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1、大坝平安监测系统处理方案目录第1章 概论31.1 系统概览31.2 历史回望31.3 现状分析41.4 目的阐述4第2章 总体设计62.1 设计原则及依照62.2 系统体系构造72.3 信息流程102.4 系统组成112.5 系统功能12第3章 信息采集系统143.1 需求分析143.2 技术处理方案14第4章 通讯网络系统204.1 测控单元和监测中心之间的通讯204.2 监测中心和监测分中心之间的网络25第5章 软件系统275.1 建立原则275.2 技术处理方案28第1章 概论1.1 系统概览大坝作为特别的建筑，其平安性质与房屋等建筑物完全不同，大坝平安出现咨询题，将会引发大坝下游一定范
2、围的人员和财产、环境损失。在加强水利建立的大环境下，提高水工建筑物的平安，特别是提高大坝平安监测水平，保证水库大坝的平安，是关系到国家利益和社会稳定的头等大事。大坝平安监测系统主要由观测传感器、遥测数据采集模块、工业操纵网络和自动监测治理软件系统组成，通过计算机的工作，能够实现大坝观测数据自动采集、处理和分析计算，对大坝的性态正常与否作出初步推断和分级报警为监测对象提供早期平安预警报告的自动化系统。建立大坝平安自动监测系统，能够缩短数据采集周期，提高大坝观测的工作效率，减轻劳动强度；并能充分利用水库调蓄才能，使其在防洪和供水两方面发挥最大的效益，同时可提高水库治理水平，及时发觉大坝隐患，为水库
3、的平安运转提供有力的保障。1.2 历史回望大坝平安监测系统在西方兴旺国家已有30多年的历史。如法国要求对高于20的大坝和库容超过1500万的水库，均需设置报警系统，并提出垮坝后库水的吞没范围、冲击波到达时间、吞没持续时间和相应的居民疏散计划等。而葡萄牙大坝平安条例（1990）也要求大坝业主提交有关溃坝所引起洪水波传播的研究报告，编制下游预警系统、应急计划和疏散计划。美国的联邦大坝平安导则和加拿大的大坝平安导则都强调要求采取险情估计、报警系统、撤离计划等应急措施，以便万一发生不测时，将损失减少到最小程度。1976年美国92.96高的堤堂坝（）失事前，大坝治理机构依照大坝平安监测系统监测到的事故的
4、开展情况及时通过下游的行政司法当局向可能被淹的群众发出警报，有组织地进展人员疏散，尽管大坝失事后堤堂河和斯内克河下游130km，约780 km2的地区遭洪水肆虐，造成25000人无家可归、损失家畜约万头的宏大物质损失，但人员死亡只有11人，初步表达了大坝平安监测系统的重要意义。1.3 现状分析中国已建成近8.5万座水库，数量居世界首位。但是，由于历史缘故，这些水库大部分防洪标准偏低，且大都存在不同程度的质量咨询题。一些水库大坝的病险情况较为严峻，妨碍了水库综合效益的发挥，也严峻威胁着人民生命财产平安。为了确保水库大坝的平安运转，充分发挥水利工程的预期效益，对水库大坝施行平安监测和科学治理，已成
5、为中国各级水行政主管部门所面临的一个迫切需要处理的严重咨询题。大坝监测自动化经历了从单台仪器遥测、专用测量装置、集中式数据采集系统到分布式数据采集系统的开展过程，其开展与基于仪器设备的监测系统的开展和进步亲密相关，而监测系统的开展是以所有监测元件的迅猛开展为标志的，包括从相关的传感器、测量仪器到转换、处理、存储、打印和分析设备的开展。目前，全国的大部分的水库大坝监测报手段落后，测验设备设备老化，信息的采集精度低，甚至特别多水库没有对大坝的监测手段。大坝带病运转，一旦遇大洪水降临严峻威胁大坝及下游人员和财产平安。因而，迫切需要建立一套自动化程度高、有先进的大坝监测系统，以提高防洪减灾才能，保障人
6、民生命财产的平安。1.4 目的阐述大坝平安监控系统是一个庞大的系统工程，同时具有涉及信息量大、覆盖的知识面广等特点。众所周知，大坝平安监测仪器是人们理解大坝运转状态的耳目，它要能够在恶劣环境下长期稳定可靠的检测出大坝微小的物理量变化，因而在某些方面（如在测量精度、长期稳定性方面）与其它工业监测行业相比，其要求更高、难度更大。从外部观测的静力水准、正倒锤、激光准直到内部观测的渗压计、沉降计、测斜仪、土体应变计、土压计，其自动化遥测都是建立在高可靠性的传感器的根底上。近年来，随着大型水坝建筑的增多和高科技的应用，大坝平安监测正向一体化、自动化、数字化、智能化的方向开展。大坝平安监测系统建立的总的目
7、的是以国家对大坝平安监测工程建立的标准和要求为依照，以实时采集监测信息并传输到大坝平安监测中心进展分析、处理为目的，将现代化工业自动化操纵、现代通讯技术、计算机网络技术、数据库技术、地理信息技术和信息分析预测技术与大坝平安监测业务需求严密结合，建成一个先进有用、高效可靠、自动化程度高的大坝平安监测系统，到达监测数据采集自动化、传输网络化、处理标准化、分析科学化，有效地提高水情信息采集、传输、处理、分析、预告的精确性、可靠性，更好地为各级大坝治理部门的决策和指挥抢险救灾提供科学依照。第2章 总体设计2.1 设计原则及依照2.1.1 设计原则1. 有用性习惯施工期、蓄水期、运转期及已建工程更新改造
8、的不同需要，便于维护和扩大，每次扩大时不妨碍已建系统的正常运转，并能针对工程的实际情况兼容各类传感器。能在温度3060、湿度95以上及规定水压条件下正常工作，能防雷和抗电磁干扰，系统中各测值宜变换为标准数字量输出。操作简单，安装、埋设方便，易于维护。2. 精确性关于大坝平安监测系统而言，信息的精确性直截了当关系到决策的成败。因而该系统在监测数据自动采集、传输、处理等工作环节的设备选型和技术处理上要充分考虑误差操纵和误差处理，确保提高系统整体的精确性。3. 可靠性为保证系统长期稳定运转，观测数据具有可靠的精度和精确度。系统设备能自检自校及显示毛病诊断结果并具有断电保护功能，同时具有独立于自动监测
9、量仪器的人工观测接口。4. 先进性力求高起点，既满足现实需求，又习惯长远开展的需要，确保系统所采纳的技术与当前技术开展趋势保持一致，并便于系统的扩展、晋级和优化。5. 开放性坚持统一标准，采纳行业标准和标准进展统一设计，按开放式系统的要求选择设备，组建系统，以利于调整和扩展，便于信息的共享。6. 经济性系统设计时坚持经济性原则，在功能和采集范围上可多可少，可大可小，以满足不同投资规模和不同建立规模的需要，在追加投资后系统能方便的扩大功能和扩大监测范围。系统采纳为分布式构造，设备间连线简单，施工费用极低。整体优化设计，强化软件，简化硬件，降低了设备造价。2.1.2 设计依照混凝土大坝平安监测技术
10、标准（DL/T5178-2003）；土石坝平安监测技术标准（SL/60-94）；水利水电工程测量标准（DLJ202-81）；水利水电工程施工测量标准（SL52-93）；国家一、二等水准测量标准（GB50026-93）；国家水电工程测量标准（DLJ202-81）；水位观测标准（GBJ138-90）；水工建筑物岩石根底开挖工程施工技术标准（SL 47）；砌体工程施工及验收标准（GB 50203）；水利水电工程钻探规程（DL 5013）；大坝平安自动化监测系统设备根本技术条件（SL268-2001）；土石坝平安监测材料整编规程（SL169-96）；混凝土拱坝设计标准（SL282-2003）。2.2
11、系统体系构造依照业务需求的分析，确定系统的体系构造由采集层、通讯层、网络层、数据层、应用层5部分组成。系统体系构造如图1所示。图1 系统体系构造图2.2.1 采集层采集层是信息来源的根底，通过不同的监测方法和技术来完成，主要监测工程为:1. 变形监测变形监测包括水平位移（横向和纵向）、垂直位移（竖向位移）坝体及坝基倾斜、外表接缝和裂缝监测。关于土石坝除设有上述变形（称之为外表变形）监测工程外，还设有内部变形监测。内部变形包括分层竖向位移、分层水平位移、界面位移及深层应变观测。关于混凝土面板坝还有混凝土面板变形监测，详细包括外表位移、挠度、应变及接缝开度监测。另外岸坡及基岩外表和深层位移监测也属
12、变形监测。2. 渗流监测混凝土坝渗流监测包括坝基和坝体扬压力、坝基和坝体渗漏量、绕坝渗流和地下水位监测。土石坝渗流监测包括坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流、渗流量监测。3. 应力、应变及温度监测或压力（应力）监测混凝土坝的应力、应变及温度监测包括混土的应力和应变、无应力、钢筋应力、钢板应力、坝体和坝基温度、接缝和裂缝开度监测。土石坝的压力（应力）监测包括孔隙水压力、土压力、接触土压力、混凝土面板应力监测。4. 环境量监测或水文、气象监测大坝所在位置的环境对大坝和坝基工作性态有严重妨碍，需予以监测。监测工程有大坝上下游水位、水温、气温、库区雨量等。以上四大类监测工程涉及几十种物理量的监测，每
13、一种物理量监测都需要在设计时布置必要的测点、选择适当的监测仪器。监测工程的选择和测点的设计布置在两部标准中按照工程等级、建筑物等级、坝型、坝基和基岩地质条件以及大坝设计施工的特点作了规定。监测工程和测点布置既不能太多，也不太少，力求保持在合理水平，可参照前面述叙的国际上的相应指标，即监测设备和施行费用相当于工程总造价的1%来确定。大中型工程或大坝平安特别重要的小型工程均应考虑到现代化治理的需要，即实现主要监测工程的自动化。2.2.2 通讯层通讯层是监测数据传输交流的根底，是数据传输的介质。系统现场采集的数据能够通过有线数据通讯（现场总线）或无线数据通讯的方式传输到监测中心，其中有线数据通讯最远
14、间隔能够到达十几公里，无线数据通讯间隔能够到达数十公里。在采纳有线数据通讯子网和无线数据通讯混合构造时，系统数据传输具有路由自动推断机制，能够提高数据传输可靠性。2.2.3 网络层网络层主要指是监测中心或者分中心的计算机网络，主要是为应用软件系统运转的根底环境，是日常行政办公、内部信息交流、信息共享的网络根底。2.2.4 数据层数据层是整个业务综合数据的平台，是业务应用软件系统运转的根底，由多个相对独立又互有关系的数据库组成，该数据层主要是监测数据库部分。主要包括根本数据库、监测数据库、实时数据库、历史数据库、空间地理数据库等。2.2.5 应用层应用层是以大坝平安监测治理软件为核心，主要进展监
15、测数据的接收、检测、计算处理、存储、分析、平安评价预警、统计、整编、查询等过程。大坝平安监测治理软件包括信息采集处理系统、材料整编系统、统计分析预警系统、WEB查询系统、数据库治理系统。2.3 信息流程该系统的总体信息流程如图2所示。图2 系统信息流程图主要的信息流程包括信息采集、信息存储、信息查询、信息统计分析预警、数据库治理系统、信息展示。信息采集：主要对所有接入系统中的各类监测仪器进展一定方式的自动化测量，采集所测数据，并传送到中央操纵装置集中储存或处理。 信息存储：主要通过信息采集系统对接收的数据进展解码、校验、入库、存储。信息查询：主要对入库的自动化测量数据依照任意时段和各点的数据进
16、展查询。信息统计分析预警：主要对依照采集值和时间为轴，显示信号的时间变化过程，时间轴能够定义，如秒、分、小时、天；数据库能够随时调出查看、编辑、另行存储。对大坝监测数据进展离线分析处理、为大坝平安评判和运转治理提供监控模型、监控数据图表。如自动采集的孔隙水压力过程线的显示页面方式等等。数据库治理：主要对依照监测数据进展数据转贮、数据库查询/修正、人工插补等。信息展示：主要对客户提供报表显示、图形方式、电子地图显示、报警、视频图像等方式展示。2.4 系统组成大坝平安监测系统由信息采集系统、通讯系统、网络系统、综合数据库系统、应用软件系统，包括自动采集或人工观测埋入坝体或安装的传感器 (大坝的变形
17、、渗流、应力应变、温度、降雨、水位、气平和地震等)等、测控单元（MCU）上位机、监测中心、监测分中心组成，系统组成如图3所示。系统构造采纳分布式体系构造，数据采集工作分散到靠近较多传感器的测控单元来完成，然后将所测数据传送到主机。系统每个观测现场的测控单元都是多功能智能型仪器，能对各品种型的传感器进展操纵测量。图3 系统组成构造图2.5 系统功能1. 传感器感应大坝变形、渗流、压力（应力）、应变、温度、环境量、水文、气象等各种物理量，将模仿量、数字量、脉冲量、状态量等信号输入到测控单元。传感器品种可分为：电阻式、电感式、电容式、振弦式、光纤式、调频式、压阻式、变压器式、电位式等。2. 测控单元
18、依照确定的观测参数、计划和顺序进展实际测量、计算和存储，并有自检、自动诊断功能和人工观测接口。依照确定的记录条件，将观测结果及出错信息与指定的监测中心或其他测控单元进展通讯。能选配不同的测量模块或板卡，以实现对各品种型传感器的信号采集。检测指点的报警条件，一旦报警状态或条件改变则通知指定的监测中心。将所有观测结果保存在存储单元中，直到这些数据被监测中心精确接收完。治理电能耗费，在断电、过电流引起重启动或正常关机时保存所有配置设定的信息。并具有防雷、抗干扰、防尘、防腐，适用于恶劣温湿环境。采集系统的运转方式有应对式和自报式两种，必要时也可采纳任意操纵。3. 通讯系统通讯系统依照站点情况采纳有线或
19、无线方式。且能够采纳两种通讯方式互为备用信道，建立一套双信道互为备份的通讯系统。4. 业务应用系统业务应用系统主要为大坝平安治理软件系统；能够在监测中心、分中心进展数据接收、处理、存贮、分析、预警等功能。对接收的数据进展容错校验、数据可靠性和精确度检查及数学模型检查，数据存储、删除、插入、记录、显示、换算、打印、查询及仪器位置、参数工作状态的显示，建立、标定平安监控数学模型、并进展妨碍要素分解及综合性的分析、预告报警及平安性评价，以满足对大坝平安监测的需要。综合数据库系统：能够对水文信息建立统一数据平台，统一数据格式，标准数据标准，能够有效地进展数据共享，数据分析，为业务应用系统提供可靠根底。
20、也能够对其它相关系统的数据接入提供接口。第3章 信息采集系统3.1 需求分析信息采集系统的主要任务是监测大坝变形、渗流、压力（应力）、应变、温度、环境量、水文、气象等要素自然变化情况，它是一项根底和前期工作，是大坝平安监测的耳目和参谋，是各大坝治理部门做出正确推断，发布正确指令的理论依照。其质量和精度将直截了当妨碍大坝平安监测精确性，妨碍决策的科学性。加强信息采集系统根底设备的建立，强化信息采集工作，提高观测自动化程度成为当务之急。水情信息采集系统需要完成以下任务：l 实现大坝变形、渗流、压力（应力）、应变、温度、环境量、水文、气象等观测量数据自动采集、存储，并满足实时自动传输的要求。l 采纳
21、有用的观测设备，实现流观测量数据信息的人工及自动观测相结合，实现人工采集及输入及自动计算和实时自动传输。l 采集设备采纳先进技术，使观测信息标准到达部颁建立标准。3.2 技术处理方案信息采集系统主要是由测控单元（MCU）、监测仪器组成。测控单元是分布式系统的关键设备，是一种智能化、模块化的多功能装置，体积小巧，构造紧凑，具有操纵、测量、数据存储、防潮、防雷、抗干扰等各种功能，可安装在监测仪器附近，实现监测仪器的自动巡测和选测。系统中的测控装置由通讯总线连接到中央操纵装置或微机，组成数据采集网络。中央操纵装置或微机对网络进展操纵，可用不同的运转方式实现数据采集的自动化。1. 测控单元测控单元系统
22、组成如图4所示。图4 测控单元系统组成图l 测控单元的主要技术指标如下时基精度：0.01%，分辩率：0.001us；温度精度：0.5，分辩率：0.1；测量时间：23s/point；通讯接口：EIA-RS485，EIA-RS232，CAN bus；存储容量：128kB；工作电源：12VDC；充电电源：220VAC/50Hz；功耗：掉电：200uA，休眠：10mA，待机：20mA，测量300mA；工作温度：25+60；储藏温度：45+70。l 测控单元的主要主要优点功能强：测量操纵单元（以下简称MCU）可支持多达80个通道空间，多种供电方式、多种通讯方式可供选择，灵敏的传感器接入方式，模块化的构造
23、，先进的参数设置才能，容易安装调试。可靠性高、长期稳定性好：MCU能够长期在无人值守的情况下可靠工作，按照设定的工作方式，源源不断的将采集的数据发送到监控计算机数据库内。容易构建系统：系统组网方便，提供了多种通讯方式，有RS232、RS485、直截了当电缆连接和无线通讯。测控单元的布置不受环境限制，系统规模可大可小。同一接口模块一般都能够接不同类型的仪器，而且开发了功能集于一体的测量模块，这为系统中测量少量的但不可缺少的参数提供了方便，能够减少系统的投资费用。通道配置才能强：接口模块中的同一个通道，既能够配置为测量振弦式仪器，又能够配置为测量电阻、电压、电流、频率、Carlson类型的传感器，
24、其中ASM模块的第十个通道还能够配置为脉冲类型的仪器，使仪器的配置提供了极为方便，不会造成资源的浪费，能够减少系统的投资。智能化：系统是一个通用监控系统，能够依照不同的现场环境，不同的监测要求，能够方便的在操纵面板或监控计算机上进展参数设置、修正等各种要求，系统能自主稳定的进展工作，而不必要针对详细系统改动MCU内部监控软件。对采集仪器的配置数据，直截了当下载到MCU中去，而不是存储在监控主机上。分布式的智能节点网络操纵技术：每个节点具有智能性，MCU能够独立工作，也能够在多节点的网络环境中工作，能够脱离网络而自主运转，进展测量、操纵、数据处理和通讯。具有较好的习惯性和兼容性：能够应用在水利工
25、程各个领域的数据监测；网络通讯能够采纳多种传输介质；能与国际上著名的土工、大坝和环境监测仪器供给商消费的传感器接口，可直截了当接入振弦式、差动电阻型、电流型、热电偶、脉冲型和数值型传感器；部件标准化，具有互换性。易于安装调试和维护：机箱内带有键盘和显示，能够在现场直截了当配置，调试，显示内部信息；各个终端有信号灯指示可作为运转诊断，机箱可迅速打开，检查各个开关接线插头等部件。防雷功能强：系统的电源入口、通讯入口和传感器入口都有特别好的防雷措施，能够保证系统能可靠的工作。2. 变形监测变形监测包括水平位移、竖向位移、挠度、倾斜及接缝和裂缝监测，关于土石坝依照测点布置在坝面或是坝体内部分外表变形及
26、内部变形监测。人工监测：水平位移监测方法有视准线（针对直线性坝）、三角网前方交会法等，采纳经纬仪进展监测；垂直位移监测一般采纳水准仪进展监测；土石坝内部变形可用水管式沉降仪、引张线式水平位移计等进展监测；裂缝及接缝监测一般采纳于测缝计（测缝标点）监测。随着科技的开展，变形监测已逐步采纳自动化，可实现自动化监测的有垂线、引张线、静力水准、真空激光准直、TS移计差阻式（振弦式）测缝计等方法。其中引张线主要布置在直线性坝上（或廊道内）用于实现坝顶或坝基水平位移监测，目前一种采纳自动加水装置的双向引张线也正在试验中，引张线法观测水平位移监测自动化必须首先保证引张线安装，满足标准要求，即线体张力和自由度
27、必须得到保证，为此安装时应进展精度和复位试验，其次确实是选择有用可靠的引张线仪。垂线法是实现坝体水平位移及挠度监测自动化的较好方法，垂线有正倒垂之分，其测点的测值都是相对锚固点（或是悬挂点）的相对值，在垂线设计时首先要使垂线满足标准要求，同时要选择量好的监测仪器，同时要留意如下几点：选用人工观测设备时应尽量选择简单可靠、最好是固定安装在测点上的设备，这种设备免去了每次安装对中的误差，也不易产生系统误差。如梅山大坝在垂线测点的X，Y方向各安装了一台固定式坐标读数仪，其测量精度可达0.2mm以上；读数盘瞄准器也是一种固定式测量装置，能够到达0.25mm以上的精度；陈村及纪村大坝由于采取了类似类型的
28、仪器，加上治理得力，从而使垂线测值的精确度有了保证。采纳携带式光学垂线坐标仪时，必需要确保仪器定期检验和校准，以确保在整个测量期间其精度不变，并在每次安装施测时严格按规程操作。采纳自动化监测精度通常都高于人工监测，目前各类遥测垂线坐标仪的精度均在0.15mm以上。但为了确保监测数据不致漏失，以及必要时进展校测，通常与自动化监测设备并行布置一套人工观测设备。裂缝及接缝监测主要采纳差阻式测缝计实现自动化，由于国内南京自动化设备厂消费的差阻式仪器在防潮、长期稳定性、功能价格比等方面具有较一定的优势，因而在国内工程中得到广泛的应用。3. 渗流监测渗流监测是大坝平安监测的重要工程，关于混凝土坝，渗流监测
29、有：扬压力（坝体、坝基扬压力）、渗漏量（包括坝基渗漏量和坝体渗漏量）、绕坝渗流、地下水位、水质分析几个部分。土石坝渗流监测工程包括：坝体渗流压力、坝基渗流压力、绕坝渗流，渗流量监测。渗压（或浸润线）观测可采纳测压管法和埋设渗压计法，测压管法具有可进展人工比测、仪器更换方便等优点，但是也有容易出现泥沙淤积、孔口破坏和测值滞后等缺点,因而在进展详细设计时要依照渗流特征和仪器情况进展确定。渗流量监测一般采纳容积法、量水堰法和流速法进展测量。容积法主要针对单管渗流量进展监测（流量小于1L/S）时，当流量在1300L/S之间时宜采纳量水堰法，当流量大于300L/S或受落差限制不能设量水堰时，能够将漏流水
30、引入排水沟，采纳测流速法进展测量。目前测水位的仪器较多，通过我们的应用经历认为，用于渗压监测效果较好的是振弦式仪器。4. 应力（压力）、应变及温度监测由于目前的设计标准均将强度校检作为设计坝体构造的标准之一，而温度是坝体（特别是在混凝土坝中）应力及裂缝产生的重要要素，因而必须留意监测，特别是对拉应力区、应力和温度梯度大地点。应力、应变及温度监测目前大多采纳差阻式仪器。5. 环境量（水文气象）监测环境量是大坝运转性态开展的外因，对环境量（水位、气温、雨量等）进展监测是材料分析的需要，因而必须加以注重。上下游水位是大坝承受的主要荷载，是构成坝体及坝基渗流场的主要缘故，因而必须进展监测。水位测点要布
31、置在水流平稳、水面平缓的地点，以确保观测精度，监测仪器有浮子式水位计、压力式水位计、超声波水位计等。气温及库水温是妨碍坝体温度场的重要要素，其监测测点布置要依照库区气温及库水温分布特点确定，监测仪器关于气温可选铂电阻温度计，当温度变化不太剧烈时可选用铜电阻温度计，一般库水温监测可选用DW-1型铜电阻温度计。降雨量是妨碍大坝（特别是土石坝）及坝体四周渗流场的主要缘故之一，降雨还有可能导致坝外测压管水位升高，同时高强度降雨将会构成地表径流，破坏坝面构造，造成（土石坝）坝体部分失稳，因而必须加以监测，降雨量监测可选翻斗式雨量计进展监测。第4章 通讯网络系统依照总体设计：大坝平安监测系统组网采纳两级传
32、输的方式，第一级由测控单元到监测中心负责采集各监测工程的数据，第二级由监测分中心及监测中心组成的计算机网络实现监测分中心与监测中心之间的所有信息共享。4.1 测控单元和监测中心之间的通讯4.1.1 需求分析l 监测中心能够实时接收全部监测工程的所有数据。l 工作方式：自报、应对两种工作方式。l 能长期地、特别是在暴雨洪水等恶劣天气条件下可靠地工作。l 通讯畅通率应98，系统误码率小于6 10-5。l 具有可靠的防雷措施。4.1.2 通讯方案设计原则l 可靠性 尽量选择可靠性高的信道，一般以有线信道为主； 在条件同意的条件下，依照需要能够设置相应的备用信道。能实现自动切换； 通讯系统的误码率要符
33、合要求；l 及时性 系统要能按照时间要求完成信息传递； 监测点太多的情况下，要通过增加通道等技术手段保证时效性。l 经济性 要综合考虑经济性，包括系统建立费和运转费； 要综合分析可用的通讯资源，公网系统能够满足要求的，尽量利用公网，都能满足要求的，考虑费用比拟低的。l 低功耗 要选用低功耗的通讯方式和通讯设备； 要选择合理的通讯方式实现召测。l 先进性 要考虑以后业务的开展； 选择公网信道时，要考虑该信道是否有开展前景，能否长期使用。4.1.3 技术处理方案目前依照大坝平安监测的特点选用的通讯信道有：电缆通讯方式、光纤通讯方式、GPRS、CDMA1X、PSTN、卫星、超短波等。依照系统的设计要
34、求，结合各地地域特性和目前的通讯条件，提出以下六种通讯系统处理方案供选择。1. 处理方案一-（电缆通讯方式RS485总线）依照现场的情况当监控点到监测中心的间隔少于1000米时采纳敷设485总线的方式连接。构造连接示意图如图5所示。图5 RS485总线方式接示意图l 处理方案特点 采纳有线方式电缆连接可靠性高。 信道响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠,畅通率高。 采纳工业总线传输速度和质量高，技术成熟，价格低廉，可实现各种通讯工作方式。 信道都属于双向信道。能够方便的施行远程操纵和维护。l 设备配置 RS458通讯转换模块。 上位计算机。2. 处理方案二-（电缆通讯方式CAN总线）依照现场的
35、情况当监控点到监测中心的间隔大于1000米时依照实际情况采纳敷设CAN总线的方式连接。构造连接示意图如图6所示。图6 CAN总线构造连接示意图l 处理方案特点 采纳有线方式电缆连接可靠性高。 信道响应速度快速率可达1Mbps，传输时效好，信道稳定可靠,畅通率高。 先进的CAN总线技术提高了监测通讯的稳定性和可靠性，最长传输间隔可到达10公里，符合水库实情，安装方便。 信道都属于双向信道。能够方便的施行远程操纵和维护。l 设备配置 CAN操纵器 上位计算机。3. 处理方案三-（光纤通讯方式）依照现场的情况当监控点到监测中心的间隔大于1000米时依照实际情况采纳敷设光纤的方式连接。构造连接示意图如
36、图7所示。图7 光纤通讯方式构造连接示意图l 处理方案特点 采纳光纤电缆连接可靠性高，具有特别强的抗电磁干扰和防雷电攻击才能。 信道响应速度快速率可达100Mbps，传输时效好，信道稳定可靠,畅通率高。 传输间隔可到达15公里，符合水库实情，安装方便。 信道都属于双向信道。能够方便的施行远程操纵和维护。l 设备配置 光纤转换器 上位计算机。4. 处理方案三-（GPRS（CDMA1X）方式）以GPRS（CDMA1X）方式为主信道，配置通讯模块。如图8所示：图8 GPRS、CDMA1X方式构造连接示意图 l 处理方案特点 采纳无线方式为通讯信道，可靠性高。 GPRS/CDMA1X信道响应速度快，传
37、输时效好，信道稳定可靠,畅通率高。 两种信道都属于公网，无需考虑中继，建立方便。 两种信道都属于双向信道。能够方便的施行远程操纵和维护。 在部分地区，GPRS/CDMA1X网络不稳定，因而一定要认真进展电测。 监测中心能够利用别的方式与Internet连接。 假如有更高的要求，能够由运营商提供专用信道，不必通过Internet。l 设备配置 GPRS/CDMA1X通讯模块 GPRS/CDMA1X效劳器（具有真实IP地址） 上位机5. 处理方案三-（卫星方式）以卫星（结合国内的现状，建议选择北斗卫星）方式为通讯方式，如图9所示：图9 卫星方式构造连接示意图l 处理方案特点 依照我们的应用经历：卫
38、星信道响应速度快，传输时效好，信道稳定可靠,畅通率高。 卫星信道特别合适于山区等传统通讯条件难以到达的区域。 北斗卫星通讯频率低，气象条件对通讯妨碍小。 信道都属于公网，无需考虑中继，建立方便。 信道都属于双向信道。能够方便的施行远程操纵和维护。l 设备配置 卫星地面站（含天线） 前置机第5章 软件系统5.1 建立原则l 先进性应用软件系统在设计中采纳先进的技术手段、灵敏的实现方法和国际流行的设计思想，保证系统具有特别强的生命力，符合当前和将来的应用需要，使其具有长期的使用价值。在应用软件的系统构造上，采纳多级构造，分层式处理方式，保证系统整体功能，软件体系构造明晰。应用软件系统采纳当前流行的
39、B/S方式，结合JAVA技术，对终端用户而言，不需安装任何程序，便可访咨询本系统，提供特别好的可治理性和可维护性，并具有特别强的可移植性。应用软件系统采纳完善的数据库治理和备份机制，满足系统对数据的实时性、可靠性、和一致性的需求。l 扩展性系统采纳多级分层设计，每一层均可独立运转，各层之间采纳标准TCP/IP协议连接，遵照标准的通讯协议。当需要扩展新的功能或与别的系统进展连接，只需遵照相应层次的接口，就能方便接入本系统，与本系统构成一个完好的新系统。l 开放性系统各层之间均提供开放的接口，支持其它系统的接入和交融。l 可互操作性应用系统采纳标准的TCP/IP协议，但凡支持TCP/IP协议的各个
40、站点都能够在得到受权的情况下互相访咨询其它站点的资源。l 可伸缩性应用系统具有平滑晋级和扩展才能。各模块之间互相独立，在系统晋级的过程中，不会造成整个系统的停运；同时由于采纳多层的构架进展设计，当对某一层次模块进展修正和增加，均不会妨碍到其它层次模块。软件模块既能够安装在同一台计算机单机运转，又能够将不同的软件模块安装在多台计算机上运转，可灵敏调整应用软件对计算机及网络系统资源占用与功能之间的平衡。l 操作简单直观最终用户的使用界面是阅读器，用户能够在能接入本网络的任何机器上，都能查看监测系统数据，用户还能够定制本人喜爱的页面和访咨询方式。l 平安可靠性应用软件系统对权限有严格的操纵，重要的操
41、作和阅读都需要口令登录后才能访咨询。系统严格保证超级用户的保密性，对重要操作进展操作日志的记录，便于对非法操作或攻击进展跟踪。l 实效性应用软件系统充分考虑采集和分析的实效性，保证数据采集的时间操纵在分钟级别以内，为决策部门提供实时的信息。5.2 技术处理方案大坝平安监测治理系统软件是水库大坝平安监测系统重要组成部分，它具有数据采集、数据处理、材料治理、材料整编、材料分析、网络治理等功能。通过使用大坝平安监测治理系统软件，水库治理人员和治理局领导能够及时理解大坝当前性态。坝平安监测系统的软件采纳B/S构造，除了数据采集效劳程序要在效劳器上启动外，其它部分只要计算机用户通过网络与效劳器相连，即可
42、通过阅读器进展访咨询，查询监测数据、图形、平安监测信息和评价结论。因而本系统支持单机、工作组、网络运转方式，能够与局域网和广域网互联，数据库可与各种其它数据库互联，为其它系统提供数据接口或供其直截了当使用。用户能够远程操纵MCU的数据采集，显示测量数据，并可将测量数据直截了当保存至效劳器中的数据库内。系统构造如所示。图10 应用软件系统构造图1. 综合数据库系统依照业务需求需要建立一个综合数据库平台，该数据库系统主要包括以下数据库：l 根底信息数据库主要用来存放监测点的根本信息表，监测设备、通讯设备的根本信息，站房的工程信息，大坝、流域、河流、大坝等根本信息表。l 监测数据库主要用来存放从采集
43、设备实时采集过来的原始报文数据。l 实时数据库实时数据库主要存放实时采集的各类数据，包括实时采集的设备运转参数信息。l 历史数据库主要用来存放历史整编材料或调查材料、监测点考证材料和监测点年、月、旬特征值统计材料以及档案材料。l 运转分析结果数据库主要用来存放运转分析治理系统对接收数据精确性、误码率、畅通率、迟报、误报、漏报数据进展分析的结果。主要包括畅通率、误码率分析数据和监测点电源电压参数的分析数据。l 空间地理信息数据库空间信息库存放系统相关的空间数据有关的地理信息类数据。内容包括：流域地形地质、地面高程、水系、监测点分布位置、行政区划、交通等地理信息。2. 应用软件系统主要包括四个软件
44、模块：信息采集处理系统、材料整编系统、统计分析预警统系统、WEB查询系统息发布系统，数据库治理系统。5.2.2 信息采集处理系统信息采集处理系统实现计算机与测量操纵单元（MCU）通讯，完成监测数据的采集。其构造框图见Error! Reference source not found.所示。图11 数据采集构造框图1. MCU自检MCU自检是通过计算机与MCU通讯，使MCU进展自检，并将自检结果返回至计算机，显示给操作人员，到达远程诊断MCU的目的。自检的内容包括：通讯：通过计算机尝试与MCU通讯，确定计算机是否能够与MCU进展通讯，诊断通讯线路、MCU通讯模块是否存在毛病。MCU内部温度：通过
45、检测MCU内部温度，检查MCU是否异常。MCU工作电压：通过检测MCU工作电压，检查充电电路、蓄电池是否正常。MCU充电电压：通过检测MCU充电电压，检查MCU交流供电是否正常。MCU测量模块和通道：通过检测MCU测量模块和通道，识别模块和通道类型，确定其与所接传感器类型是否相符，保证测量正常。2. 参数设置在MCU能够正常工作之前，要依照工程的详细情况，对MCU的参数和数据库中的各测点进展设置。设置的内容有：通讯速率：依照计算机与MCU通讯方式、通讯介质，设置适当的传输速率，如此在保证传输的可靠性下，可使数据传输到达最快。系统时间：设置MCU内部时间，使其与计算机时间同步。通道配置：对MCU
46、中各通道进展设置，主要设置的内容包括仪器类型、仪器指标、测量范围等，如此MCU可采取正确测量方式对通道进展测量。公式设置：在数据库中设置各类型传感器从电测量到工程物理量的转换公式。数据采集软件在得到来自MCU的电测量时，可同时进展计算，得出工程物理量。公式组成提供特别灵敏的编辑方式，能够任意的输入包括（、）、/、（平方）、数字、指定参数在内的所有元数据的组合。定时测量时间：设置定时测量开场时间、间隔时间，MCU据此进展定时测量。3. 单点测量单点测量用于测量某种仪器的某个测点的各种电测量（如孔隙水压力计的频率和温度）和相关仪器测量（如测量测压管内的孔隙水压力计，还要测量气压计），计算出工程物理量。具有打印和保存测量数据至数据库的功能。4. 巡回测量巡回测量用于测量一个MCU或多个MCU上的测点，所测仪器类型能够是一种，也能够是多种。得到电测量后，计算出工程物理量，还能够直截了当取上一次巡回测量数据。巡回测量时，数据采集软件以列表的方式给出与各MCU相连的仪器类型，供操作人员选择。能够对测量数据进展检查，当测量数据超出量程范围或事先设置的平安戒备，将给出提示或告警。能够按仪器类型打印测量数据和保存测量数据至数据库。5. 定时测量定时测量主要用来取定时测量数据，计算出工程物理量，测量所得的电测量和工程物理量在列表中显示。能够按仪器类型打印测量数据