1、水庫安全信息管理系統(tǒng)與閘門監(jiān)控水利部大壩安全管理中心2010年10月向 衍 博士、高級工程師 1精選PPT提 綱、前言一、大壩安全監(jiān)測自動化二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化三、大壩安全監(jiān)測預警系統(tǒng)四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)2精選PPT前 言自動化控制的必要性大壩安全監(jiān)測的項目眾多，測點布置分散且有些地理位置偏僻、環(huán)境惡劣的地方，這些都需要花費大量時間和人力去進行觀測、數據采集和計算分析。自動化系統(tǒng)減少了人為重復性勞動，可最終實現“無人值班，少人值守”自動化控制系統(tǒng)能夠快速、準確地進行大壩安全參數測量、數據采集和傳輸，并能進行資料整編和分析，能大大減少人為因素的不確定性。自動化控制系統(tǒng)能極大地提高管理大壩的能

2、力，也提高了盡早發(fā)現事故隱患的可能性3精選PPT提 綱、前言一、大壩安全監(jiān)測自動化二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化三、大壩安全監(jiān)測預警系統(tǒng)四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)4精選PPT一、大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)結構5精選PPT一、大壩安全監(jiān)測自動化數據采集裝置監(jiān)測儀器測量控制裝置人工采集及錄入6精選PPT數據采集裝置監(jiān)測儀器 監(jiān)測儀器是安裝或埋設在工程現場基于各種原理的傳感器，傳感器型式包括振弦式、差阻式、電容式、電感式、壓阻式、電位器式、步進馬達式、CCD、光纖傳感器等，目前應用以振弦式和差阻式為主7精選PPT測量控制裝置測量通道 應能接入大壩各類非電量監(jiān)測儀器測量功能 應能對接入的監(jiān)測儀器進行準確測量數據采集過

3、程控制功能 應能用應答式或自報式對接入儀器準確測量通訊功能 應能和中央控制裝置或其他計算機實現雙向通訊存儲功能 能夠自動存儲數據，存儲容量應較大，用完應能自動覆蓋自檢自校功能 應能對各功能模塊、電源電壓、蓄電池電壓等自檢，對數據自校，輸出有關信息掉電保護功能 電源突然中斷時，應能保證內存數據和參數不丟失防雷功能 應具備防止感應雷電能力，雷擊后數據應不丟失、不失真，保證裝置正常運行抗電磁干擾功能 應具備抗電磁干擾的能力，干擾后數據應不丟失、不失真，保證裝置正常運行短期自動供電功能 應具備備用電源，外部電源中斷時應能自動上電，并維護3d正常運行數據采集裝置8精選PPT人工采集與錄入對于只能采用人工

4、測量、人工記錄的數據，系統(tǒng)提供數據錄入界面，將測量數據輸入到數據庫中數據錄入人工錄入半自動錄入自動錄入數據采集裝置9精選PPT一、大壩安全監(jiān)測自動化數據自動采集系統(tǒng)集中式監(jiān)測數據采集系統(tǒng)分布式監(jiān)測數據采集系統(tǒng)現場總線數據監(jiān)測系統(tǒng)10精選PPT數據自動采集系統(tǒng) 集中式監(jiān)測數據采集系統(tǒng) 集中式監(jiān)測數據采集系統(tǒng)只有一臺測控單元，安放于遠離測點現場的監(jiān)控室內，一般和監(jiān)測主機放在一起。測點現場安裝切換單元（集線箱、開關箱），由電纜將傳感器信號通過切換單元接入到測控單元中 集中式自動采集系統(tǒng)具有遠程自動測量功能。它能對接入系統(tǒng)的傳感器進行巡測或選測，也可采用其他通信方式進行遠距離數據通信11精選PPT分布

5、式監(jiān)測數據采集系統(tǒng)分布式自動采集系統(tǒng)由大壩監(jiān)測傳感器、測控單元（MCU）、監(jiān)測計算機組成分布式數據采集系統(tǒng)與集中式數據采集系統(tǒng)相比，有下列優(yōu)點：可靠性得到提高抗干擾能力強測量時間短便于擴展數據自動采集系統(tǒng)12精選PPT現場總線式監(jiān)測系統(tǒng)數據自動采集系統(tǒng)13精選PPT自動化分析評價系統(tǒng)14精選PPT自動化分析評價系統(tǒng)15精選PPT自動化分析評價系統(tǒng)16精選PPT一、大壩安全監(jiān)測自動化關鍵技術系統(tǒng)防雷通信網絡17精選PPT關鍵技術系統(tǒng)防雷儀器設備中央控制室建筑物建立有均壓等電位的的地網。要求接地電阻小于5。供電電源必須配接交流隔離變壓器和電源避雷器。測量控制單元房基礎體四周建一多層環(huán)形地網，接地電

6、阻小于5；供電電源須安裝交流隔離變壓器和電源避雷器，MCU 與中央控制室的通訊電纜安裝避雷器。MCU通訊口內置防雷模塊。各種類型的傳感器均必須安設信號避雷器，有電源傳感器同時加裝交流隔離變壓器和電源避雷器傳輸電纜采用鋼管保護18精選PPT通信網絡監(jiān)測儀器與測量控制裝置通常采用專用電纜通信，也可根據不同類型監(jiān)測儀器采用相應的無線或光纜通信；測量控制裝置與中心控制裝置一般采用總線方式，通信介質包括雙絞線、光纖、無線通訊和GPRS等。中央控制裝置與外界通過有線、無線、公用網絡等多種通信媒介實現遠程控制。關鍵技術19精選PPT提 綱、前言一、大壩安全監(jiān)測自動化二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化三、大壩安全監(jiān)

7、測預警系統(tǒng)四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)20精選PPT二、水庫大壩監(jiān)控與管理信息化發(fā)展過程20世紀80年代意大利最早使用了大壩安全信息管理軟件MIDAS20世紀80年代末期法國電力公司建立了包括系統(tǒng)管理軟件在內的自動遙測設施21世紀以來近些年吳中如、顧沖時、馬福恒、向衍等研究預警系統(tǒng)20世紀90年代初期吳中如最早提出大壩安全綜合評價專家系統(tǒng)20世紀90年代末期專家系統(tǒng)理論趨于完善，實現“一機四庫”，在實際工程得到應用未來發(fā)展趨勢預警系統(tǒng)與應急管理相結合21精選PPT二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化 目標與框架 基于統(tǒng)一平臺、資源共享的理念，通過水庫安全信息的采集、傳輸、存儲和處理，構建水庫安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)，全

8、面提升水庫安全管理與服務能力，提高防災減災能力，有效保障工程安全、飲水安全與公眾安全起到重要技術支撐作用，為構建“數字水庫”提供基礎條件。 目標22精選PPT二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化 框架數據采集與控制信息基礎設施層應用系統(tǒng)層資源共享層安全監(jiān)測數據工程基本數據知識庫模型庫應用支撐平臺：應用組件 系統(tǒng)組件（門戶、GIS、工作流、消息、應用服務器組件等）數據交換平臺數據傳輸數據存儲與管理水利工程信息網（局域網、廣域網）綜合管理數據多媒體數據數據融合數據倉庫安全分析與評價公共信息服務預警與應急預案工程運行管理系統(tǒng)門戶洪水預報與優(yōu)化調度安全監(jiān)測閘門控制視頻監(jiān)視水情遙測內部接口外部接口23精選PPT

9、二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化 水庫安全信息管理系統(tǒng)信息采集與控制系統(tǒng)信息傳輸與管理系統(tǒng)信息服務與應用系統(tǒng)24精選PPT信息采集與控制系統(tǒng) 水情自動測報系統(tǒng) 由遙測站、中繼站和中心站組成。一般以超短波，GSM手機短信等通信方式，實現流域降雨量、水位、蒸發(fā)、流量等水文數據實時采集、報送和處理。25精選PPT 大壩安全監(jiān)測系統(tǒng) 由各類傳感器、測量控制單元和中央控制裝置組成。實現對影響和控制工程安全性態(tài)的關鍵變量和關鍵部位監(jiān)測信息的自動采集、傳輸與管理。信息采集與控制系統(tǒng)26精選PPT 閘門監(jiān)控系統(tǒng) 由閘位計、限位計、手動控制柜、PLC現地監(jiān)控單元和監(jiān)控主機組成。實現對溢洪道閘門開閉進行自動控制，對閘

10、門位置、閘門狀態(tài)采用現場控制和遠程遙控相結合，并能根據庫水位升降自動調整閘門啟閉開度，使泄量保持穩(wěn)定。信息采集與控制系統(tǒng)27精選PPT 供水監(jiān)測系統(tǒng) 由流量計或水位計、數據采集裝置和中心控制裝置組成。實現水庫供水計量自動化。信息采集與控制系統(tǒng)28精選PPT 水質監(jiān)測系統(tǒng) 由采水、配水裝置、水質監(jiān)測儀、中央控制裝置及實驗室水質分析設備組成。實現對水質參數的自動監(jiān)測，實時、宏觀掌握水庫水質及其變化趨勢。信息采集與控制系統(tǒng)29精選PPT 地震反應監(jiān)測系統(tǒng) 由布設在大壩及自由基巖場地上的多個測點組成的強震動觀測臺陣和監(jiān)控中心組成。實現實時獲取、記錄并顯示大壩動態(tài)結構地震反應數據信息及報警，為大壩結構動

11、態(tài)健康監(jiān)測和診斷提供基礎信息。信息采集與控制系統(tǒng)30精選PPT 視頻監(jiān)視系統(tǒng) 由攝像設備、錄像設備和中心控制裝置組成。實現樞紐工程及管理設施的巡視與運行狀態(tài)的存儲備份，實現現場安全檢查的長期性、實時性和再現性。信息采集與控制系統(tǒng)31精選PPT信息傳輸與管理系統(tǒng) 通信系統(tǒng) 由傳輸介質（如通訊電纜、光纜、無線電波等）、信號傳輸設備（如接口轉換器、光端機、無線電臺等）組成。為信息采集設備與遠程監(jiān)控主機提供共用通信信道，實現指令與采集信息傳輸。視頻監(jiān)視系統(tǒng)。32精選PPT由傳輸介質（如光纜、雙絞線等）、集線設備（如集線器、交換機等）、服務器、工作站等組成。為系統(tǒng)提供了一個安全高效的網絡平臺，以實現信息

12、共享。 計算機網絡系統(tǒng)信息傳輸與管理系統(tǒng)33精選PPT 綜合數據庫管理系統(tǒng) 依據規(guī)定標準，匯集各信息采集系統(tǒng)的實時數據、歷史數據、系統(tǒng)成果數據和管理數據，進行數據集成、隔離和備份，減少數據冗余，有效地保障信息安全及信息共享。信息傳輸與管理系統(tǒng)34精選PPT信息服務與應用系統(tǒng) 防汛移動辦公系統(tǒng) 將無線通信、掌上電腦（PPC）、嵌入式GIS技術與水利行業(yè)實際應用結合在一起，實現基于GPRS無線上網的，具有汛情監(jiān)視與信息查詢等功能的移動防汛指揮系統(tǒng)。依據規(guī)定的標準，匯集各信息采集系統(tǒng)的實時數據、歷史數據、系統(tǒng)成果數據和管理數據，進行數據集成、隔離和備份，減少數據冗余，有效地保障信息安全及信息共享。3

13、5精選PPT 信息發(fā)布系統(tǒng) 系統(tǒng)基于公網，面向公眾和專業(yè)人士提供與水庫有關的公共信息和應用服務，有效地實現對外宣傳、政務公開、信息查詢、咨詢服務等功能，提高公共服務能力。信息服務與應用系統(tǒng)36精選PPT信息服務與應用系統(tǒng) 辦公自動化系統(tǒng) 系統(tǒng)由個人辦公、檔案資料管理、公共服務、公文流轉和信息自動查詢系統(tǒng)組成，能夠將信息管理、業(yè)務處理和生產管理融為一體，提高各級部門管理水平和工作效率，實現辦公自動化。37精選PPT 業(yè)務信息服務子系統(tǒng) 以圖、表、文字等多媒體形式，清晰簡潔、圖文并茂地展示氣象、雨情、水情、工情、實時洪水情勢及其發(fā)展過程，實時反映發(fā)電、調度、管理等信息。信息服務與應用系統(tǒng)38精選P

14、PT 大壩安全分析評價系統(tǒng)利用大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)自動監(jiān)測數據、人工觀測數據和巡視檢查記錄等，依據水庫大壩安全評價導則及專家經驗，采用合理的數學模型和評判準則，建立大壩安全分析評價模型，實時綜合分析大壩安全運行性態(tài)，評定大壩安全類別，對大壩隱患實時進行預警，為水庫工程的安全運行和汛限水位動態(tài)控制提供輔助決策。信息服務與應用系統(tǒng)39精選PPT 洪水預報系統(tǒng) 系統(tǒng)采用自動定時預報、人工干預交互預報、追蹤預報、暴雨總量預報等模式，實現實時洪水預報自動化。信息服務與應用系統(tǒng)40精選PPT 洪水調度系統(tǒng) 系統(tǒng)采用交互方式，通過瀏覽器形式的洪水調度軟件，實時動態(tài)分析水庫上、下游防洪形勢，提出科學優(yōu)化調度方案。

15、信息服務與應用系統(tǒng)41精選PPT 供水管理系統(tǒng) 在供水監(jiān)測系統(tǒng)、綜合數據庫的支持下，提供供水實時信息查詢、供水日報、統(tǒng)計報表、供水量與水費計算等供水管理功能，實現供水信息管理智能化。信息服務與應用系統(tǒng)42精選PPT 水質分析系統(tǒng) 在水質監(jiān)測系統(tǒng)、綜合數據庫和地理信息系統(tǒng)平臺基礎上，對水環(huán)境管理所涉及的各類信息進行綜合管理，包括：基礎資料查詢、水質監(jiān)測資料查詢、水質評價和功能區(qū)劃管理、水質狀況統(tǒng)計、水質保護管理、水環(huán)境科研成果發(fā)布管理。實現水環(huán)境信息的動態(tài)監(jiān)測和分析評估。信息服務與應用系統(tǒng)43精選PPT 樞紐三維場景子系統(tǒng) 利用三維GIS技術、三維建模技術、虛擬仿真技術、數據庫技術，再現水庫樞紐

16、的三維場景，實現實時安全監(jiān)測信息可視化及三維輔助分析和計算功能。信息服務與應用系統(tǒng)44精選PPT二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化 案例分析 燕山水庫工程位于淮河流域沙穎河主要支流澧河上游干江河上，樞紐工程主要建筑物斜墻土石壩、溢洪道、泄洪（導流）洞和輸水洞及電站。大壩壩頂高程117.8米，壩長4070米，最大壩高34.7米。工程任務以防洪為主，結合供水、灌溉，兼顧發(fā)電等綜合利用。水庫控制流域面積1169平方公里，總庫容9.25億立方米。45精選PPT提 綱、前言一、大壩安全監(jiān)測自動化二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化三、大壩安全監(jiān)測預警系統(tǒng)四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)46精選PPT三、大壩安全監(jiān)測預警系統(tǒng)預警原理警

17、源分析子系統(tǒng)警兆分析子系統(tǒng)警情分析子系統(tǒng)47精選PPT預警原理預警原理系統(tǒng)科學是預警系統(tǒng)理論的基礎，美國貝爾電話公司的A. D. Hall（1969）提出了系統(tǒng)工程三維結構圖，為解決規(guī)模宏大、結構復雜、因素眾多的復雜巨系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的思想方法。將A. D. Hall的三維結構圖引入預警系統(tǒng)的物理模型架構中，得到預警系統(tǒng)三維結構圖。它包括時間維、邏輯維和知識維。其中，時間維的組成要素主要包括數據采集階段、系統(tǒng)分析階段、系統(tǒng)設計階段和系統(tǒng)實施階段；邏輯維的組成要素包括明確警義、尋找警源、分析警兆、預報警度和發(fā)布或排除警情等；知識維的組成要素主要有哲學、系統(tǒng)科學、自然科學、社會科學和計算機技術等預警

18、系統(tǒng)的三維結構原理圖時間維（工作階段）邏輯維（思考方法）發(fā)布警情計算機技術社會科學自然科學系統(tǒng)科學哲學知識維（預警理論）預報警度分析警兆尋找警源明確警義系統(tǒng)實施階段系統(tǒng)設計階段系統(tǒng)分析階段數據采集階段48精選PPT警源分析子系統(tǒng)警源警源是指警情產生的根源，即混凝土壩壩體與壩基互饋過程中業(yè)已存在或潛伏著的“病灶”警源分析子系統(tǒng)的目的就是從警源生成機制著手，分析警情產生的可能原因，從而發(fā)布或排除警情警源分析子系統(tǒng)流程數據挖掘的邏輯結構圖49精選PPT警源分析子系統(tǒng)警源警源是指警情產生的根源，即混凝土壩壩體與壩基互饋過程中業(yè)已存在或潛伏著的“病灶”警源分析子系統(tǒng)的目的就是從警源生成機制著手，分析警情

19、產生的可能原因，從而發(fā)布或排除警情警源分析子系統(tǒng)流程數據挖掘的邏輯結構圖警源挖掘警兆識別警情分析50精選PPT警兆分析子系統(tǒng)警兆警兆是指警素發(fā)生異常變化導致警情發(fā)生前出現的先兆在大壩安全監(jiān)測中，所謂的警兆就是觀測到的大壩變形、滲流、應力應變等物理量隨時間變化的序列數據的動態(tài)特征警兆辨識可采用以下方法對大壩原位監(jiān)測資料進行分析，建立各類預警模型，據此判別觀測量是正?；虍惓ｎA警模型如統(tǒng)計模型、混合模型和確定性模型等51精選PPT警情分析子系統(tǒng)警情警情是指事物發(fā)展過程中出現的異常情況，即水庫大壩運行中已存在或可能出現的問題警情分析主要是判別大壩及壩基是正常、異?；螂U情可用以下方法判別警情用預警模型和

20、預警指標判別正常、異?；螂U情預警模型如統(tǒng)計模型、混合模型和確定性模型等52精選PPT提 綱、前言一、大壩安全監(jiān)測自動化二、水庫安全監(jiān)控與管理信息化三、大壩安全監(jiān)測預警系統(tǒng)四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)53精選PPT四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結構系統(tǒng)功能關鍵技術案例分析54精選PPT四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結構閘門自動控制系統(tǒng)應用傳感器、自動控制、通訊及計算機等技術，實現閘門實時信息自動采集、傳輸和控制等。監(jiān)控主機現地監(jiān)控單元閘位計RS485現地監(jiān)控單元閘位計55精選PPT四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結構監(jiān)控主機現地監(jiān)控單元閘位計網絡交換機現地監(jiān)控單元閘位計網絡光端機光纖56精選PPT四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結構57精選PPT四、閘門監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)功能自動檢測各扇閘門的開度及運行狀態(tài)信息現地控制、遠程控制，可與上級計算機網絡聯(lián)網實現自動化調度運行具有定高度自動控制和定流量自動控制功能故障告警和越限告警以及告警自動記錄功能單扇閘門泄流量統(tǒng)計和總泄流量統(tǒng)計功能工作日志記錄和事故追憶輸出日報表、月報表、年報表動態(tài)圖形顯示閘門啟閉過程和各類操作建立當地實時數據庫、