淺析洪澤湖大堤安全監測系統

潘鑫 許諾 張杰 張志來

摘? 要：隨著信息化技術不斷發展，水利工程管理趨向高效化、智能化，傳統的人工監測已不能滿足堤防工程現代化、精細化管理的需求。該文從系統組成、工作原理、誤差比較等方面分析了洪澤湖大堤工程安全監測系統，希望對類似的工程管理能起到一定的借鑒作用。洪澤湖大堤工程安全監測系統通過用遙測、通信和計算機技術對洪澤湖大堤工程實行全天候遠程自動監測，實時觀測堤身滲流壓力及浸潤線分布狀況，統計分析測壓管數據變化過程，對保證洪澤湖大堤工程安全運行，發揮工程效益有著十分重要的意義。

關鍵詞：洪澤湖大堤;安全監測;自動化;測壓管

Abstract：With the continuous development of information technology，the management of water conservancy projects tends to be efficient and intelligent，and the traditional artificial monitoring can not meet the needs of modern and refined management of embankment projects. This paper analyzes the safety monitoring system of Hongze Lake levee project from the aspects of system composition，working principle and error comparison，hoping that it can be used for reference for similar project management. Through telemetering，communication and computer technology，the safety monitoring system of Hongze Lake levee project can realize all-weather remote automatic monitoring，real-time observation of seepage pressure and distribution of saturation line of the levee，and statistical analysis of the change process of piezometric data，which is of great significance to ensure the safe operation of Hongze Lake levee project and bring the project benefits into play.

Keywords：Hongze Lake levee;safety monitoring;automation;piezometer

0? 引? 言

在自動化安全監測系統未建成前，洪澤湖大堤工程一直采用人工方式進行檢查、觀測，費時費力，測量精度低。為提高洪澤湖大堤工程觀測效率和觀測水平，確保工程安全，2014年建設洪澤湖大堤自動化安全監測系統并開始運行。本文將對系統軟、硬件構成及運行狀況進行分析，通過過程線分析人工、自動化測值差異，對近年來的系統運用效果進行評價。

1? 工程概況

洪澤湖大堤位于洪澤湖東岸，北起淮陰區碼頭鎮，南至盱眙張莊高地，全長67.25 km，另加北端碼頭鎮以北至廢黃河高地3.38 km，總長70.63 km。洪澤湖大堤年代久遠，歷史上多次決口、填堵，堤身填筑材料復雜，堤身內留有許多亂石、埽工等隱患，堤身時有滲水、窨潮等現象，雖然經過多次加固，但堤身內部結構沒有根本改變。

2? 洪澤湖大堤安全監測系統構成及功能

洪澤湖大堤安全監測系統主要由視頻監控系統和測壓管安全監測系統組成。監測系統覆蓋洪澤湖大堤34K+900～ 60K+646省管段25.00 km堤防，通過該系統可及時掌握堤防工程的動態工況，提升工程自動化、信息化管理水平，為上級部門決策提供科學依據，為洪澤湖大堤工程安全運行提供保障。

2.1? 視頻監控系統

視頻監視系統由前端設備、傳輸設備、視頻主機和顯示設備四部分組成。

在省管段洪澤湖堤防共設置13套SCM-NF718GR室外高清紅外智能球型攝像機，分別設置在35K+850、36K+020、36K+050、36K+550、37K+050、41K+100、45K+400、47K+630、49K+475、52K+210、54K+377、56K+570、59K+200堤段。視頻信號通過光纜和光端機將視頻信號傳輸到監測系統中心站，同時通過復用技術傳輸反向控制攝像機信號。視頻監控光端機選用點對點式光端機，將13對光端機連接到光纖上進行視頻信號傳輸。

監控系統采用CR-GS416網絡高清視頻主機接收各類信號，具有控制云臺、切換搜索圖像、聯動報警、網頁瀏覽等一系列功能，圖像傳輸的實時性及其響應速度滿足工程管理需要。

2.2? 測壓管安全監測系統

系統通過滲壓計對堤身滲透壓力進行測量，能夠準確反映堤身滲透壓力，實現數據自動采集，較人工觀測操作簡便、迅捷。系統在歷史險工段和可能存在隱患的堤防布設16個斷面進行觀測，共計75根測壓管。

2.2.1? 滲壓計工作原理

洪澤湖大堤安全監測系統使用的是BGK4500ALV通氣型滲壓計，大部分部件采用特殊鋼材制造，適合在各種惡劣環境使用，用于測量空隙中水壓力或液位。采用專用通氣電纜連接，可有效減少大氣壓力對測值的影響，更適合用于水位測量。滲壓計含有一塊靈敏的不銹鋼膜片，由它連接著振弦，當彈性膜片發生變形，其形變將引起振弦應力變化，并改變振動的頻率，最終通過電纜傳輸將信號送至讀數裝置并轉化成壓力值。

2.2.2? 系統組成及運行方式

測壓管安全監測系統由傳感器、測量單元（MCU）及監測中心站組成。傳感器主要由75只滲壓計組成，測量單元用于對傳感器數據進行采集和儲存，并與監測中心站計算機連接通訊，實現實時監測。監測中心站設在洪澤湖堤防管理所辦公樓內，它與測量控制單元通過GPRS信號進行無線傳輸，實現從設備到軟件系統之間的無線、雙向數據通信[1]。電源采用太陽能供電方式。

2.2.3? 測壓管安全監測系統功能

（1）監測數據采集功能。監測系統可對滲壓計傳感器信號進行巡回測量、定時測量、單點選測等。巡回測量用于測量某一時間段內多個測點數據的連續變化情況;定時測量主要用于測取定時數據，每隔一段時間采集一次數據;單點選測主要是針對某一測點進行的測量方式。（2）數據通訊與資源共享功能。測量控制單元與監測中心站之間具有雙向通訊功能，監測中心站可以接收測量控制模塊收集的數據，并且可以向該模塊發出操作命令，中心站與外界通過多種途徑實現雙向通訊，達到資源分級共享[2]。（3）數據管理與分析功能。監測系統具有數據的錄入、刪除、修改、查詢、備份等功能，從而保證數據的連續完整性。系統可將選取的監測數據制成圖表，并結合工程需要建立數據圖模型，為洪澤湖大堤工程安全檢查提供信息。

2.3? 軟件系統

軟件系統采用基康公司研發的BGK-Logger.Net數據分析系統，系統網絡結構共分三層：采集層、服務器層和用戶層。

采集層：包括采集電腦、采集模塊和傳感器部分。在采集電腦配置管理系統，通過管理系統對監控信息和數據進行管理，同時將數據傳輸到服務器層的數據庫。

服務器層：包括數據庫和網頁端服務器。監測信息及數據保存在數據庫服務器;監測信息及數據發布于網頁端服務器。

用戶層：由內網（局域網）和外網（廣域網）用戶計算機組成。內網計算機通過安裝信息管理系統管理數據庫中的信息和數據，可以遠程進行測量、下載數據等操作;同時用戶計算機均可以連接網頁服務器，查詢到數據庫中的監測信息和數據。

系統可管理眾多的電腦、串口、支持多種通訊協議，有較好的擴展性能。

3? 安全監測系統技術要點

3.1? 采集端安裝

本系統傳感器現場的零點讀數要在修正后與原廠讀數一致。采集端傳感器安裝先要設定零讀數，將滲壓計電纜放入測壓管內指定位置，同時在電纜上做好標記，使得滲壓計頂端到達預定地點，在測壓管上端固定電線，以防儀器丟入測井造成讀數存在較大差異。

3.2? 資料的整編分析

洪澤湖大堤安全監測系統資料整編分為報表打印、圖形繪制等模塊，包括資料數據查詢修改、監測數據添加、備份恢復等內容。本文隨機采用了2019年1月21日測值數據，監測系統根據該斷面6根測壓管的水位情況繪制出浸潤線圖，如圖1所示，較為直觀地反映了堤防斷面浸潤線的變化情況。

3.3? 安全監測系統自動測值與人工測值的比對

自動測值與人工測值比對一般是通過過程線進行比較，過程線是根據相同時間段、相同測次的人工測值與自動測值比對，分別繪制出人工測值過程線及自動測值過程線[3]。洪澤湖大堤工程人工測量主要是按照觀測日來進行觀測，每個月人工觀測2次，平均每15天觀測一次，觀測時間控制在當天的8點至11點之間。本文選取了2019年1月至3月上午8點時間段一組斷面部分測壓管的人工測值與自動化測值繪制成的過程線圖進行比較，如圖2所示。

洪澤湖大堤工程自動化監測系統所使用的滲壓計量程為350 kPa，標稱精度為0.5%F.S，約在0.175 m以內[4]。通過測壓管人工測值與自動化測值數據的對比，計算出同一時間點兩個數值的差，比較發現人工測值與自動測值過程線基本吻合，絕大多數數據差值均在 8 cm之內，少部分數據差值超限，誤差值過大的數值可以通過設置系統操作軟件修改校正系數減小誤差，用實際測量值和自動化采集值比較，以實際測量值為準，大則減，小則加，數值修改過之后將新的數據下載到采集模塊從而提高自動化測量準確度。

4? 應用效果

（1）提高堤防工程管理效率。視頻監測系統覆蓋了13個堤段，對各堤段進行24小時實時監控，有利于防汛的實時調度，能迅速及時發現處理堤防突發事件，實時監控各險工段人員活動情況，提高了工程信息傳遞的準確性、高效性。（2）提升堤防工程觀測自動化水平。通過安全監測系統，實現對洪澤湖大堤16個斷面測壓管水位數據的自動采集，大大降低了人工測量的成本，節省人力物力，并通過與人工測值的比較發現：自動測值變化穩定，監測數據連續、可靠，與人工測值變化規律基本一致，能夠準確地反映出測壓管水位線變化狀況。（3）實現數據分析模型化。監測中心站的軟件系統可及時處理采集數據，并生成直觀的浸潤線、柱狀圖、過程線等數據模型，通過對數據模型的分析，可隨時了解到各監測斷面的工程安全狀況，為洪澤湖大堤工程的安全預警提供了信息基礎。

5? 結? 論

洪澤湖大堤安全監測系統自運行已有5年時間，累計采集數據80萬余次。該系統具有實用、高效、高精度自動化等特點，自運行以來，其功能、運行穩定性、可靠性、測量精度等滿足工程設計及規范要求。安全監測系統的應用大大減輕了人工工作量，提高了觀測頻率和觀測精度，為各種資源的優化配置發揮了重要作用，取得了顯著的經濟效益和社會效益，對洪澤湖大堤工程的安全運行起到不可或缺的作用。

參考文獻：

[1] 張宇.龍鳳山水庫大壩測壓管安全監測系統設計的探討 [J].黑龍江水利科技，2014，42（4）：116-117.

[2] 程洪波.大壩安全監測自動化系統應用探討 [J].水利建設與管理，2010，30（5）：60-62.

[3] 張志銀.大壩安全監測自動化系統在黃金坪水電站的應用 [J].四川水利，2018，39（1）：98-100+110.

[4] 盧飛，胡明罡.密云水庫大壩滲流監測數據的比對和校正 [J].北京水務，2015（6）：41-44.

作者簡介：潘鑫（1991.11—），男，漢族，江蘇淮安人，助理工程師，本科，研究方向：水利工程管理。