基于物联网的大坝安全监测解决方案

1.概述

大坝是进行水资源管理的一个重要和不可或缺的建筑。大坝形状各异，从小规模的水坝到大型混凝土大坝，大坝的安全监测对于大坝校核设计、改进施工和性能评价都有重大意义。同时，连续长期的大坝安全监测系统，能够提供溃坝通知预警，对于保护下游人民生命财产安全具有重大意义。所有大坝均需要某种形式的监测，北京东维时代科技有限公司提出了有效的大坝监测解决方案。

2.大坝安全监测内容、方法及仪器

监测内容：水库水位，渗压，渗流，流量，风速风向，温度，湿度，降雨量以及大坝坝体移等监测。

项目组成：数据记录仪、渗压计、水位计、应力计、位移计、钢筋计、测缝计、沉降仪、倾斜仪、雨量计、水质探测器雨量GPS定位系统、自动数据采集系统、数据库系统，数传系统，预警系统等。

3.大坝安全监测系统介绍

大坝安全监测系统能实现全天候远程自动监测，各种监测传感器使用自动数据采集监测站实现自动监测，并且进入相关数据库。同样，监测系统也具备人工观测条件，观测人员可携带读数仪或笔记本电脑到各监测站读取数据。

大坝远程监测系统可以记录下监测对象完整的数据变化过程，并且借助于光纤网络数传系统实时得到数据，同时将数据传送到网络覆盖范围内的任何需要这些数据的部门，非网络覆盖范围内可通过无线基站、GSM（GPRS）、CDMA等实现远程数据无线传输。

1）为了解坝体和坝基的渗流压力，通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置以及坝基渗流压力分布情况。

2）为了解大坝上下游水位情况，分别设置水位计来观测大坝的上下游的水位。

3）大坝坝体地表位移监测是为了了解大坝地表水平变形和垂直变形情况。监测仪器采用了GPS测量系统，这一新技术下的工程测量系统取代传统的测距仪，可以实现无人值守及自动监测报警。

4. 大坝安全监测系统组成

本系统由三部分组成：

现场量测部分；

远程终端采集单元MCU；

管理中心数据处理部分；

大坝安全监测数据采集系统采用分层分布开放式结构，运行方式为分散控制方式，可命令各个现地监测单元按设定时间自动进行巡测、存储数据，并向安全监测中心报送数据。系统监测站的MCU与监控中心之间的网络通信采用光缆。数据采集系统将各个监测站内的监测数据采集上来，然后在数据处理工作站和数据分析工作站进行数据的处理与分析，并将原始数据和处理结果存入主数据库和备份数据库中。

5. 大坝安全监测系统硬件设计

1）智能数据采集器A/D转换达到16位，可以保证高精度；可同时连接系统中各种传感器，包括差阻式传感器、压电式传感器、4-20mA电流式传感器、水位计、雨量计等。

2）正常工作宽温度范围-45℃～+70℃，可以保证恶劣的工作环境；

3）数据采集器的所有电路板都经过防潮处理，正常工作湿度范围可达85%；同时外部具有工业级保护机箱，可以充分保证在水电现场恶劣环境下正常工作。

4）对天线进行防雷设计，对电源进行电涌防护，保证水电现场野外工作的能力。

5）同时外部电源可以选择工业电源、直流电源、太阳能板等，可以保证外部供电缺失下测控单元正常工作。

6. 大坝安全监测系统软件设计

我公司专为大坝安全监测提供软件系统，其基本的功能有：

1）可实时远程监测大坝的各测试参数，可根据需要设定采集频率、测点数据，对原始数据可进行各种计算。

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2）可对水库大坝的采集数据进行专业评估，按水利专业要求进行相关的数据的计算、评估与处理，以适应各种评测模型的需要。

3）数据能够以各种数据库形式保存并可进行历史数据查询，还可以直接生成EXCEL或其他形式报表。同时数据可提供网页远程浏览各种数据。

4）数据可以以图形方式显示，包括时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式。

5）具有数据越限报警功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警画面和报警信息，同时还可提供各种声光报警等多媒体提示。

6）实现对系统信息打印的功能，支持对图形、报表、曲线、报警信息、各种统计计算结果等的打印。

7）在线编辑、维护、修改数据库功能。系统硬件和软件都满足开放性标准的要求，满足今后系统在硬件节点的增加、数据库容量的扩充、系统软件功能的增强等方面的要求。

系统组成：

由供电单元、传感器、监测单元、通信单元组成的大坝安全监测系统，采用分布式结构、智能节点技术、遥测遥控技术、工业控制及计算机等技术手段来共同完成对目标的变化状况进行实时监测。适用于水工建筑物、边坡、道路、桥梁和矿山等工程的变形和位移监测。由野外测量单元、中心控制单元、计算机网络和应用软件组成、处理、存贮、计算分析等完整的大坝安全监测系统。

检测项目：

◆ 变形监测：表面变形、内部变形、裂缝及岸坡位移

◆ 渗流监测：渗流压力、渗流量及浸润线

◆ 压力监测：孔隙水压力、土压力、扬压力、混凝土应力

系统特点：

★ 系统可接入各种大坝安全监测传感器

★ 测控分站能通过专线、超短波、光纤、无线和GSM等多种信道传送数据

★ 系统接口抗雷电、抗干扰设计，测量精度高、测值稳定

★ 分布式网络，模块化结构，组态灵活，通用性好，安装维护方便

★ 每个测控分站独立工作，可按实时、定时、巡测、选测多种方式采集数据

系统功能：

★ 信息采集：对大坝监测系统实现在线控制，按测量周期采集监测数据，分析入库存储。

★ 数据管理：监测设备信息维护管理；大坝监测数据的插入、删除、修改。

★ 图表输出：报表制作和图形显示，各种监测要素的瞬时值和统计量的打印输出。

★ 数据分析：对监测资料进行检验、修正处理；各种监测要素的统计模型建立；各种物理量的统计分析和允许变化范围的确定。

★ 报警提示：报警日志生成和报警设备启动。

★ 安全管理：用户分级授权和审定工作。数据库备份与恢复。