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1、收稿日期:2000?05?08作者简介:温志萍(1975?),女,江西南昌人,南京工程学院助教,硕士,主要从事计算机应用研究.?文章编号:1001?5485(2001)03?0029?03开放式大坝安全监控系统总体设计温志萍1,吴中如2,顾冲时2,洪?云3(1.南京工程学院 计算机及管理系,江苏 南京?210013;2.河海大学 水电学院,江苏 南京?210098;3.福建省 电力局,福建 福州?350000)摘要:大坝安全监控系统是一个庞大的系统工程。基于大坝安全监控涉及信息量大、覆盖的知识面广等特点,遵循现代计算机应用软件模块化开发、可扩充、易操作的原则,充分利用网络技术、数据库技术、成熟
2、的决策支持系统研制技术等学科先进理论及方法,提出了?一机四库系统 的设计思想,采用了三层 Client/Server 体系结构,设计了动态再生的系统平台,从而实现对大坝安全性态的实时在线监控,并且为通用的大坝安全监控系统的开发提供了一个新思路。关?键?词:大坝;安全监控;实时中图分类号:TP302.1?文献标识码:A?本文将人工智能技术、模糊控制理论等学科的先进理论、方法与大坝安全监控传统理论相结合,充分应用先进的计算机软硬件技术,提出了开放式大坝安全监控系统总体设计思想。1?系统目标依据大坝安全监控相关规程、条例和规范等的要求,系统首先要对大坝安全监测的数据实现智能化采集,对大坝的设计、施工
3、、运行和监测资料进行全面的管理,并对监测资料进行处理和误差识别,然后不断吸收各学科领域先进的理论、方法,并结合专家的经验知识,充分利用现代计算机软硬件技术,对大坝安全性态作出综合分析和评价,对发现的疑点和不安全因素进行物理成因分析或专家综合诊断,提出辅助决策的建议,使大坝在安全运行的前提下,充分发挥工程效益。目标的具体要求如下:(1)合理的可扩充的开放网络结构。保证网络系统能随时加入设备、用户、应用系统,以及网段和协议的扩展;具有包括从共享扩充到交换、低带宽到高带宽,甚至从 N?ISDN(窄带综合业务数字网)扩充到 B?ISDN(宽带综合业务数字网)等的能力;采用标准的网络互联协议,便于异构网
4、的连接。(2)稳定可靠的数据采集系统。数据采集系统中的每个结点应能独立自动运行,完成定时采集、计算、统计、报警、数据缓存和通讯等功能,并具有较强的防雷、抗干扰能力。(3)科学有序的数据管理。由于自动化监测项目繁多,其数据存储格式可能不同,要有一个先进的开放式的数据管理系统对多种数据源进行管理,并进行误差分析处理,去伪存真,保证观测资料的可靠性。(4)在线实时分析。依据可靠的监测资料以及设计、施工、运行等情况,根据有关规程、规范,应用国内外最新研究成果,对大坝的安全状况作出实时分析和评价。(5)反馈分析。对于在线实时分析发现的疑点,吸收和总结有关专家的经验,运用各种方法对其进行成因分析。在经成因
5、分析确定为异常或险情时,提出辅助决策的建议,包括报警级别和指标、控制水位等。(6)开放式系统平台。系统具有动态再生功能,应能不断?吸收 新的理论和方法,实现其功能的更新、完善和扩充。2?系统总体结构为实现系统的目标及各项功能,在吸收国内外大坝安全监控系统及各领域智能决策支持系统开发经验的基础上,提出了?一机四库系统 的设计思想,即综合推理机、图库系统、数据库系统、模型库系统、知识库系统,并配有动态再生的系统平台对?一机四第18卷第 3期长?江?科?学?院?院?报Vol.18 No.32 0 0 1 年 6 月Journal of Yangtze River Scientific Researc
6、h InstituteJun.2 0 0 1库系统 进行总控。其总体结构如图 1。图 1?系统总体结构Fig.1?Global structure of system2.1?图库系统图库系统包括图库与图库管理系统。图库又可分为图形库和图像库。图形库用来存贮工程特性图和安全分析、评判过程的各类图形。图像库是一个多媒体库,用来存贮与工程有关的声像资料。图库管理系统可完成对图库数据的调用、显示、编辑、输入、输出等管理功能,并可应用多媒体技术,采用漫游、动画演示、语音播放等形式,显示工程性态和分析评价过程,从而达到身临其境的效果。2.2?模型库系统模型库系统分为模型库与模型库管理系统。模型库是由模型程
7、序库构成,包括源程序、目标程序、执行程序及其相应的说明,按功能又可分为监测资料的正反分析、结构正反分析、渗流正反分析、综合分析和评价、洪水反调节计算等。模型库管理系统是支撑模型库的软件,用于存储、建造、删除、修改、连接和调用模型库中有关模型,它将用户与模型存储和处理的物理机制相分离,使用户能通过用户界面很方便地存取和操纵模型。2.3?知识库系统 1知识库系统的基本部件是知识库。知识库用来存贮各类规范类知识和专家经验类的启发性知识等2,以构成各类评判准则和规则,如在线实时分析中的时空分析、力学规律、监控模型、监控指标、日常巡查、关键问题等评判准则。知识库管理系统可实现知识的输入、编辑、调用,并可
8、通过机器学习、神经网络等技术实现知识的不断获取和更新。2.4?数据库系统数据库系统由数据库和数据库管理系统组成。根据资料和数据的性质、来源,可分为工程档案库、原始数据库、整编数据库、生成数据库,分别用来存放设计、施工、运行资料、原始观测数据、整编数据以及分析评判所需数据和成果。数据库管理系统除对数据进行存储、输入、修改、删除外,还可对原始数据进行转换和误差处理,并可根据需求控制数据采集。2.5?综合推理机依据数据库中的监测资料,调用知识库中的评判准则,应用推理链对测值性质进行识别。若为疑点,则进行成因分析,判别疑点是由大坝及基础的结构性态引起的还是由观测因素引起的。当不能作出成因解释时,由专家
9、应用模糊评判原理,对其进行综合分析和评价,并作出辅助决策。系统进行综合推理时,可通过四库管理系统对四库进行调用,并将推理过程中产生的结果返回四库;四库管理系统之间可相互通讯;综合推理机和四库管理系统的综合调用由总控实现。系统构成一个分层次的开放式平台网络。2.6?动态再生的系统平台设计动态再生的系统平台是一个面向发展的开放式结构。为了让用户根据需要在系统中装入各种可执行模块及其说明,设计了?系统设计源文件。该文件按简单语法规则编写,尽可能以自然语言形式表述系统结构,用户可自行编写和修改。编辑好的系统设计源文件,在系统平台操作器中经过预编译器的编译处理,递归嵌入系统生成器,形成一个具有动态再生功
10、能的可执行系统,其结构如图 2 所示。显示器用于浏览系统说明;系统调用器进行主系统、子系统、用户定义系统的调用;PC 工具箱设置了通用工具及软件;联机帮助器则用来查看系统帮助内容。图 2?动态再生的系统平台Fig.2?Dynamic regenerative flat of system动态再生系统平台的设计,使用户可以从根本上驾驭系统,对系统进行增删、调整和更新,使系统按照用户的意图进行工作。该系统平台的设计也有30长江科学院院报2001 年利于新的工具软件、程序和分析方法的引进,有利于系统的更新和发展。3?系统工作模式传统的 Client/Server(简称 C/S)模式,由于其所有的处理
11、工作均在客户机上进行,限制了对业务处理的逻辑变化及适应能力,当访问数据量增大和业务处理复杂时,客户端往往会变成瓶颈,导致工作效率极低。本系统设计了一种三层 C/S 结构的工作模式,可以很好地解决上述问题。3.1?三层 C/S 模式 3三层 C/S 模式是传统的 C/S 模式的一种改进,它将用户交互、应用业务处理和数据管理分成用户服务层、业务服务层和数据服务层,形成多级分布体系结构模式,用户服务层提供一个可视化接口,用来表示信息和收集数据,本身不进行任何业务处理。业务服务层是联系用户和数据服务的桥梁,响应用户发来的请求,执行某种业务处理,它最大的优点是可以比较灵活地在客户和服务器之间划分数据和逻
12、辑,并按照客户的需要灵活地修改系统功能配置,把系统的开发和系统的部署完全划分开来,提供跨平台、多个异构数据库分布交互的全程保护,同时还具备对分布对象的管理和实时调度功能。数据服务层进行数据的定义、维护、访问和更新,以及管理并响应业务服务层的数据请求,它可以是异构数据库的集合。3.2?三层 C/S 模式在大坝安全监控系统中的应用系统采用三层 C/S 模式,其工作原理如下:系统的各种数据、信息的输入被设置为用户服务层,即在客户机上进行。系统的四库(数据库、模型库、知识库、图库)分布在数据服务器上的数据服务层。对数据的处理、分析以及对工程安全状况的分析评价等工作则由应用服务器上的业务层调用数据服务器
13、上的数据、模型、评判准则来完成,并将分析成果返回给客户机端的用户。用户服务层、业务服务层和数据服务层通过协调运行,完成其各自的功能,构成一个有机的整体。三层 C/S 模式在大坝安全监控中的应用,使得系统具有很高的可维护性、可扩充性和可靠性,易实现系统级的并行开发,并发展成为一个开放式的系统。4?结?语(1)?一机四库系统 的模块化设计思想,充分体现了现代计算机软件开发的研制规程,为实现系统分期开发、分级管理、升级完善奠定了良好的根基。(2)动态再生的系统平台设计,能够使系统不断?吸收 新的理论和方法,从而有利于系统功能的不断更新、完善与维护,充分体现系统的开放性目标。(3)基于大坝安全监控的领
14、域特点,依据系统总体结构要求,在传统的 C/S 模式基础上,设计了一种三层 C/S 模式,Client 端注重用户交互和数据表征,后台数据库完成数据访问和数据管理,应用服务器专注应用业务处理,使三者协调工作,构成一个有机整体,对解决客户端的?瓶颈 问题,提高系统的工作效率具有很大的帮助。参考文献:1?曹文君.知识库系统原理及其应用 M.上海:复旦大学出版社,1995.2?吴中如,顾冲时.大坝安全综合评价专家系统 M.北京:科学技术出版社,1997.3?李?强,吴泉源.基于 Client?Server 的多媒体会议系统的研究与设计 J.南京大学学报,1995,(3).(编辑:李春燕)Design
15、 of open type dam safety monitoring systemWEN Zhi?ping1,WU Zhong?ru2,GU Chong?shi2,HONG Yun3(1.Nanjing Engineering College,Nanjing 210013,China;2.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;3.Electric Power Bureau of Fujian Province,Fuzhou 350000,Chi
16、na)Abstract:Development of dam safety monitoring system is an enormous system engineering.Based on the?(下转第 35 页)31第 3 期温志萍等?开放式大坝安全监控系统总体设计现、分析能够实时、在线、科学合理,达到了系统开发的整体目标。参考文献:1?吴中如,顾冲时.大坝安全评价专家系统 M.北京:北京科学技术出版社,1997.2?吴中如,沈长松,阮焕祥.水工建筑物安全监控理论及其应用 M.南京:河海大学出版社,1990.(编辑:李春燕)Comprehensive inference base
17、 of on?line monitoring and feedbackanalysis system of safety monitoring for ProjectSU Huai?zhi1,WU Zhong?ru1,WEN Zhi?ping2,ZHANG Biao3(1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;2.Nanjing Engineering College,Nanjing 210013,China;3.Shuikou Hydropow
18、er Station,Minqing 350800,China)Abstract:Comprehensive inference base is a core of on?line monitoring and feedback analysis system of safetymonitoring for Shuikou Hydropower Project.It relates to the realization of the function objects of the system.T hrough systematically studying inference flow ch
19、art and inference models of the system,the design and imple?mentation of the comprehensive inference are investigated in detail.On the basis of the thought of modularizationdesign,following the principle that the key problems must be resolved emphatically with overall consideration ofall problems an
20、d adopting a clear and reasonable inference flow chart,the comprehensive inference base capable offinding quickly doubtful points of measured data,analyzing their geneses in real time and judging correctly thecharacter and status of dam safety,is worked out.T he trial?operation results show that the
21、 design of comprehe?sive inference base is reasonable,function complete and operation simple;it can provide technique support formonitoring on?line and comprehensive assessment of the safety status of dam.Key words:Shuikou Hydropower Project;on?line monitoring;feedback analysis;comprehensive inferen
22、ce base(上接第 31 页)specific character of a great deal of data,wide knowledge in the field of dam safety monitoring and the principlethat application software may be modular,extensible and easily operating,and making full use of the advancedtheories and methods of some disciplines,such as network techn
23、ique,data base technique and development tech?nique of decision?making supporting system,a design thought of?one machine and four base systems is put for?ward,the three layer client/server mode structure adopted and the dynamically regenerative system developed,and thus,the monitoring on line in real time for dam safety status can be realized.This design provides a newidea for developing conmom dam safety monitoring system.Key words:dam;safety monitoring;real time35第 3 期苏怀智等?工程在线监控及反馈分析系统综合推理库