基異常（包括變形、穩(wěn)定和應(yīng)力等）成因,然后分析建筑物異常（變形、應(yīng)力、裂縫等）成因,當(dāng)穩(wěn)定和強(qiáng)度滿足安全要求時(shí),則“異?！被颉安话踩蛩亍笔怯珊奢d引起的,為結(jié)構(gòu)調(diào)整所致,所以屬基本正常.若無(wú)特殊荷載工況,則反分析壩基和壩體的計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)等;然后,正演分析監(jiān)測(cè)量,若與實(shí)測(cè)值一致,則為計(jì)算條件改變而引起的;并復(fù)核壩基和壩體的穩(wěn)定和強(qiáng)度,若滿足安全要求,則雖為結(jié)構(gòu)引起,但尚屬基本正常;若穩(wěn)定和強(qiáng)度不滿足安全要求,則為異常或險(xiǎn)情,隨即進(jìn)入輔助決策.若分析不出物理成因,則進(jìn)入專(zhuān)家綜合診斷.

2.3.5　專(zhuān)家綜合診斷　

對(duì)異?；虿话踩蛩氐囊呻y雜癥,即難以分析成因的,進(jìn)行專(zhuān)家綜合診斷,包括對(duì)其影響因素和安全度的專(zhuān)家綜合評(píng)判.

2.3.6　輔助決策　

依據(jù)異?；螂U(xiǎn)情的程度,首先提出報(bào)警級(jí)別,然后提出輔助決策的建議.其中報(bào)警級(jí)別分三級(jí),一級(jí)為險(xiǎn)情,二級(jí)為異常,三級(jí)為局部異常.輔助決策建議包括運(yùn)行控制水位和補(bǔ)強(qiáng)加固處理措施的建議等.

2.3.7　支持庫(kù)群　

為了給以上分析評(píng)價(jià)提供定量依據(jù),該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫(kù)、方法庫(kù)、知識(shí)庫(kù)和圖庫(kù)等支持庫(kù)群.

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)　主要管理監(jiān)測(cè)資料及其分析和反分析成果,與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行資料等.

（2）方法庫(kù)　依據(jù)安全分析評(píng)價(jià)需求,方法庫(kù)主要包括監(jiān)測(cè)資料分析和反分析軟件包,結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包,綜合分析和評(píng)價(jià)程序,以及輔助決策程序等.如本文作者給多座水利水電工程開(kāi)發(fā)的分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)中,共設(shè)置40個(gè)程序.其中,監(jiān)測(cè)資料分析和反分析軟件包有監(jiān)測(cè)資料預(yù)處理、資料分析和反分析等22個(gè)程序;結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包有規(guī)范法的應(yīng)力和穩(wěn)定分析,有限元靜力、動(dòng)力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個(gè)程序;綜合分析和評(píng)價(jià)包括影響因素和安全度評(píng)價(jià)等2個(gè)程序;輔助決策包括報(bào)警、洪水反調(diào)節(jié)等3個(gè)程序.從而,總體上能滿足安全分析和評(píng)價(jià)的定量分析需要.

（3）知識(shí)庫(kù)　包括專(zhuān)家語(yǔ)言的定量化知識(shí),隱蔽薄弱部位的設(shè)計(jì)和施工的專(zhuān)家知識(shí),歷次安全定期檢
查以及異?；虿话踩蛩氐姆治鲈u(píng)價(jià)成果等.

（4）圖　庫(kù)　包括圖形庫(kù)和圖像庫(kù).其中,圖形庫(kù)包括分析和評(píng)價(jià)過(guò)程中的各類(lèi)圖表;圖像庫(kù)包括分析評(píng)價(jià)結(jié)論的多媒體演示等.

2.3.8　分析評(píng)價(jià)的人工智能技術(shù)　

為了實(shí)現(xiàn)分析評(píng)價(jià)的人工智能化,分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術(shù).其中,正向推理為已知問(wèn)題的事實(shí),在知識(shí)集中尋找匹配知識(shí),反復(fù)循環(huán)直至找到有解結(jié)論;反向推理為已知或假設(shè)結(jié)構(gòu),從知識(shí)集中尋找匹配的解,反復(fù)循環(huán),直至找到匹配的解;混合推理為融合正向和反向推理的原理,有先正向后反向或先反向后正向;元控制是將元知識(shí)（即知識(shí)的知識(shí)）構(gòu)成元知識(shí)庫(kù),以求解問(wèn)題的目標(biāo).

2.4　計(jì)算機(jī)及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由于高新測(cè)控技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、信息管理和分析評(píng)價(jià)融匯在一起的龐大系統(tǒng)工程,必須在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下才能實(shí)現(xiàn).

2.4.1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　

常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線形、星形和樹(shù)形等（見(jiàn)圖7）.其中,總線形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點(diǎn)連在通信總線上;星形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點(diǎn)連接在中心結(jié)點(diǎn)上,由中心結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和交換;樹(shù)形結(jié)構(gòu)為自頂而下的層次化的擴(kuò)展式結(jié)構(gòu),頂部結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn),連接2個(gè)以上結(jié)點(diǎn)的稱(chēng)為支節(jié)點(diǎn),以下為端結(jié)點(diǎn),以根結(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)核心、支結(jié)點(diǎn)為子網(wǎng)絡(luò)中心、端結(jié)點(diǎn)為面向用戶(hù)的桌面.

一般大中型水利水電工程結(jié)構(gòu)單元（如壩段）較多、布置的測(cè)點(diǎn)也較多,宜用總線形;對(duì)省局（廳）或大網(wǎng)局,由于所屬水利水電工程較多,分布也廣,而需要由局中心控制時(shí),宜用星形結(jié)構(gòu),其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)為一座水利水電工程;對(duì)特大型水利水電工程.如三峽工程,由于分項(xiàng)工程較多,宜用樹(shù)形結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖8）.

2.4.2　計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)　

單個(gè)的水利水電工程一般用局域網(wǎng),可采用高速光纖、載波或微波等網(wǎng)絡(luò)通訊.對(duì)省網(wǎng)局（廳）或大型水利水電工程需要有外部技術(shù)支持的,一般采用廣域網(wǎng),亦可采用以太網(wǎng)或Intranet網(wǎng)等.

2.4.3　計(jì)算機(jī)工作方式　

一般采用Ｃ/Ｓ（客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器）方式.其中,服務(wù)器主要存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)和施工等資料,應(yīng)該有強(qiáng)大的存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)的功能;其型號(hào)和數(shù)量視工程規(guī)模、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的多少,由需求分析確定,一般應(yīng)有雙機(jī)或多機(jī)熱備份.客戶(hù)機(jī)主要面向用戶(hù)的分析評(píng)價(jià)和輔助決策等,可由多臺(tái)并行計(jì)算機(jī)完成.

3　結(jié)　語(yǔ)

（1）現(xiàn)代化測(cè)控技術(shù)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、管理和分析評(píng)價(jià)等功能,以及完成這些功能的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境和通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.

（2）數(shù)據(jù)采集包括傳感器和測(cè)控裝置,完成Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,以便監(jiān)測(cè)的數(shù)字量能遠(yuǎn)距離輸送.

（3）信息管理系統(tǒng)具有對(duì)監(jiān)測(cè)的原始數(shù)據(jù)采集和管理、整編和處理以及生成等功能,并對(duì)涉及工程安全的設(shè)計(jì)、施工資料進(jìn)行管理,以便為分析評(píng)價(jià)提供科學(xué)的信息.

（4）分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)是對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行分析評(píng)價(jià),從中識(shí)別異常值或不安全因素,并對(duì)其進(jìn)行成因分析和輔助決策.