水利工程安全监测数据采集系统应用探讨

水利工程安全监测数据采集系统应用探讨

刘璐  苏杨

中水北方勘测设计研究有限责任公司  天津市 300222

摘要：水利工程设施长期运行可以使工程保持良好工作状态，发挥积极作用，确保设施安全，并维护好水质健康，这也是水利工程发展的重点。水利工程建设的信息化涉及了规划、设计、建设、运行的整个生命周期，涉及了各个管控环节，信息化建设为水利行业发展起到了推动作用，为改变水利工程传统模式做出了改变，而且随着水利业务的不断拓展、智慧水利的持续推进以及生态文明的建设，水利工程实现了自我创新，也成为了行业领跑发展的存在。基于此，本文对水利工程安全监测数据采集系统应用进行研究。

关键词：水利工程；安全监测；数据采集系统；应用分析

1系统概述

安全监测工作可以反映工程建筑物的状态变化，数据自动采集系统可有利于工程技术人员实时排查工况异常情况，及时消除安全隐患，确保工程稳定运行。数据采集系统由监测仪器、数据采集装置、通信装置、监测计算机及外部设备、数据采集系统、信号及控制线路、通信及电源线路等组成。其网络结构分为三层：采集层、服务器层和用户层。工控机通过数据采集软件将测控单元的监测信息及数据传输至数据库服务器保存，服务器可以备份、发布和传输自动监测信息及数据至工作站，在工作站通过监测信息管理及分析软件对数据库监测信息及数据进行处理分析，其系统功能结构如图l所示。

图1系统功能结构图

2水利工程安全监测数据采集系统应用分析

2.1系统应用的优势

（1）实时性强：通过实时采集水利工程设施的各项监测数据，工程技术人员可以及时掌握工程状态的变化，发现异常情况，从而迅速消除安全隐患。（2）自动化程度高：数据采集系统可以自动完成数据的收集、处理、分析和存储，减轻了人工工作负担，提高了工作效率。（3）网络化分布：系统采用三层网络结构，包括采集层、服务器层和用户层，实现了数据的远程传输和共享，方便各相关部门协同工作。（4）系统扩展性强：随着水利业务的不断发展，安全监测数据采集系统可以方便地增加监测项目和完善功能模块，满足不断变化的需求。

2.2观测资料收集整编

观测资料分析的第一步就是对观测资料进行预处理，尽量消除隐含在观测资料中的各种误差，使其客观、真实地反映观测物理量的变化，避免决策失误。需要收集整编的资料大致有以下几类：（1）观测设计资料：包括观测技术设计、观测规程、观测手册以及有关图表等。（2）观测备考证资料：包括测量和设备的布置图、结构图、埋设情况记录、仪器说明书、出厂证明、检验或率定记录以及观测设备损坏、维修或改造的记录等。（3）观测成果资料：包括现场观测记录本、计算本、成果统计表、观测报表、历年观测成果整编资料以及分析报告等。（4）水工设计、施工、验收资料：包括渠堤地质资料，水工设计资料、基础处理报告、施工报告，模型试验资料、建筑资料、有关各项物理力学性指标以及阶段性验收文件等。（5）工程运用和维护加固资料：包括历年各项工程运用指标，记录和报告以及堤坡维护加固的相关资料等。⑥其他资料：包括水文、气象及其他各种查算图表、技术参考资料等。

2.3工程安全监测感知体系

（1）监测项目设置与优化。根据水利工程的特点和需求，合理设置监测项目，包括水位、流量、水质、土壤湿度、建筑物结构应力等多种监测指标。同时，不断优化监测项目，使其更加符合工程实际需求，提高监测数据的准确性和实用性。（2）监测设备选型与安装。选择高性能、可靠的监测设备，确保监测数据的真实性和稳定性。在安装过程中，严格遵守相关规范要求，确保设备安装质量，降低故障率。（3）数据采集与传输。采用高效的数据采集与传输技术，实现实时、准确地收集监测数据。通过有线或无线通信方式，将采集到的数据传输至服务器，确保数据的安全性和及时性。（4）数据分析与处理。利用先进的数据分析与处理技术，对收集到的监测数据进行有效处理，提取有价值的信息。通过对比分析、趋势分析等方法，揭示工程安全状况和变化趋势，为工程管理提供科学依据。（5）监测成果应用。将监测成果应用于工程安全管理、运行维护和应急处置等方面。根据监测数据，及时发现安全隐患，制定相应的防范措施，确保工程安全运行。（6）系统维护与升级。根据水利业务的不断发展，及时对安全监测数据采集系统进行维护和升级，完善功能模块，提高系统性能。确保系统始终处于良好的工作状态，满足不断变化的需求。

2.4数据插补修正

在实际观测工作中，涉及的数据多是受观测间距和测次的影响，是一组不连续或不等距步长数据，而应用时又往往把不等距的数据按时间连续数列整编，这就需要大间距上插值，小间距点处进行平滑处理。这在实际工作中要有一定的要求。插值是建立近似公式的一种方法，其近似公式就是插值公式或插值函数。比较常见的处理方法有两种：（1）曲线平滑处理。这种处理曲线的方法，可以使变幅有较少跳变的曲线形成光滑曲线，从而使数据具有一定的连续性。比较常用的方法是三点位移均值法。（2）误差理论分析处理。在同一序列中的监测数据通常是可信的，但有部分数值可能显得或大或小，能不能舍弃，往往引发争执。如果保留下来的数值对平均值或误差影响很大，舍弃就要有理论根据，掌握误差的方向和大小，利用修正值法纠偏。也可以根据误差理论分析，结合实际情况采用中误差法或中值法。

2.5数据入库

首先，自动化监测数据自动入库模块与数据采集模块相连，通过这个接口，自动采集的数据被录入系统。模块还具备数据整编换算的功能，它能将仪器读数转换为物理量，并存储到整编数据库中。这样一来，数据的采集、整理和存储就实现了一体化，大大提高了数据处理的效率。其次，半自动化监测数据的入库过程。半自动化监测数据人工入库是在现场使用便携式计算机等设备采集各传感器的测值和施工期已经形成的其他格式的数据文件。通过专用软件工具将这些数据导入到原始数据库中。这些数据包括首次监测时间及测值，基准时间及测值，每次监测时间和测值及其对应的环境量（如水位、温度和降雨量等）。最后，人工观测数据入库是将人工采集的数据，通过软件界面录入原始数据库。这些数据包括首次监测时间及测值，基准时间及测值，每次监测时间和测值及其相应环境量（如水位、温度和降雨量等），以及监测仪器的参数、厂家、编号、埋设时间和位置等信息。在系统运行初期，除了自动化监测外，人工录入也是一种重要的数据获取方式。

结语：

本文主要介绍了水利工程安全监测数据采集系统在工程安全监测感知体系中的应用、数据插补修正方法以及数据入库过程。通过合理设置监测项目、选用高性能的监测设备、高效的数据采集与传输技术、先进的数据分析与处理方法，实现了实时、准确地收集监测数据，为工程管理提供了科学依据。同时，对不等距的数据进行插值和平滑处理，提高了数据的连续性。最后，通过自动化、半自动化和人工观测数据的入库，为数据分析、控制调节、画面展示、记录检索以及打印等提供了便利。

参考文献：

[1]马飞.基于BIM的水利工程安全监测管理系统研究[D].河北工程大学,2018.

[2]李佳宇.水利工程安全监测项目的自动化系统应用[J].黑龙江水利科技,2018,43(04):45-47.

[3]林力.水利自动化系统的设计与实现[D].华南理工大学,2018.