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飛來峽大壩安全監(jiān)控輔助決策系統(tǒng)

文檔作者：蘆文言文檔來源：廣東省飛來峽水利樞紐管理局		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年06月12日
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第6期
2010年6月
廣東水利水電
GUANGD0NG WATER RES0URCES AND HYDROPOWER
No．6
Jun．2010
飛來峽大壩安全監(jiān)控輔助決策系統(tǒng)
蘆文言
(廣東省飛來峽水利樞紐管理局，廣東清遠511825)
摘要：飛來峽大壩安全監(jiān)控輔助決策系統(tǒng)是基于原大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上研究建立的，兩者相比，前者功能更強大，
更能滿足日常運行工作的需要，特別是在洪水期間，通過輔助決策系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，能及時準確地為決策者提供洪水調(diào)
度的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：飛來峽水利樞紐；大壩安全；輔助監(jiān)控；決策系統(tǒng)
中圖分類號：TV698．1 文獻標識碼：B 文章編號：1008—0112(2010)06—0079—03
1 概述
飛來峽水利樞紐位于廣東省北江中游清遠市境內(nèi)，
是以防洪為主，兼有航運、發(fā)電、供水、旅游等綜合效益
的水利工程。樞紐主體為混凝土重力壩，主要建筑物有
溢流壩、電站廠房、船閘、土壩、4座副壩和社崗防護堤
等，它的建成對捍衛(wèi)廣州及珠江三角洲經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的
安全具有極其重要意義。
飛來峽水利樞紐工程觀測項目多，覆蓋面廣，測點
分布范圍廣，觀測的數(shù)據(jù)多而復雜。共計有溫度計33
支，應變計69支，無應力計30支，鋼筋計42支；揚壓力
測孑L27個，滲壓計6個，測壓管33個，量水堰4個；7條
倒垂線，3條正垂線，4條引張線，1條視準線計55個測
點，幾何水準及靜力水準共計161個測點等。以上觀測
項目自投入運行以來，獲取了大量的觀測數(shù)據(jù)，為飛來
峽水利樞紐安全運行提供了大量的觀測數(shù)據(jù)和資料，為
及時了解大壩工作性態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)隱患并采取措施，避
免事故的發(fā)生或擴大提供了第一手的資料。通過周密、
有效的監(jiān)測和對觀測數(shù)據(jù)的分析與判斷，應該能夠定期
評定大壩的安全狀態(tài)和及時分析運行過程中的安全問
題，這是進行安全監(jiān)測的主要目的。
2 原大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)運行情況
飛來峽大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)于1999年投入運行至今
已有10年多，系統(tǒng)硬件老化日益嚴重，故障頻繁；軟件
常出現(xiàn)無法打開、界面死機等現(xiàn)象。原系統(tǒng)的功能已無
法適應數(shù)據(jù)處理、分析、報表等工作的需要，更重要的一
點是，該系統(tǒng)沒有自動分析功能，各種分析指標不明確，
結(jié)果不直觀。主要存在的問題有：
1)系統(tǒng)防雷功能較差。由于監(jiān)測設備廣泛分布在
樞紐周邊，地處空曠，設計之初對防雷效果考慮欠佳，導
致系統(tǒng)在日后雷雨季節(jié)運行中受雷擊嚴重，設備損壞較
多，主要表現(xiàn)在樞紐的土壩、船閘部位，系統(tǒng)防雷雖經(jīng)多
次改造，也收到了一定的效果，但雷擊的影響仍然存在，
不時還影響系統(tǒng)的正常運行。
2)測點故障較多。系統(tǒng)故障測點主要表現(xiàn)在內(nèi)觀
儀器上，部分表現(xiàn)在外觀儀器，內(nèi)觀儀器由于埋設在混
凝土內(nèi)部，出現(xiàn)故障后無法進行修復，只能報廢，測點故
障頻繁的現(xiàn)象，也對系統(tǒng)正常運行帶來影響，導致樞紐
的相關(guān)部位監(jiān)測測點不足，采集的數(shù)據(jù)無法滿足分析的
需要，無法正確反應該部位的運行情況。
3)系統(tǒng)電源布設不合理及電源線路老化。大壩安
全監(jiān)測系統(tǒng)采用的是分布式系統(tǒng)，監(jiān)測設備分布面廣，
遍布整個樞紐壩區(qū)，現(xiàn)有的系統(tǒng)電源直接由大壩安全監(jiān)
測機房輸出，最長的用電設備線路達2．5Km，沿途壓降
明顯，加上多年的運行，線路老化，目前最末端的工作電
壓低于190V，巡測時常出現(xiàn)測量故障或測量數(shù)據(jù)傳輸
失敗的情況。
4)設備老化，測值報警。系統(tǒng)運行10年來，部分
設備及傳感器出現(xiàn)老化導致靈敏度下降，數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常
或超限，采集系統(tǒng)常出現(xiàn)報警。
5)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及分析功能不健全。由于涉及到
龐大的數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)報表及分析時常出現(xiàn)死機現(xiàn)象，
無法適應龐大數(shù)據(jù)處理的需要，尤其是在洪水期間需要
收稿日期：2009—12—15； 修回日期：2010—04—22
作者簡介：盧文富(1979一)，男，助理工程師，從事大壩安全監(jiān)測工作。
· 79 ·
2010年6月 第6期 盧文富，等：飛來峽大壩安全監(jiān)控輔助決策系統(tǒng) No．6 Jun．2010
對水工建筑物某一部位的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析時，系
統(tǒng)無法自動進行分析及統(tǒng)計，不能清晰地反應出當時水
工建筑物的運行狀態(tài)，給決策者的決策帶來一定困難。
綜合l0年來的運行情況表明，該系統(tǒng)已無法再滿
足日常運行工作的需要，監(jiān)測數(shù)據(jù)無法及時進行自動分
析，無法及時掌握大壩的運行情況，也無法及時為防洪
調(diào)度提供準確的數(shù)據(jù)，因此，迫切需要建立一個功能更
強大的系統(tǒng)，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時實時的分析，保證讓
決策者能夠在最短的時間內(nèi)掌握大壩的運行情況。
3 建立輔助決策系統(tǒng)的意義 ·
飛來峽水利樞紐設置了大量的觀測儀器和設備，并
進行了有效的觀測。這些自動化觀測數(shù)據(jù)和資料雖然
能夠進行圖形繪制、報表制作和離線分析，但分析處理
的結(jié)果基本都是針對觀測數(shù)據(jù)本身的，一些觀測結(jié)果并
沒有轉(zhuǎn)換成相應物理量(如，應變觀測值沒有計算出相
應部位的應力)，更沒有將觀測結(jié)果與物理力學概念相
聯(lián)系(將應力和變形與允許應力和安全度相聯(lián)系)，沒
有將觀測結(jié)果與飛來峽工程本身的工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)
特性、運行調(diào)度等相聯(lián)系，進而分析大壩和其它建筑物
的安全性態(tài)，造成觀測數(shù)據(jù)事實上的浪費，不能及時為
防洪調(diào)度提供決策依據(jù)。
同時，由于觀測的數(shù)據(jù)量大，現(xiàn)有的觀測系統(tǒng)也不能
及時提供運行管理所需的各項資料及報告、報表等，每次
都要花大量的人力進行這些常規(guī)的基本工作，占用了大
量的時間，因此也就談不上對觀測結(jié)果進行深入分析了。
針對飛來峽水利樞紐防洪為主的運行模式，通過實
時觀測和對觀測成果的分析，將樞紐工程主要建筑物的
目前安全狀態(tài)反映在眼前，并預測下一級洪水位下建筑
物的安全狀態(tài)，為各級領(lǐng)導和防洪調(diào)度提供直觀的形式
成果，這對幫助領(lǐng)導決策是具有十分重要意義的，但現(xiàn)
有安全監(jiān)測自動化數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控管理系統(tǒng)不能做到
這一點。
由于飛來峽大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)設計時主要考慮了
數(shù)據(jù)采集的自動化，對于數(shù)據(jù)處理只提供了較初步的功
能(如簡單的報表、繪圖功能)，導致對監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理
分析能力嚴重不足。在近10年的運行實踐過程中，發(fā)
現(xiàn)由于沒有科學、先進的數(shù)據(jù)處理、分析手段，監(jiān)測數(shù)據(jù)
的處理與分析只停留在表面，不能更全面地了解水工建
筑物的運行狀況，更無法為樞紐今后的防洪調(diào)度提供決
策依據(jù)。
為此，必須建立能夠快速反映建筑物工作性態(tài)的物
理量進行計算分析與報告的系統(tǒng)和符合飛來峽水工建
筑物實際特點的安全評判指標，并將飛來峽大壩安全監(jiān)
· 80 ·
測系統(tǒng)的實測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后與安全指標進行對比分析，從
而得到大壩安全狀態(tài)的各種數(shù)據(jù)信息并有效直觀地顯
示，為今后的防洪提供決策依據(jù)，充分發(fā)揮樞紐的防洪
能力，實現(xiàn)防洪減災，確保樞紐安全運行。
4 輔助決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
4．1 輔助決策系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)
輔助決策系統(tǒng)通過對所有監(jiān)測數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)
庫平臺，以全面而強大的管理工具實現(xiàn)各種來源的數(shù)據(jù)
高效集成。在此基礎(chǔ)上，一方面要對各種數(shù)據(jù)進行在線
綜合分析，從而與數(shù)據(jù)采集自動化相適應，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在
線分析和對大壩安全及時進行評估，以掌控大壩的實際
運行工作性態(tài)；另一方面通過離線分析提取出水工建筑
物實際性態(tài)的信息，以便正確反饋水工建筑物安全性
態(tài)，其邏輯結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)邏輯示意
4．2 輔助決策系統(tǒng)功能
輔助決策系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，全部來自南京南瑞大壩所的
自動化采集，不包含手工采集數(shù)據(jù)，現(xiàn)南瑞系統(tǒng)的自動
化采集數(shù)據(jù)采用access數(shù)據(jù)庫，本系統(tǒng)需要做的工作
是，根據(jù)南瑞系統(tǒng)測值數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，組織本系統(tǒng)的測值
數(shù)據(jù)，把南瑞系統(tǒng)的access數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到oracle數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
中(因為南瑞自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，除了變形
的最終數(shù)據(jù)需要本系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)化外，其他的測值就是為
最終的目的數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)預處理是監(jiān)測數(shù)據(jù)導人時，要
進行數(shù)據(jù)合理性判斷，包括粗差識別處理、光滑處理、數(shù)
據(jù)抽取等功能。因為導入的數(shù)據(jù)除了應力數(shù)據(jù)都已經(jīng)
進行了處理，所以只要計算應力的最終值。
綜合分析研究目前國家有關(guān)規(guī)程規(guī)范，特別是進一
步分析飛來峽水利樞紐主要建筑物的有限元仿真分析
計算成果及相關(guān)試驗、設計資料，根據(jù)需要補充進行部
分計算與理論分析，研究確定代表性建筑物典型觀測項
目的安全監(jiān)控指標，確定各種工作條件下的安全監(jiān)控值
2010年6月 第6期 廣東水利水電 No．6 Jun．2010
或者安全工作范圍。特別是根據(jù)強度儲備及超載分析，
求出各種情況下各監(jiān)測物理量(應力、位移、抗滑穩(wěn)定
及揚應力等)的安全監(jiān)控指標值，如安全值、警戒值、危
險值等。主要功能有數(shù)據(jù)輸入與處理、在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)
計算與處理、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)輸出和報
表、離線綜合分析、能夠?qū)ψ冃蔚戎饕O(jiān)測項目進行2
維、3維效果顯示分析、能夠?qū)Ω鲏味芜M行實時監(jiān)控。
系統(tǒng)的總體功能見圖2。
1 考 預 景
測 統(tǒng) 幫
表 控
預 管 助
報 理
-_一 -‘一 _一
程
I-
蘭 蘭 I l ●一
概 吐
表
_ 。一 ‘ 。一
統(tǒng)
汁
模
型
_ _ 一
囪 肉 囪囪囪向 上 數(shù) 據(jù) 備
圖2 系統(tǒng)總體功能示意
4．3 輔助決策與數(shù)據(jù)分析
將統(tǒng)計模型與物理模型的成果有機結(jié)合，將典型斷
面監(jiān)控與普通觀測項目監(jiān)控等前期工作成果合并在一
個系統(tǒng)中，實現(xiàn)輔助決策。即將實時監(jiān)控的主要建筑物
的應力狀態(tài)、位移狀態(tài)、安全狀態(tài)以及特征值綜合直觀
顯示，以供直觀了解建筑物的安全性能與工作狀態(tài)，并
在一定范圍內(nèi)可給出下一步攔蓄洪水后主要建筑物的
安全狀態(tài)。將安全監(jiān)控結(jié)果輸出成為月報、季報、年報、
特報要求的結(jié)果。說明當前的各種狀況及安全度，并與
設計、理論計算結(jié)果相比較，同時使用飛來峽安全監(jiān)控
指標對測值進行安全判定，能夠直觀地顯示、列出結(jié)果，
供有關(guān)技術(shù)人員參考(實際為集成所有模塊成果)。原
系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)表格的關(guān)系如表1所示。
在新的數(shù)據(jù)庫分析系統(tǒng)中，為了建立和原數(shù)據(jù)庫的
對應關(guān)系，建立了相應的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時，為了數(shù)據(jù)顯示
的合理性，對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行了分組(比如把引張線
EX1的7個測點編成一組)，這樣在數(shù)據(jù)顯示時，就可
以根據(jù)測試的時問把同一組的數(shù)據(jù)同行顯示出來。新
的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和舊的數(shù)據(jù)庫的對應關(guān)系見表2。
輔助決策時主要根據(jù)軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動分析
結(jié)果進行，將監(jiān)測數(shù)據(jù)全部導人輔助決策系統(tǒng)軟件后，
根據(jù)實際情況進行相關(guān)的設置，該系統(tǒng)會自動對數(shù)據(jù)進
行分析。下面舉個例子：假設飛來峽現(xiàn)時洪水頻率為
50年一遇，現(xiàn)要檢查3 廠房壩段是否處于安全狀態(tài)，軟
件將依據(jù)3 廠房壩段各監(jiān)測儀器所采集的數(shù)據(jù)進行評
判分析，操作界面如圖3所示。
表1 數(shù)據(jù)庫表與觀測項目對應
表2 新舊數(shù)據(jù)庫表間對應關(guān)系
測試量 原表名 新的表名 對應項目
水平位移A21 CZZK1
垂直位移A22CZZK1
壓力 A11CZZK1
量水堰 A43 CZZK1
環(huán)境量A51CZZK1
溫度計A36CZZK l
鋼筋計A33CZZKI
應變訓‘ A31CZZK1
無應力計A32CZZKI
RESU
一
PO1N W Y IP，LP，EX1，EX2，EX3，EX4
RESULT_ POIN_r_WY1 LB，LBC．JC
RESULT— —
POINT SL1 UP1，UP2，UP3
RESULT POINT W E W E
RESULT— POINT— —
HJ SW1，SW2，AT，RV
RESULT_ POINT_
W D T3，T4，T5
RESULT—
POINT— — GJJ RI，R2，R3
RESULT—
POINT—
YB S1，S2，S3，s4
RESULT— POINT～
W YL N1，N2，N3，N4
圖3 界面示意
(下轉(zhuǎn)第84頁)
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2010年6月第6期 廣東水利水電 No．6 Jun．2010
化、植被恢復等水土保持設施工程質(zhì)量合格，經(jīng)過試運
行，各項工程安全可靠，狀況良好，未發(fā)現(xiàn)重大質(zhì)量缺
陷，達到了批復方案中制定的水土流失防治目標，基本
完成了水土保持方案水土流失的防治任務，水土保持設
施達到了水土保持法律法規(guī)及技術(shù)標準規(guī)定的驗收條
件，可以向水行政部門申請竣工驗收。
參考文獻：
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術(shù)評估工作要點綜述[J]．水土保持應用技術(shù)，2009，(3)．
； 零； { ； ； ； 薔 {
(上接第81頁)
選擇監(jiān)控日期，點擊實時監(jiān)控按鈕，出現(xiàn)如上界面。
點擊監(jiān)控值，可以查看各參數(shù)指標。輸入日期，上下游
水位(單位：m)，可以查看各計算值結(jié)果，界面如圖4所
示。
圖4 界面不恿
5 輔助決策系統(tǒng)軟件的特色
1)能極大地提高日常運行管理的水平與效率，及
時掌握樞紐工程的安全性狀，定時或隨時打印輸出相關(guān)
數(shù)據(jù)或報告。
2)能根據(jù)對觀測數(shù)據(jù)的分析，提示當前或今后安
全監(jiān)測或運行過程中應注意的問題。
3)適應當前數(shù)據(jù)庫技術(shù)及計算機圖形顯示技術(shù)的
發(fā)展趨勢，高效地管理數(shù)據(jù)，直觀、生動、形象地顯示樞
紐工程的安全性狀。
· 84 ·
(本文責任編輯羅睿)
6 結(jié)語
輔助決策系統(tǒng)建立并投入運行后，發(fā)揮了積極的作
用，大大提高了工作效率，特別是在樞紐經(jīng)歷洪水考驗
時，實時快捷的數(shù)據(jù)分析結(jié)果給決策者對洪水的調(diào)度提
供了必要的依據(jù)，主要表現(xiàn)在：
1)資料分析系統(tǒng)可以有效、迅速地將監(jiān)測資料進
行分析，并計算相應的物理量，分析建筑物的工作狀態(tài)，
輸出滿足工作要求的分析報告和圖表，極大地提高了日
常的運行管理水平和效率。
2)輔助決策系統(tǒng)能適時進行建筑物安全狀態(tài)的分
析，并直觀地顯示和輸出建筑物安全狀態(tài)，為及時了解
建筑物安全、進行防洪決策提供有效的輔助決策信息，
對于確保工程安全和有效、安全地進行洪水調(diào)度具有重
要意義。
3)查詢系統(tǒng)可以適時按指定的多種條件查詢建筑
物歷史和現(xiàn)在運行工作條件0與安全狀態(tài)，為管理和防
洪決策人員了解過去、分析預測未來建筑物的工作條件
與安全狀態(tài)提供直觀信息。
4)安全監(jiān)控指標體系，為本樞紐工程安全監(jiān)控、分
析建筑物的安全狀態(tài)提供了有效的、全面的分析標準，
為進行安全判斷和防洪決策提供了必要的依據(jù)和標準。
參考文獻：
[1] 方朝陽．輔助決策系統(tǒng)規(guī)劃書[R]．武漢：武漢大學，
2006．
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綜合評判準則[R]．武漢：武漢大學，2006．

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