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穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文檔作者：郝長(zhǎng)江廖勇龍胡長(zhǎng)華文檔來(lái)源：長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院樞紐設(shè)計(jì)處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月30日
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第42卷第8期
2 0 1 1年4 月
人 民 長(zhǎng) 江
Yangtze River
文章編號(hào)：1001—4179(2011)08—0047—05
穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
郝長(zhǎng)江，廖勇龍，胡長(zhǎng)華
(長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院樞紐設(shè)計(jì)處，湖北武漢430010)
摘要：南水北調(diào)中線穿黃隧洞為有壓輸入的盾構(gòu)隧洞，地處黃河游蕩性河段，工作條件復(fù)雜，為了保證其安全
運(yùn)行，設(shè)置了較多監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。主要介紹了工程的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)由3個(gè)子系統(tǒng)組成：數(shù)據(jù)自動(dòng)采
集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)、工程安全決策與支持系統(tǒng)。闡述了這3系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系。第1個(gè)子系統(tǒng)
主要完成各類(lèi)信息從采集到數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)的全過(guò)程；第2個(gè)子系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)的軟件技術(shù)支撐平臺(tái)，為整
個(gè)系統(tǒng)提供具有自身特點(diǎn)的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境；第3個(gè)子系統(tǒng)上述兩個(gè)子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，為工程安全評(píng)價(jià)和決策提
供全面的技術(shù)支撐。
關(guān) 鍵 詞：安全監(jiān)測(cè)；電纜牽引方案；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集；穿黃工程；南水北調(diào)中線工程
中圖法分類(lèi)號(hào)：TV67 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
南水北調(diào)中線穿黃工程為雙線盾構(gòu)隧洞，單洞長(zhǎng)
4 250 m，為有壓輸水隧洞，內(nèi)水壓力約0．51 MPa；工程
地處黃河典型游蕩性河段，沖淤變化劇烈，要求考慮最
大沖刷深度為20 m；采用盾構(gòu)法施工，穿過(guò)河床多種
地層，地質(zhì)條件復(fù)雜，洞頂以上最小埋深23 m。針對(duì)
上述復(fù)雜條件，為了保證隧洞的安全運(yùn)行，在隧洞內(nèi)布
置了較多監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，累計(jì)各種監(jiān)控儀器總數(shù)約1 300
支。鑒于所有儀器的電纜均需分別牽引到隧洞進(jìn)出口
地面監(jiān)測(cè)站內(nèi)，若按常規(guī)方式在洞口段將電纜集中
(大約700根電纜)，電纜總截面面積將很大，不僅會(huì)
導(dǎo)致引線施工困難和影響隧洞結(jié)構(gòu)，而且單根電纜引
線較長(zhǎng)(最長(zhǎng)引線從測(cè)點(diǎn)至觀測(cè)站處長(zhǎng)約2．6 km)。
將如此眾多的電纜在有限的空問(wèn)內(nèi)牽引到隧洞的進(jìn)出
口，并確保安全、準(zhǔn)確地傳輸監(jiān)測(cè)信息，對(duì)穿黃工程的
安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。
穿黃隧洞為隱蔽工程，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目標(biāo)為：及
時(shí)、穩(wěn)定、可靠、持續(xù)地收集有關(guān)隧洞建筑物性狀變化
的信息。相應(yīng)項(xiàng)目有滲水壓力、滲漏水量、接縫開(kāi)度、
內(nèi)襯混凝土應(yīng)力應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力錨索錨固力等，以及進(jìn)出
口建筑物的邊坡地下水位、閘室底板滲透壓力、地基應(yīng)
力、進(jìn)出口水位等。所選儀器應(yīng)實(shí)用、高效，監(jiān)測(cè)技術(shù)
必須成熟可靠。
對(duì)于隧洞及進(jìn)出口建筑物的垂直位移、高邊坡表
面水平位移、強(qiáng)震反應(yīng)、輸水流速、流量、施工期外襯應(yīng)
變及接縫開(kāi)度等可采用半自動(dòng)監(jiān)測(cè)(即現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)讀取
數(shù)據(jù)，人工導(dǎo)人計(jì)算機(jī))方式收集；邊坡內(nèi)部水平位
移、隧洞收斂變形及水質(zhì)則可采取人工或人工取樣方
式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 ‘
1 方案研究
1．1 結(jié)構(gòu)與組成
穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所
示。從技術(shù)層面來(lái)講，系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)自動(dòng)采集子系統(tǒng)、
數(shù)據(jù)管理與分析子系統(tǒng)、工程安全決策與支持子系統(tǒng)
3個(gè)子系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由如下幾個(gè)實(shí)體組成：現(xiàn)場(chǎng)自
動(dòng)采集單元及人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、南北岸監(jiān)測(cè)分站、監(jiān)測(cè)總
站和中線工程安全監(jiān)測(cè)中心。這一組成也是整個(gè)系統(tǒng)
建設(shè)完成后的外在體現(xiàn)，是長(zhǎng)期運(yùn)行管理的實(shí)體對(duì)象。
收稿日期：2O LO一06—21
基金項(xiàng)目：“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)雜地質(zhì)條件下穿黃隧洞工程關(guān)鍵技術(shù)研究”(2006BAB04A11)
作者簡(jiǎn)介：郝長(zhǎng)江，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)工作。E—mail：cwhaocj@163．tom
48 人 民 長(zhǎng) 江
數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)主要是完成各類(lèi)信息從采集到
數(shù)據(jù)的傳輸處理和存儲(chǔ)全過(guò)程，是“穿黃工程安全監(jiān)
測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”建設(shè)的基礎(chǔ)。根據(jù)穿黃工程業(yè)務(wù)需
求，通過(guò)完善的數(shù)據(jù)采集體系，以自動(dòng)、人工等方式采
集穿黃工程變形、應(yīng)力、水壓及滲漏量等安全信息，依
托覆蓋南水北調(diào)中線干線工程的寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，快
捷、實(shí)時(shí)地將采集的數(shù)據(jù)按要求傳輸?shù)较鄳?yīng)的數(shù)據(jù)管
理系統(tǒng)。
安
中線工程安全監(jiān)測(cè)中心(北京) 全
數(shù) 決
策
據(jù) 與
管 支
理 穿黃工程監(jiān)測(cè)總站(鄭州) 持
系
與 統(tǒng)
分
析
穿黃工程南北岸監(jiān)測(cè)分站(避出口) 數(shù)
據(jù)
系 自
動(dòng)
統(tǒng) 采
安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化采集及人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(現(xiàn)地) 集
系
統(tǒng)
圖1 穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)總體構(gòu)成
數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)是“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)
化系統(tǒng)”的軟件技術(shù)支撐平臺(tái)。為“穿黃工程安全監(jiān)
測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”提供具有自身特點(diǎn)的軟件開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)
境，并與中線工程全線數(shù)據(jù)管理平臺(tái)總體要求相統(tǒng)一，
為監(jiān)測(cè)資料管理、存儲(chǔ)、整理分析和工程安全評(píng)估等業(yè)
務(wù)服務(wù)。數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)主要建立在監(jiān)測(cè)分站和
監(jiān)測(cè)總站內(nèi)，主要由數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、數(shù)據(jù)采集控制軟
件、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)學(xué)模型與方法庫(kù)、分析成果庫(kù)、安全管理
軟件等組成。
“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”建設(shè)的最終目
的是提高工程調(diào)度和管理水平。因而需以安全監(jiān)測(cè)數(shù)
據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合中線工程各
業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、電子政務(wù)系統(tǒng)、會(huì)商和信息服務(wù)系統(tǒng)、
可視化系統(tǒng)等總體綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用支撐平
臺(tái)，逐步建立一套工程安全決策與支持系統(tǒng)，并通過(guò)工
程安全決策與支持系統(tǒng)為工程評(píng)價(jià)與決策提供全方位
技術(shù)支持。工程安全決策與支持系統(tǒng)主要建立在監(jiān)測(cè)
總站和中線工程安全監(jiān)測(cè)中心內(nèi)，主要由信息管理分
系統(tǒng)、分析評(píng)價(jià)和報(bào)警分系統(tǒng)、輔助決策分系統(tǒng)、系統(tǒng)
支持庫(kù)群等組成。
1．2 邏輯關(guān)系
“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”包含數(shù)據(jù)自動(dòng)
采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)、安全決策與支持系
統(tǒng)，它們?cè)谶壿嬌蠟橐粋€(gè)整體系統(tǒng)，并在正反向均為一
個(gè)整體，如圖2所示。
從邏輯上來(lái)看，“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化監(jiān)控
系統(tǒng)”依托南水北調(diào)中線通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)所
設(shè)置的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，按上級(jí)指令將穿黃隧洞各
項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并存人數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)
庫(kù)，由數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行整理分析、
管理和安全評(píng)價(jià)；對(duì)重大問(wèn)題或事件則由管理與分析
系統(tǒng)提交或咨詢安全決策與支持系統(tǒng)，由其進(jìn)行更高
層次地評(píng)價(jià)和分析，對(duì)問(wèn)題和事件進(jìn)行決策；同時(shí)安全
決策與支持系統(tǒng)又可對(duì)數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采
集系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)和檢查，并可直接調(diào)用、抽查和采集下
層各項(xiàng)監(jiān)測(cè)資料和數(shù)據(jù)，使得上層對(duì)下層的監(jiān)控功能
更加有效，使“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)”真
正起到安全監(jiān)控作用。
安全 策與支持系統(tǒng)
信息管理支持群庫(kù)輔助決策
I
通信與計(jì)算機(jī)甌絡(luò)
『
數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)資料管理、存儲(chǔ)、整理分析、報(bào)警、安全評(píng)價(jià)
l
通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
『
數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)
自動(dòng)采集單元 各監(jiān)控站
圖2 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)邏輯關(guān)系
2 數(shù)據(jù)采集與傳輸
2．1 自動(dòng)采集系統(tǒng)總體組成
“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”為分層分布式
的智能化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要由穿黃工程安全監(jiān)測(cè)總站、南
岸監(jiān)測(cè)分站、北岸監(jiān)測(cè)分站、南岸安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集區(qū)
MCU群、北岸安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集區(qū)MCU群、各自動(dòng)采
集傳感器等組成。
穿黃工程安全監(jiān)測(cè)總站設(shè)在穿黃管理處，南岸監(jiān)
測(cè)分站設(shè)在南岸管理所，北岸監(jiān)測(cè)分站設(shè)在北岸管理
所。南岸安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集區(qū)MCU群設(shè)在南岸配電
控制房，北岸安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集區(qū)MCU群設(shè)在北岸配
電控制房。安全監(jiān)測(cè)總站、南岸監(jiān)測(cè)分站、北岸監(jiān)測(cè)分
站各通過(guò)光纖交換機(jī)接人光纖環(huán)網(wǎng)，南岸MCU群通過(guò)
雙絞線接入南岸監(jiān)測(cè)分站，北岸MCU群通過(guò)光纜接入
北岸監(jiān)測(cè)分站，并在南北岸監(jiān)測(cè)分站內(nèi)設(shè)有南北岸明
渠安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)采集的專(zhuān)用接口或通道，整個(gè)系統(tǒng)按
穿黃工程安全監(jiān)測(cè)總站及分站的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和
第8期 郝長(zhǎng)江，等：穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 49
信息交換。對(duì)于未進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，
則采取用人工或半自動(dòng)的方式采集數(shù)據(jù)，并離線錄入
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
2．2 網(wǎng)絡(luò)方案
2．2．1 監(jiān)測(cè)分站— — MCU層網(wǎng)絡(luò)推薦方案
通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)接口
三方面的比選，監(jiān)測(cè)分站——Mcu網(wǎng)絡(luò)推薦方案為：
采用總線型與星型相結(jié)合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)分站與不
同的MCU群之間為星型連接，而單個(gè)MCU群組各
MCU與監(jiān)測(cè)分站之間為總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，均接人各分
站所設(shè)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)接口為RS一485標(biāo)準(zhǔn)接口。南
岸監(jiān)測(cè)分站— —MCU—MCU之間的通訊介質(zhì)均為雙
絞線；北岸監(jiān)測(cè)分站—— Mcu之間采用光纜作為通訊
介質(zhì)，而MCU—MCU之間則采用雙絞線作為通信介
質(zhì)。
2．2．2 監(jiān)測(cè)總站— — 監(jiān)測(cè)分站網(wǎng)絡(luò)推薦方案
根據(jù)整體規(guī)劃，在隧洞進(jìn)出口和穿黃工程管理處
(鄭州)均設(shè)有區(qū)段通信節(jié)點(diǎn)，站內(nèi)設(shè)置一套STM一4
等級(jí)(通信速率622Mb／s)的SDH光纖傳輸設(shè)備，并與
南水北調(diào)中線一期工程總干渠SDH光纖傳輸系統(tǒng)進(jìn)
行信息交換。因此解決方案為：利用上述已有光纖傳
輸系統(tǒng)預(yù)留接人點(diǎn)，通過(guò)南水北調(diào)中線一期工程總干
渠SDH光纖傳輸系統(tǒng)將穿黃工程監(jiān)測(cè)總站與南北岸
監(jiān)測(cè)分站組成廣域網(wǎng)模式，以TCP／IP協(xié)議作數(shù)據(jù)通
訊傳輸協(xié)議。
2．3 數(shù)據(jù)采集方式
(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。對(duì)穿黃工程安全監(jiān)測(cè)系
統(tǒng)來(lái)說(shuō)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集方式是主要采集方式，根
據(jù)工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)所配置的監(jiān)測(cè)儀器情況，相當(dāng)
一部分監(jiān)測(cè)儀器均可聯(lián)人監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，并
能在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析及報(bào)警。
(2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)半自動(dòng)采集。半自動(dòng)數(shù)據(jù)采集是指
在現(xiàn)場(chǎng)用便攜式儀器自動(dòng)讀取并存儲(chǔ)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，
然后由人工通過(guò)計(jì)算機(jī)接口直接錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，如用電
子水準(zhǔn)儀所測(cè)的結(jié)構(gòu)垂直位移數(shù)據(jù)、用測(cè)斜儀所測(cè)的
水平位移數(shù)據(jù)、用記錄儀所測(cè)的施工期襯砌應(yīng)變數(shù)據(jù)
等。
(3)人工采集。人工采集是指由人工到現(xiàn)場(chǎng)用儀
器讀取數(shù)據(jù)，并以人工記錄方式收集觀測(cè)資料，如隧洞
襯砌收斂變形監(jiān)測(cè)。
(4)人工巡視檢查。人工巡視檢查是安全監(jiān)測(cè)的
重要環(huán)節(jié)，由熟悉工程并具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人
員負(fù)責(zé)進(jìn)行。對(duì)洞外建筑物應(yīng)定期檢查，對(duì)于穿黃隧
洞主要在施工期與檢修期進(jìn)行。
2．4 對(duì)外通信與系統(tǒng)安全措施
2．4．1 系統(tǒng)對(duì)外通信
出于對(duì)本系統(tǒng)安全考慮，將對(duì)外通信組成一個(gè)獨(dú)
立的分支網(wǎng)，以便與中心網(wǎng)隔離。在監(jiān)測(cè)總站和監(jiān)測(cè)
分站的網(wǎng)絡(luò)上接入一臺(tái)防火墻機(jī)，防火墻機(jī)外連接光
端機(jī)，通過(guò)南水北調(diào)中線一期工程總干渠SDH光纖傳
輸系統(tǒng)與外系統(tǒng)、業(yè)務(wù)往來(lái)單位、上級(jí)主管以及北京總
管進(jìn)行信息交換和業(yè)務(wù)往來(lái)。
2．4．2 系統(tǒng)防火墻及其他安全措施
從系統(tǒng)安全角度來(lái)看，對(duì)外通道是系統(tǒng)最易遭受
損害的環(huán)節(jié)，因此需采用多種保護(hù)措施。
(1)防火墻的功能主要是阻止外部對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的
非法訪問(wèn)，因此需對(duì)本系統(tǒng)對(duì)外通信通道設(shè)置防火墻。
將防火墻設(shè)置在分支局域網(wǎng)與對(duì)外通信系統(tǒng)之間，通
過(guò)防火墻將監(jiān)測(cè)總站或監(jiān)測(cè)分站局域網(wǎng)與對(duì)外分支局
域網(wǎng)隔離，防火墻選用安全保護(hù)性能高的應(yīng)用級(jí)濾波
器和網(wǎng)關(guān)。
(2)系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)安全依靠網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)
絡(luò)上各節(jié)點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的訪問(wèn)權(quán)限，并進(jìn)行統(tǒng)一管理來(lái)
實(shí)現(xiàn)。
2．5 洞內(nèi)信息采集與傳輸線纜牽引方案
(1)接線方式研究。為減少洞內(nèi)信息采集與傳輸
線纜的根數(shù)和總截面面積，專(zhuān)門(mén)研制了一種水下集線
器，該集線器輸入端電纜芯線總數(shù)為32～48根，輸出
端為18芯總電纜，大大減小了總線電纜的截面面積，
既節(jié)約了投資，又方便施工。
(2)電纜牽引方案。穿黃隧洞監(jiān)測(cè)儀器電纜的牽
引以7 4-108．00 m為界，將隧洞分為兩個(gè)區(qū)，以北的稱(chēng)
為北洞段，以南的稱(chēng)為南洞段。北洞段所有儀器電纜
均向出口方向牽引，南洞段所有儀器電纜均向進(jìn)口方
向牽引。在各洞段，當(dāng)各監(jiān)測(cè)斷面儀器隨混凝土襯砌
埋設(shè)安裝完后，將其電纜順襯砌環(huán)向鋼筋引至隧洞底
部，并從底部混凝土中就近引至監(jiān)測(cè)手孔內(nèi)(以下簡(jiǎn)
稱(chēng)手孔)。在手孔內(nèi)一般要求集聚l0～12根儀器電
纜，各電纜頭必須保護(hù)好并作防水處理，檢查無(wú)誤并經(jīng)
采取臨時(shí)保護(hù)措施后，開(kāi)始觀測(cè)。當(dāng)隧洞內(nèi)襯施工全
線基本貫通時(shí)，再將各手孔內(nèi)的電纜分別接入專(zhuān)用水
下集線器，其中輸出端連接18芯特制電纜。經(jīng)檢查電
纜連接各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)家規(guī)范要求后，再將各l8芯電
纜按每約50 m(視臨時(shí)電纜井間距而定)一段，在隧洞
底部電纜孔內(nèi)穿引電纜，直至引出隧洞出口或進(jìn)口地
面后，按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)入電纜溝或電纜預(yù)埋管內(nèi)分
別引向進(jìn)、出口配電控制房。
50 民 長(zhǎng) 江
全評(píng)估和采集饋控兩部分。
遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程召測(cè)等監(jiān)控管理和定時(shí)上
報(bào)功能。
4 工程安全決策支持系統(tǒng)
本系統(tǒng)包括3個(gè)子系統(tǒng)：信息管理子系統(tǒng)、分析評(píng)
價(jià)與報(bào)警子系統(tǒng)和輔助決策子系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4
所示。其主要功能為：實(shí)現(xiàn)對(duì)有關(guān)穿黃隧洞安全監(jiān)測(cè)
相關(guān)信息的輸入、加工、存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)分析和提供安全評(píng)
價(jià)數(shù)據(jù)或資料；通過(guò)對(duì)異常數(shù)據(jù)的追蹤分析判斷，根據(jù)
有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、專(zhuān)家知識(shí)和設(shè)計(jì)成果等，對(duì)穿黃隧洞
的安全狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并通過(guò)分析和反分析，對(duì)其
物理成因做出解釋?zhuān)瑢?duì)所出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，根據(jù)報(bào)警標(biāo)
準(zhǔn)分級(jí)向有關(guān)部門(mén)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供支
持。
分析評(píng)價(jià)與報(bào)警孑系統(tǒng)i f輔助決策子系統(tǒng)
洲
圖4 安全決策支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
信息管理子系統(tǒng)主要面向用戶有效地管理從監(jiān)測(cè)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和其他方面取得的各種信息，主要功能
是對(duì)穿黃工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相關(guān)信息進(jìn)行管理，對(duì)進(jìn)
入系統(tǒng)的各類(lèi)工程監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、加
工、處理、作初步分析解釋以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，所得
成果可按指定的圖表方式直接提供給用戶。
分析評(píng)價(jià)與報(bào)警子系統(tǒng)對(duì)“資料評(píng)價(jià)”、“檢查分
析”、“監(jiān)測(cè)故障檢查”和“物理成因分析”的分析成果
進(jìn)行匯總，并將匯總結(jié)果在屏幕(或其他輸出設(shè)備)輸
出。同時(shí)，對(duì)異常值進(jìn)行分析，找出異常產(chǎn)生的原因，
并進(jìn)入報(bào)警子系統(tǒng)；若找不出成因，則進(jìn)入“輔助決
策”子系統(tǒng)。依據(jù)“監(jiān)測(cè)故障檢查”和“物理成因分析”
識(shí)別的異?；螂U(xiǎn)情及其程度，根據(jù)報(bào)警指標(biāo)，發(fā)出相應(yīng)
級(jí)別的報(bào)警，作為領(lǐng)導(dǎo)輔助決策的依據(jù)。報(bào)警分為監(jiān)
測(cè)報(bào)警和建筑物結(jié)構(gòu)異常報(bào)警。
輔助決策子系統(tǒng)主要針對(duì)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)確定的
異?；虿话踩蛩?，從穿黃隧洞的整體安全性出發(fā)，對(duì)
穿黃隧洞的安全運(yùn)行提出輔助決策的建議；或者對(duì)于
分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)未能找出成因的疑難問(wèn)題，通過(guò)專(zhuān)家
綜合診斷和網(wǎng)上會(huì)商，由專(zhuān)家組經(jīng)過(guò)查詢資料和分析
系統(tǒng)管理
信息輸出
文檔管理
息初分
信息轉(zhuǎn)換
第8期 郝長(zhǎng)江，等：穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 51
計(jì)算后，進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，并提出輔助決策建議。本子系
統(tǒng)具有資料查詢、專(zhuān)家綜合診斷、網(wǎng)上會(huì)商、提出輔助
決策建議等功能。該子系統(tǒng)的主要功能體現(xiàn)在兩個(gè)方
面：當(dāng)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)已確定了結(jié)構(gòu)異常的成因后，可
通過(guò)訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行知識(shí)推理分析，提出輔助決策建
議；當(dāng)分析評(píng)價(jià)子系統(tǒng)未能找出結(jié)構(gòu)異常的成因，即出
現(xiàn)了“疑難雜癥”時(shí)，則可通過(guò)專(zhuān)家會(huì)商診斷，由專(zhuān)家
組經(jīng)過(guò)查詢資料和分析計(jì)算后，進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，并提出
輔助決策建議。本子系統(tǒng)既要考慮穿黃隧洞的整體安
全性，又要考慮穿黃工程各建筑物的相對(duì)獨(dú)立性，具有
資料查詢、專(zhuān)家會(huì)商服務(wù)、輔助決策建議等功能。
5 結(jié)語(yǔ)
本文從數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)、
工程安全決策與支持系統(tǒng)3個(gè)方面論述了穿黃工程安
全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)建成后的外在體現(xiàn)為：在
網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)下將現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)采集單元、南北岸
監(jiān)測(cè)分站、監(jiān)測(cè)總站和中線工程安全監(jiān)測(cè)中心形成一
個(gè)有機(jī)的整體，這一體系是穿黃工程長(zhǎng)期運(yùn)行管理的
實(shí)體對(duì)象。
數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)主要是完成各類(lèi)信息從采集到
數(shù)據(jù)的傳輸處理和存儲(chǔ)全過(guò)程的軟硬件設(shè)備的有機(jī)組
合，主要建立在南北岸監(jiān)測(cè)分站及其現(xiàn)地范圍內(nèi)，是
“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”建設(shè)的基礎(chǔ)。通過(guò)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，依托覆蓋南水北調(diào)中線干線工程的寬
帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，將所采集的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按要求傳輸
到相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。
數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)是“穿黃工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)
化系統(tǒng)”的軟件技術(shù)支撐平臺(tái)。為“穿黃工程安全監(jiān)
測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)”提供具有自身特點(diǎn)的軟件開(kāi)發(fā)運(yùn)行環(huán)
境，并與中線工程全線數(shù)據(jù)管理平臺(tái)總體要求相統(tǒng)一，
為監(jiān)測(cè)資料管理、存儲(chǔ)、整理分析和工程安全評(píng)估等業(yè)
務(wù)服務(wù)。數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)主要建立在監(jiān)測(cè)分站和
監(jiān)測(cè)總站內(nèi)，主要由數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、數(shù)據(jù)采集控制軟
件、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)學(xué)模型與方法庫(kù)、分析成果庫(kù)、安全管理
軟件等組成。
工程安全決策與支持系統(tǒng)以數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)和
數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合中線工程各業(yè)務(wù)應(yīng)
用系統(tǒng)、電子政務(wù)系統(tǒng)、會(huì)商和信息服務(wù)系統(tǒng)、可視化
系統(tǒng)等總體綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用支撐平臺(tái)逐步建
立，并為工程評(píng)價(jià)與決策提供全方位技術(shù)支持。工程
安全決策與支持系統(tǒng)主要建立在監(jiān)測(cè)總站和中線工程
安全監(jiān)測(cè)中心內(nèi)，主要由信息管理分系統(tǒng)、分析評(píng)價(jià)和
報(bào)警分系統(tǒng)、輔助決策分系統(tǒng)、系統(tǒng)支持庫(kù)群等組成。
Design of automatic safety monitoring system of crossing Yellow River project
(編輯：鄭毅)
HAO Changjiang，LIAO Yonglong，HU Changhua
(Hydraulic Complex Desiga Department，Changjiang Institute ofSurvey，Planning，Design and Research，Wuhan 430010，China)
Abstract： Crossing Yellow River Project of Middle Route Project of South—to—North Water Diversion(MRP—SNWD)，lo—
cated at a typical braided reach of Yellow River，is a pressured shield tunnel for water conveyance．To ensure the tunnel safety
operation under complicated working condition，various safety monitoring devices were arranged．W e mainly present the automatic
safety monitoring system of the tunnel that is consisted of 3 sub—systems，namely，data automatic acquisition sub—system ，data
management and analysis sub—system，project safety decision—making and supporting sub—system．The logical relations of the
three sub—systems are illustrated．The first sub—system are responsible for whole process of data acquisition，conveyance and
storage；the second sub—system is software technology supporting platform for the whole system ，providing distinctive software
developing environment；the third sub— system provides comprehensive technical support for safety evaluation and decision—
making of the tunnel project based on the first 2 sub—-systems．
Key words： safety monitoring：scheme of cable traction；automatic monitoring data acquisition；crossing Yellow River project；
Middle Route Project of South—-to—-North Water Diversion

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