3.2　闸站工程安全监测系统

3.2.1　系统概述

根据水利工程管理工作的相关要求，需对水利工程安全状况进行监测。通常情况下，使用测量仪器对工程建筑物开展人工的垂直位移、渗压、伸缩缝等观测，但周期较长且由于仪器和人工操作的原因容易带来偶然误差，不能及时可靠掌握工程水工建筑物的变形情况，一旦发生地质灾害以及上下游特殊水位组合或极端天气，极有可能对设备和工程的安全运行带来隐患。随着现代技术的发展，采用可靠的测量传感元件，使以自动监测的方式代替人工监测成为可能。对水工建筑物如泵站和水闸的水工建筑物实施变形自动监测，可以实时连续地得到观测数据，动态掌握水工建筑物变形情况，提高工程观测的及时性、准确性、科学性，同时及时对存在的隐患进行预警，提早发现问题并进行处置，进一步提高工程防洪减灾的能力，保证工程的安全高效运行。高港闸站工程安全监测系统通过现场的传感器采集水位、水温、伸缩缝宽度、位移、环境温度等信息后进行存储和智能分析处理，及时反映各水工建筑物的状态，指导安全运行；并实现管理的自动化，包括在线监测、报警、报表制作、数据管理、文档管理、系统管理、远程服务等方面的功能；同时可以在其他客户端或手机、便携笔记本等终端设备上实现查询和智能预警功能，也可通过短信系统自动发送预警、报警信息给相关人员。

3.2.2　系统结构

3.2.2.1　硬件组成结构

闸站工程安全监测系统硬件组成采用分布式结构。系统按功能组成划分为数据采集系统、数据处理分析系统、信息发布系统。图3.12是工程安全监测系统硬件组成结构示意图。

高港节制闸与泵站现场监测点的设置为：扬压力监测点共15处；垂直位移测点共24处；建筑物表面伸缩缝监测点共15处，9处双向测缝，6处单向测缝；现场数据采集箱2只，1只安装在泵站电缆层，另1只安装在节制闸启闭机房；测点数据传输采用屏蔽电缆，在室外的监测点加不锈钢材质保护罩壳，室内测点根据现场需要采取了保护措施。室外裸露电缆穿镀锌钢管保护，地下埋设电缆用PVC护管，所有传感器数据采取电缆引至节制闸和泵站两处的现场自动化数据采集箱。节制闸与泵站的采集箱到监测中心的通信采用屏蔽双绞线传输。图3.13是监测点位置和安装布线示意图。

3.2.2.2　软件架构

高港闸站工程安全监测软件系统采用基于Silverlight的富互联网应用（Rich Internet Applications，RIA）架构。该架构采用分层的思想组织程序逻辑，由Silverlight富客户端、WEB服务端和数据库三部分组成。WEB服务端由数据存取、业务逻辑处理、WCF服务构成。图3.14是系统的软件架构图。最下层是工程安全监测数据采集模块，实现对垂直位移、扬压力、伸缩缝等数据的采集和处理。数据网关服务端软件实现采集数据的集中处理与数据转发。为实现系统底层与上层的安全隔离，避免底层软硬件系统受到安全威胁，采用了安全隔离与信息交换技术。处于上层的数据网关客户端软件可以利用安全的信息交换方法得到底层的各类测量数据，从而实现对管理网络的数据开放与共享，便于进一步对处于管理网络的数据库相应表进行存取。此外，为进一步扩展系统功能（如手机短信发送等），集成了其他功能支持软件模块，并以系统服务进程方式在后台运行；为方便手机用户能通过浏览器直接访问使用本系统，在基于Silverlight的RIA架构的基础上，进一步集成了传统的WEB服务，利用Ajax技术实现WEB数据的动态请求与刷新。

3.2.3　系统主要功能

高港闸站工程安全监测系统能够实现对扬压力、伸缩缝、垂直位移等数据的采集、显示、分析以及信息发布（含监测参数越限报警）等功能。图3.15是闸站工程安全监测系统主界面。界面上以数据方式显示各个测点位置和当前测量数据，当测量数据越限时，用红色标示。

1.数据采集

（1）数据采集单元配置。配置内容包括单元编号、通道数、地址、超时时间、通信方式、测量方式等。功能包括增加单元、删除单元、修改单元。图3.16是数据采集时间间隔配置界面。

（2）测点配置。配置内容包括测点编号、采集单元、通道号、传感器参数、报警值等。功能包括增加测点、删除测点、修改测点。图3.17是测点配置界面。

（3）数据采集。数据采集采用应答式采集方式，设定频率自动对上下游河道水位和建筑物的底板扬压力、伸缩缝、位移等数据的采集，并将这些数据存入数据库。

2.数据显示

（1）以工程示意图为背景，以数据方式显示各个测点位置和当前测量数据。能够显示泵站和水闸等断面测压管水位示意图及其浸润线，显示单个测点或者多个测点数据列表和变化曲线等。图3.18是泵站断面扬压力和浸润线界面。图3.19是节制闸断面扬压力和浸润线界面。图3.20是单个测点变化曲线和数据列表界面。

（2）提供手机浏览功能。手机通过登录相应网站，能够监视和浏览各个测点的数据及其报警状态。图3.21是手机浏览界面。

（3）报表功能。系统提供了数据自动报表整理功能，能够根据工程观测资料整编要求，自动提取数据库中存储的工程监测数据，生成RTF、PDF、EXCEL等格式的观测报表；能够根据规范要求进行观测数据的分类整理，形成归档文件；并提供资料的关键字检索、模糊检索和组合检索等功能，以便用户快速锁定需查询的资料文件。图3.22是泵站断面测压管水位统计表。图3.23是泵站断面测压管水位、上下游水位变化曲线。图3.24是闸站伸缩缝观测成果表。

3.数据分析

数据分析用于工程安全实时分析与安全评价，协助工作人员对工程监测数据进行分析、误差处理、实时安全分析和辅助决策。如通过扬压力值推算其水位变化值，经计算后得出测点的水位高程及渗压系数；可以与前期同等工况下的数据进行比较分析，有无异常；也可以分析两个测点之间的相关性等。图3.25是多测点数据曲线比较界面，能够选择显示多个相关传感器数据的变化曲线。图3.26是多测点数据比较表格界面。

4.信息发布

系统提供了一个短信息编辑和发布的平台，可以选择接收人、编辑短信内容，有常用语插入、常用语管理、通讯录管理等功能；可以设置扬压力、伸缩缝、垂直位移变化信息的定时发送；当监测参数越限时系统将自动发送信息，及时通知预先设定的相关人员。图3.27是短消息编辑和管理界面。

图3.28是监测信息的定时发送界面，当发送时间到达时，自动从数据库中获取垂直位移、扬压力、伸缩缝的变化数据以及上下游河道水位数据，自动生成短信，自动发给指定的手机用户。

图3.29是手机收到的定时短信，由系统定时发送。