有关堤防安全监测系统的构建分析

摘要：在计算机软件辅助下建立堤防安全监测系统，进而达到堤防安全评估。本文对系统结构、量测仪器、通讯方式、安全评价模块、系统软件及实现的功能等进行分析，并阐述了构建堤防自动化监测预警的系统，一些经验，仅供参考。

关键词： 堤防； 自动化监测；预警系统；安全监测

中图分类号： X924.2文献标识码： A 文章编号：

1引言

随着计算机技术的发展，变形监测技术也在不断的发展，作为海岸安全，提防稳定性判断，往往是在获得监测数据后，利用计算机软件建立安全监测系统，进行自动化数据处理以及自动安全稳定信息判断，本文主要是阐述在构建海岸堤防安全监测体系以及相关应用方面的一些经验。

2系统结构

监测系统的大体形式共有三种：集中式、分布式、混合式。现代自动监控方式，多数的设计者则采用监测预警系统中的分布式结构。监测预警系统的组成，共包括5个主要部分：量测仪器、自动采集控制器、信息传输设备，以及其相应的安全评价理论模块和系统软件。系统又分为采集站（即测控单元）、监控主站、远程信息管理中心（如洪指挥中心）。采集站多设立在堤防监测断面（或堤段），多个采集站会分别用微波将信号传送到监控主站。一个监控主站可同时控制多个采集站，并向各采集站发送传感器设置、采集参数、报警参数等指令。主站的数据则会通过电话公网的方式被传输到或其它任何地方。

1）量测传感器

一般来说，堤防监测项目主要包括变形监测（内外部变形）、渗压监测、渗流量监测、环境监测（包括海水位、海水潮位、气温、海风等）等。其中最主要的是对水土压力和位移的监测。对于一个实体的堤防来说，应该根据该堤防的水文、地质、环境等因素，来选择合理的监测项目，并在监测项目的布置上做出相应的优化设计。对于不同的监测项目来说，传感器类型和型号有很多种，但监测方式各不相同。为使监测结果更加有效可靠，应从环境适应性、先进性、长期运行、可以实现自动化数据采集等方面的标准，对各种传感器进行对比筛选。从成本的角度出发，可以将高精度但昂贵的传感器跟稍低精度但价低的传感器搭配在一起使用。

2）数据采集站

采集站的主要任务有：数据自动采集、存储、通信等等，通常由以下由部件：自动采集控制器、电源、微波天线（也可采用总线）、防雷装置等部分组成。在设置采集站过程中，最关键的一步是监测断面的选择，这一步对堤防安全状态的监控管理是至关重要的，既需要综合考察地质、水文、环境条件和往年险情情况，也需要考察堤防线路的长短，为避免电缆埋设过长，一般监测断面之间距离以百米或千米计，各个采集站之间、主站之间具有各自的独立性，因此，采集站可以在主站停机的情况下，自行采集和处理数据。自动采集控制器，应根据堤防监测项目所输出信号类型以及通道数要求来进行设计。在可能的情况下，最好选用标准化设置，这样一来，不同类型的传感器都可接入，且不同的采集站均采用相同的软硬件。采样的时间间隔应合理选择。例如：某系统研制的采集控制器分多段设置，分别为1min、5min、30min、2h、4h等，控制器既可以自动测定，也可以手动定点显示测量数据，系统采集控制器可以设立报警限值，通过报警系统每秒会闪烁若干次进行提示，可以实现多通道报警（如发送数据到防汛中心，短信提醒，在网警报，甚至可以安装鸣笛报警系统）。

3）主监控站

主站的作用是对各个采集站进行管理和控制、发送和接收采集的信号、评价安全状态、报警、向远程信息中心或防汛指挥中心发送数据。为了便于堤防的安全管理和系统维护，监控主站多设置在堤防管理机构的办公用房内。监控主站由以下部分组成：自动监测预警系统软件、控制微机、微波等通信模块、Modem（调制解调器）、电话线路、防雷装置等。

4） 通信网络

在传感器、采集站、监控主站、远程信息中心之间进行数据和命令传输方式有：电缆、微波、电话网等组成的通信网络，信息传输方式可以根据实际需要进行选择，通讯专用电缆、超短波、及地球同步数字卫星等均可以作为信息通讯的手段。通常，系统中包含有三种通信方式：传感器与采集器之间由电缆线连接；采集站与监控主站之间可用微波方式；主站信息会采用通过电话网络以及互联网将信号传至任何地方，各通讯环节都应该在使用前中进行数据精密的检测，以确保不会发生通信故障或失真的事件。

5）安全评价

在预警系统这一环节中，安全评价模块则是更为重要的部分，必须要有安全评价模块，才能根据监测数据评价堤防的安全。安全评价的可靠性，除了依赖监测数据的准确性，其余大部分都取决于评价模块的合理性。因此，在预警系统设计过程中，一定要建立针对堤防具体条件和运行环境的合理的安全评价模块。从实际出发，由于现实问题的复杂性，更为合理的安全评价模块有待于在监测实践中进一步探究摸索。堤防渗流作用是介于饱和-非饱和、非稳定-稳定发展的一个阶段，加之，渗流场又有不同程度上的非均质，几何形状跟边界条件又很复杂。使得在采用确定的方法来计算堤防的汛期动态渗流变得异常困难，难以精确计算和考虑各种各样复杂的情况。一般，对于部分信息环境有非确定性的、会发生动态变化的状况，应该对现场观测的数据进行统计、处理、推断，直接用于堤防渗流险情的判断和预报比较合理。基于预警系统需要以及上述现状的研究，应建立以监测数据为基础的安全评价模块、滑坡预测模块这两种模块。前者主要观测土层实际承受的渗透水力坡降和土的临界水力坡降，对两者进行比较，然后分为安全、轻度危险、严重危险、即将破坏这四个级别的标准；后者采用灰色突变理论对堤坡位移和滑坡形式进行预测。另外，为了对下一时刻的渗流安全进行预测，项目系统还应建立流安全灰色预测模块。

3 监测系统软件

系统软件实现的主要功能包括以下几个环节：采集、检测、控制、存储、计算处理、安全评价及预测、通信等。

1）软件开发工具，软件开发平台选用普遍使用Windows操作系统的PC电脑，即可以满足一般预警系统的开发要求。设计者通常会选C#或者VC++、VB等通用语言作为标准的开发环境，这样一来可以广泛的利用Windows下的各种资源，如控件、OLE对象等。

2） 实现的功能，软件采用的模块结构，主要有数据的采集处理和安全评价预警这两大模块。软件的实现的功能有：

（1）数据采集处理模块：设采集站的选择菜单，监测所得的剖面图形既可以绘制也可以对其进行一定的局部修改；传感器，可以逐个的在监测剖面上进行安装或撤消，最后可以以填表的形式输入编号，类型、型号、量测范围等；可以随时设置或取消报警的限值；采集的数据会以传感器编号顺序形成列表，并标注采集的时间；以采集值的时间为轴，显示信号随时间的变化情况，时间轴可以自行定义，如秒、分、小时、天等；通过数据库总台可以随时调出、查看、编辑，甚至于另行存储。

安全评价预警模块：设有采集站的选择菜单，调用采集处理模块的数据；模块中含有渗流评价、预测模块、滑坡预测模块；评价结果自动弹出，因此当有警情时自动弹出报警窗口的同时，也会报警蜂鸣或电话拨号等指令。

（3）远程信息管理：接收监测主控站的参数和数据，随时了解堤防的运行现状；安装与主站相同的安全评价预警软件，使主站能够方便的对各采集站进行远程的安全评价和预测。系统软件应具备灵活适用、功能齐全等特点，才能适用于堤防的监测与安全预警。

4 结语

提防安全监测系统的构建并不仅仅是软件系统，整个系统构建还需要合理的监测方法和科学布置的监测点，自动化的监测数据采集系统和数据通讯传输技术；完善的安全评价和预测理论数据处理软件。综上所述，提防安全监测系统是一个由多项体系构成的综合系统。

参考文献：

[1]陈光旭. 黄河拉西瓦水电站安全监测分析系统软件的应用[j]. 科海故事博览 科技探索 ，2012，（6）.

[2]孙彤，贡欣，运乃斌.提防安全监测系统的构建 [j].现代农业科技，2012，（6）.

[3]刘望亭 ，兰彦 .特高频通信在大坝及提防安全监测系统的应用[j].大把观测与土工测试，2001，（1）.