3.2　閘站工程安全監測系統

3.2.1　系統概述

根據水利工程管理工作的相關要求，需對水利工程安全狀況進行監測。通常情況下，使用測量儀器對工程建筑物開展人工的垂直位移、滲壓、伸縮縫等觀測，但周期較長且由于儀器和人工操作的原因容易帶來偶然誤差，不能及時可靠掌握工程水工建筑物的變形情況，一旦發生地質災害以及上下游特殊水位組合或極端天氣，極有可能對設備和工程的安全運行帶來隱患。隨著現代技術的發展，采用可靠的測量傳感元件，使以自動監測的方式代替人工監測成為可能。對水工建筑物如泵站和水閘的水工建筑物實施變形自動監測，可以實時連續地得到觀測數據，動態掌握水工建筑物變形情況，提高工程觀測的及時性、準確性、科學性，同時及時對存在的隱患進行預警，提早發現問題并進行處置，進一步提高工程防洪減災的能力，保證工程的安全高效運行。高港閘站工程安全監測系統通過現場的傳感器采集水位、水溫、伸縮縫寬度、位移、環境溫度等信息后進行存儲和智能分析處理，及時反映各水工建筑物的狀態，指導安全運行；并實現管理的自動化，包括在線監測、報警、報表制作、數據管理、文檔管理、系統管理、遠程服務等方面的功能；同時可以在其他客戶端或手機、便攜筆記本等終端設備上實現查詢和智能預警功能，也可通過短信系統自動發送預警、報警信息給相關人員。

3.2.2　系統結構

3.2.2.1　硬件組成結構

閘站工程安全監測系統硬件組成采用分布式結構。系統按功能組成劃分為數據采集系統、數據處理分析系統、信息發布系統。圖3.12是工程安全監測系統硬件組成結構示意圖。

高港節制閘與泵站現場監測點的設置為：揚壓力監測點共15處；垂直位移測點共24處；建筑物表面伸縮縫監測點共15處，9處雙向測縫，6處單向測縫；現場數據采集箱2只，1只安裝在泵站電纜層，另1只安裝在節制閘啟閉機房；測點數據傳輸采用屏蔽電纜，在室外的監測點加不銹鋼材質保護罩殼，室內測點根據現場需要采取了保護措施。室外裸露電纜穿鍍鋅鋼管保護，地下埋設電纜用PVC護管，所有傳感器數據采取電纜引至節制閘和泵站兩處的現場自動化數據采集箱。節制閘與泵站的采集箱到監測中心的通信采用屏蔽雙絞線傳輸。圖3.13是監測點位置和安裝布線示意圖。

3.2.2.2　軟件架構

高港閘站工程安全監測軟件系統采用基于Silverlight的富互聯網應用（Rich Internet Applications，RIA）架構。該架構采用分層的思想組織程序邏輯，由Silverlight富客戶端、WEB服務端和數據庫三部分組成。WEB服務端由數據存取、業務邏輯處理、WCF服務構成。圖3.14是系統的軟件架構圖。最下層是工程安全監測數據采集模塊，實現對垂直位移、揚壓力、伸縮縫等數據的采集和處理。數據網關服務端軟件實現采集數據的集中處理與數據轉發。為實現系統底層與上層的安全隔離，避免底層軟硬件系統受到安全威脅，采用了安全隔離與信息交換技術。處于上層的數據網關客戶端軟件可以利用安全的信息交換方法得到底層的各類測量數據，從而實現對管理網絡的數據開放與共享，便于進一步對處于管理網絡的數據庫相應表進行存取。此外，為進一步擴展系統功能（如手機短信發送等），集成了其他功能支持軟件模塊，并以系統服務進程方式在后臺運行；為方便手機用戶能通過瀏覽器直接訪問使用本系統，在基于Silverlight的RIA架構的基礎上，進一步集成了傳統的WEB服務，利用Ajax技術實現WEB數據的動態請求與刷新。

3.2.3　系統主要功能

高港閘站工程安全監測系統能夠實現對揚壓力、伸縮縫、垂直位移等數據的采集、顯示、分析以及信息發布（含監測參數越限報警）等功能。圖3.15是閘站工程安全監測系統主界面。界面上以數據方式顯示各個測點位置和當前測量數據，當測量數據越限時，用紅色標示。

1.數據采集

（1）數據采集單元配置。配置內容包括單元編號、通道數、地址、超時時間、通信方式、測量方式等。功能包括增加單元、刪除單元、修改單元。圖3.16是數據采集時間間隔配置界面。

（2）測點配置。配置內容包括測點編號、采集單元、通道號、傳感器參數、報警值等。功能包括增加測點、刪除測點、修改測點。圖3.17是測點配置界面。

（3）數據采集。數據采集采用應答式采集方式，設定頻率自動對上下游河道水位和建筑物的底板揚壓力、伸縮縫、位移等數據的采集，并將這些數據存入數據庫。

2.數據顯示

（1）以工程示意圖為背景，以數據方式顯示各個測點位置和當前測量數據。能夠顯示泵站和水閘等斷面測壓管水位示意圖及其浸潤線，顯示單個測點或者多個測點數據列表和變化曲線等。圖3.18是泵站斷面揚壓力和浸潤線界面。圖3.19是節制閘斷面揚壓力和浸潤線界面。圖3.20是單個測點變化曲線和數據列表界面。

（2）提供手機瀏覽功能。手機通過登錄相應網站，能夠監視和瀏覽各個測點的數據及其報警狀態。圖3.21是手機瀏覽界面。

（3）報表功能。系統提供了數據自動報表整理功能，能夠根據工程觀測資料整編要求，自動提取數據庫中存儲的工程監測數據，生成RTF、PDF、EXCEL等格式的觀測報表；能夠根據規范要求進行觀測數據的分類整理，形成歸檔文件；并提供資料的關鍵字檢索、模糊檢索和組合檢索等功能，以便用戶快速鎖定需查詢的資料文件。圖3.22是泵站斷面測壓管水位統計表。圖3.23是泵站斷面測壓管水位、上下游水位變化曲線。圖3.24是閘站伸縮縫觀測成果表。

3.數據分析

數據分析用于工程安全實時分析與安全評價，協助工作人員對工程監測數據進行分析、誤差處理、實時安全分析和輔助決策。如通過揚壓力值推算其水位變化值，經計算后得出測點的水位高程及滲壓系數；可以與前期同等工況下的數據進行比較分析，有無異常；也可以分析兩個測點之間的相關性等。圖3.25是多測點數據曲線比較界面，能夠選擇顯示多個相關傳感器數據的變化曲線。圖3.26是多測點數據比較表格界面。

4.信息發布

系統提供了一個短信息編輯和發布的平臺，可以選擇接收人、編輯短信內容，有常用語插入、常用語管理、通訊錄管理等功能；可以設置揚壓力、伸縮縫、垂直位移變化信息的定時發送；當監測參數越限時系統將自動發送信息，及時通知預先設定的相關人員。圖3.27是短消息編輯和管理界面。

圖3.28是監測信息的定時發送界面，當發送時間到達時，自動從數據庫中獲取垂直位移、揚壓力、伸縮縫的變化數據以及上下游河道水位數據，自動生成短信，自動發給指定的手機用戶。

圖3.29是手機收到的定時短信，由系統定時發送。