水利水电工程安全监测信息 系统数据库建设论文

 

　　摘要：我国对水利及水电过程监测的技术比较薄弱，在关键流域上尚不具备科学有效的监测和预警系统。但是，水利水电工程的大坝安全监测技术是保证工程管理科学与过程有序开展的重要基石，有助于合理地进行工程管理和规划设计。本文主要针对我国水利水电工程安全监测信息系统数据库建设中的关键方面进行研究，对数据源设计、概念设计、逻辑设计、物理设计、信息复制等重点操作内容和解决方案进行总结和归纳，研究成果对于同类体系的探索与建立具有一定的参考意义。

 

　　关键词：水利水电；安全监测；信息系统数据库

 

　　Database construction of safety monitoring information system for water conservancy and hydropower projects Shi Zhihong

 

　　(Shanghai Hongwei Construction Engineering Management Co.,Ltd.,Shanghai,200940)Abstract:The monitoring technology of water conservancy and hydropower process in China is relatively weak,and there is no scientific and effective monitoring and early warning system in key river basins.However,dam safety monitoring technology of water conservancy and hydropower projects is an important cornerstone to ensure the orderly development of project management science and process,which is conducive to reasonable project management and planning design.This paper mainly studies the key aspects of the database construction of the safety monitoring information system of water conservancy and hydropower projects in China,summarizes and summarizes the key operation contents and solutions of data source design,conceptual design,logical design,physical design,information replication,etc.The research results have certain reference significance for the exploration and establishment of similar systems.

 

　　Key words:water conservancy and hydropower;safety monitoring;information system database

 

 

　　水利水电工程建设不仅是调整自然资源空间分配、改善自然资源配置最关键的工程建设手段之一，而且是河道防洪工程系统的主要组成部分。水利水电工程项目在提升经济效益、社会效益的同时，也带来了相应的安全隐患。研究建设我国水利水电工程的大坝安全监控系统，获取并存储有关工程大坝的监测数据，可对信息系统进行整合、加工、处理，用较为完善的系统模型进行综合研究。其主要涉及监测仪器、自动控制、数据库设计、信息处理等多个领域，一般由设备集成系统、信息输入子系统、信息处理子系统、数据挖掘子系统、结果报告子系统这五个部分构成。
 

 

 

　　水利工程安全监测系统是融水情和水库安全信息采集、整理、分析、评价为一体的综合性系统，总体由分布式测控网络、局域网、远程互联网等构成系统通信网络，将现场监控层和管理层连为一体，形成完整的监测系统。测控网络采用分布式设计，

 

　　在每座大坝布设一台现场终端，通过RS485现场总线与ADAM4520采集模块连接，利用终端微机收集和处理采集数据，形成分布式采集终端；现场终端通过无线网络与监控中心的计算机通信，形成分布式监控网络；监控中心对终端数据进行收集与分析；渗流是衡量水库安全的重要指标，应根据地质与水文勘测资料，在各坝体布设浸润线及渗流量监测装置；为监测大坝水平和竖直位移情况，应合理布设坝体水平和垂直位移监测断面和监测基准点。

 

　　数据处理子系统可以提供方便快捷的监测数据、监控信息、现场数据及多媒体信息，具备安全可靠的信息加载、清除、更改等技术，以及完备的输出能力。该系统可以制作行业标准及客户需要的各种表格，制作图形直观、数量丰富的专业绘图，同时发挥超强的计算、分析、整理等功能。

 

　　大数据分析子系统可以实现专业的建模数据分析、实时综合统计分析、离线数据分析和推理、专家系统、正反统计分析等。所有信息必须是对用户开放的，并可供用户自行查询、保存、扩充。而数据库也要能保存中间数据，如各种应用程序间的信息。

 

　　结果发布子系统可以把检测结果、大数据分析成果、预报预警等信息统一管理起来，并通过网络向外部发出。这时，就需要数据库和网络服务器有良好的连接。而如果将GIS系统整合在一起，成为整个信息系统运行的门户和成果发布的网络平台，将极大地增强整个信息系统的界面良好性、易用性和可扩展性。

 

　　综合数据库系统的组织设计属于逻辑设计的范畴，在物理实现上，各种信息要尽量联合存储到一个或若干具体的数据库系统中，以便于实现信息关联功能。

 

 

　　(一)安全监测信息系统数据源设计

 

　　水利水电工程安全监控网络系统具有类型多样、数量庞大、架构异常复杂的特点。按获取数据的方式可以将其区分为人工观测、自动监测、通过互联网获取、基于历史数据获得这几种形式。按照信息的形式，又能够划分为图形信息、数据类型信息、声音数据、图像信息等。与此同时，可以将数据划分为直接采集到的原始数据信息及通过电脑各种操作后处理采集的数据信息。以新建的公明水库工程为例，其由六座工程构成，泄洪渠道主要布设于5号、6号工程中间的垭口处，鹅颈水库—公明水库连通隧洞工程双向输水，以及公明水库至大石岩水库输水工程。其中，综合自动监测信息系统主要由工程安全监控系统、闸门及流量监控系统、水利雨情遥测系统、水资源在线监控系统、视频监测系统、通信网络、安全防护系统建设、生产辅助系统组成。水利水电工程安全性检测体系中最重要的数据信息就是检测的数据处理信息和监测系统信号，而这些技术数据资料又是判断与评价水利水电系统工程安全性与可靠性等结果的基础。因此，在集成数据库系统中可以保存技术数据、系统信息、项目数据、产品资料等数据信息，从而保证系统的正常运行和系统的可靠性[1]。

 

　　(二)安全监测信息系统数据库概念分析

 

　　将采集到的数据信息存入数据库系统中的数据输入子系统，包括人工观测采集的资料数据、从历史数据中得出的有用资料数据及通过系统智能获取的资料数据。为保证数据信息的真实性，对信息进行可靠性试验、差错排除是十分有必要的。以上措施都能根据需求应用不同的计算机技术开展智能处理工作。数据管理子系统的基本功能是查找系统、数据及水利水电工程信息，且能依据用户的需求构

 

　　建各类图表。因此，数据库系统除了应具有完善的数据结构，还必须能与子系统内部的大数据相连，以保证数据安全和可靠性；而数据分析子系统则主要是对数据库系统中的数据分析信息进行在线和离线推理分析及专业的建模数据分析等各种数据分析操作，因此需要数据库系统中相应的数据分析信息、方法和相应知识库对其予以支持[2]。

 

 

　　(一)异构数据库系统功能

 

　　基于异构数据库的水利工程信息管理系统，其异构数据库系统须满足以下功能要求。第一，数据获取。异构数据库从各业务系统定时、批量地获取变动数据。各业务系统应将每天更新的数据存入自建的临时数据库中，并开放通信端口和提供接口，异构数据库在每日的零点通过接口批量获取变动数据。第二，数据筛选。异构数据库对从各业务系统中获得的数据进行清洗，获取的数据可能存在不符合规范的情况，还可能有数据缺失和不一致等问题。异构数据库需要对相应的问题进行查证、识别、转换和处理，使之符合数据分析的要求并存储。第三，数据接口。异构数据库为各业务系统订制接口和开放端口，业务系统能通过相应接口向异构数据库主动推送所需的实时信息。第四，数据配置。异构数据库具备配置能力，能动态配置要接入的系统、提供的接口及端口。第五，数据分析。异构数据库对来自不同系统的数据进行整合处理，运用大数据分析技术和机器学习方法，对工程运行进行更加准确的分析，提供综合性更强的各类统计报表，为决策提供有力支持。第六，数据交互。异构数据库提供给各业务系统的接口及各业务系统提供给异构数据库的接口都采用WebService技术，接口的返回值为JSON字符串，这使得运行在不同机器上的不同应用不用借助附加的、专门的第三方软件或硬件，就可相互交换数据或集成。

 

　　(二)数据收集与预处理

 

　　实施整合前对已有的各类分散数据进行收集与预处理，是后续具体整合工作的基础。根据整合需求收集各类数据资料的样表、数据库模型、设计模型、设计文档资料等信息；根据归并数据源物理集中的需要收集纸质报告、数据报告、数据电子文件、数据库备份文件及其表结构标识符等说明文档，并进行补充完善，以满足数据库设计与采集的要求[3]。

 

　　(三)主要功能与关键技术

 

　　1.水雨情监测与预报水情监测

 

　　水雨情监测与预报水情监测是水库安全监测的关键内容，可为水库安全运营、水资源调度管理、

 

　　|图情信息研究|

 

　　水情预警提供有效支撑。监控中心的计算机可以实时采集水、雨情监测信息，并将采集记录与水雨情信息写入数据库。在线监控系统可根据雨量及水库水位监测数据，发布水情、雨情、洪汛评估、预警信息。

 

　　2.防洪安全监控优化调度

 

　　依托当前的先进计算机技术、信息处理技术、智能技术等，建立基于蓄满产流模型和等流时线汇流模型的智能洪水预测模型，并结合在线安全监控系统收集的水情、雨情监测数据及历年水情、雨情、汛情数据，精准预测和评估洪汛信息。该系统可根据水情、雨情监测信息，进行洪汛预测、预警，为水库防洪、水资源调度管理提供信息支撑。同时，可根据洪汛预警信息和实时水情制订防洪调度预案，为防洪调度的决策提供支持。在水库水位接近警戒值时，实时监测系统会向指挥中心发出警报信号，并向安全监控专家系统提供水情、雨情、工情信息，系统可根据当前的水情、雨情、工情，从模型库中调取贴合当前情况的调洪分析模型，进行调洪模拟分析，让决策者根据洪汛信息、调洪模拟分析及水库安全评估情况，选择符合当前工情的调度方案，做好防洪调度和水资源利用。

 

　　3.大坝安全监控

 

　　依托水库工程，将坝体渗流监测和坝体变形监测作为安全监测的主要内容。渗流现象是造成大坝结构失稳的重要因素，安全监测系统的渗流模型，可根据渗流量、浸润线等监测数据评估渗流形态，对大坝进行抗渗抗滑稳定性分析、渗流水利坡度分析、渗流破坏分析等，合理评估大坝的安全性能。因地质灾害、洪汛灾害、渗流破坏等原因造成的大坝异常位移，是坝体结构失稳、发生溃坝的先兆，可在主坝及各副坝坝顶和背水坡设立多个位移监测断面和监测点。大坝安全监控系统与在线安全监控系统联机运行，对坝体移位、渗流情况进行实时监测，并根据监测数据，定时给出坝体安全评估报告，对监测到的异常渗流、异常位移立即报警，并启动动态监控模型。

 

　　4.水安全水资源联合优化调度

 

　　保证水资源的安全、可持续利用是水利工程建设的根本目的，水安全水资源联合优化调度，可在保证上下游安全的基础上，提高水资源利用率，最大限度地提升水利工程的社会和经济效益。水安全水资源联合优化调度主要包括以下内容。一是汛期做好预防性防洪调度；二是旱季做好灌溉用水调度；三是协调防汛、蓄洪、灌溉和发电调度，调整和优化用水结构，消除水害，提高水资源利用率。在满足防汛抗洪预防要求及灌溉用水要求等社会效益的前提下，优化经济效益目标，提升水库发电效益[4]。

 

　　水安全水资源联合优化调度要点如下：根据水库库容、上下游雨汛季节分布，合理调整最佳防洪库容，确保防洪调度的可靠性；根据历年下游灌溉用水情况及当年雨汛情况，合理分析和预测下游灌溉用水需求，形成合理的灌溉用水调度；根据系统收集的水、雨、季节气候因素预测洪汛情况，并结合工程泄洪能力、防洪标准等，制订可靠的防洪调度预案；做好往年来水、蓄水、灌溉用水的调度记录，分析历年来水、蓄水、灌溉用水的关系，结合当年监测情况，制订合理的汛期蓄洪调度方案和灌溉用水调度方案；结合往年来水、蓄水、灌溉用水数据，量化调度模型约束条件，并根据历年数据做好持续优化，提升调度模型分析效果；根据实际水情、雨情、工情，适时调整和优化调度方案，获得最佳效益。
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　　建立完善的水库安全监测系统，可为水库汛期防洪调度、下游旱季灌溉用水调度、发电调度提供有力支持，提高水库的防洪能力，消除水害，充分发挥水库的社会和经济效益，科学合理地构建研发水利水电安全监测信息系统数据库，提升水利水电安全管理工作的可靠性。