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基于物联网技术的智能水库巡查系统应用研究

发表时间：2020/10/16 来源：《基层建设》2020年第19期作者：迟钧键

[导读] 摘要:随着经济和各行各业的快速发展，针对目前水库大坝安全监测巡查环节中存在的制度不完善、人员分散、时效性差、基础资料散乱等诸多问题，将物联网技术应用到水库巡视检查中，打造物联网技术的智慧巡查系统。

        大连东软信息学院辽宁省大连市 116033
        摘要:随着经济和各行各业的快速发展，针对目前水库大坝安全监测巡查环节中存在的制度不完善、人员分散、时效性差、基础资料散乱等诸多问题，将物联网技术应用到水库巡视检查中，打造物联网技术的智慧巡查系统。结合武鸣仙湖水库、定标水库实际情况，开发了基于物联网技术的智能水库巡查系统。该系统的成功运用提高了水利工程管理工作效率，对各类水库大坝的巡查工作具有很好的借鉴作用。
        关键词:物联网;安全监测;智能巡查;水库
        引言
        水库大坝安全巡视检查是安全管理工作的重要组成内容，具有实时性、多样性、全面性等特点，是仪器监测无法替代的。我国现有水库9.8万多座，大、中型水库只占不到5%，绝大多数是小型水库，《水利部建管司关于开展全国水库大坝安全监测情况调查的通知》（建管函〔2016〕12号文）的函调结果说明，近一半的小型水库巡视检查是其主要的安全监测手段。据国内外有关资料统计，通过巡视检查发现大坝的重大安全隐患，约占出险水库总数的70%。随着三级责任人分级负责原则确立，不断强化与落实大坝安全责任制，严格日常管理工作，加强巡视检查和安全监测等工作成为强化水库工程日常管理的主要内容。
        1概述
        大坝安全监测是保障水库大坝正常运行的重要技术手段。大坝安全监测分为日常巡视检查及定期监测分析。日常巡视检查是通过人工方式对水工建筑物的基本情况进行感官判断，也是最直接的方法;定期监测分析是通过收集监测数据进行汇总，并根据相关规范开展内业资料整编分析。二者均有其优势和不足，二者共用，优劣相互弥补，是构建水库大坝安全管理的手段。近年来，随着网络技术的飞速发展及水利工程信息化建设水平的不断提升，定期监测分析的数据监测基本由人工观测逐渐转化为自动化仪器观测。然而，随着水利数字化建设的飞速发展、各类水工监测设备仪器技术的快速优化，以及自动化监测技术的不断革新，给目前的水利安全监测带来了一种不好的现象，即大坝安全监测过度依赖自动化设备，从而忽略了日常巡视检查。这样一来，一方面，会导致无法及时掌握水库大坝的实际状况;另一方面，由于监测数据时空的不连续性、仪器故障，不可避免地存在监测盲区、漏检情况。因此，只有将大坝日常巡视检查与自动化监测相结合，才能全方位掌握水库工况。大坝日常巡视检查具有直观性、及时性等优点，是大坝监测仪器及其自动化所不能替代的。
        2智能巡检系统需求
        智能巡检系统是加强水库信息化能力，提升水库安全监督管理的重要手段。2019年全国水利工作会议上水利部领导明确指出应开发推广水库大坝安全智能巡检系统。传统巡检工作管理中的主要难点是指令下达无法简短明晰，巡检目标情况复杂多变，巡检元素定位困难，巡检过程无法监督，巡检报告难以规范，另外，工程情况复杂，工作强度高，管理多头化等问题均让巡检工作不著见效。巡检智能化的要点是结合不同时期的日常、年度、特殊等巡检要求，明确工作内容，制定切合实际的工作制度，可从以下3个方面完成巡检智能化：1）将巡检工作标准化、元素化；2）让巡检过程属性化、空间化、可视化；3）让巡检管理信息化、阶段化、制度化。随着近年来科技进步，水利工程管理要求和水平的不断提升，从3个方面实现巡检工作智能化的技术条件日趋完善，从根本上促使水库巡检采用新型通信方式、地理信息系统、大数据、移动互联、数字仿真等技术手段，构建具有感知、诊断、处置、反馈等完整智能体系的一体化巡检系统，可以预见智能巡检系统也必将成为大坝安全监测监督管理的重要手段。

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一般来说，智能巡检系统应满足以下4点需求：1）水库巡检要素元素化和标准化，要求可定位、识别、感知、记录；2）巡检功能应满足实际工作、多人与多任务操作、前端操作与后台管理、过程监管等的要求；3）巡检效果应满足事务管理与过程智能化要求（任务管理，缺陷诊断，应急处置等）；4）应实现信息展示与共享，系统操作简单，使用门槛低，便于扩展。
        3系统架构
        智能水库巡查系统是在物联网技术支撑下研发的特色管理系统，是一个多学科的综合性系统，将水文学、气象学、管理学、应用数学、工程力学和软件工程等多种专业理论知识与物联网技术相融合。其设计的目的是为了实现水利工程安全信息的快速传递、共享和综合管理，将水工建筑物监测仪器信息、水雨情信息、环境量信息等不同数据源进行规范管理，从而达到水库巡查管理精细化、实时化的深度管理目标，为水库的安全运行管理、水旱灾害防御、优化资源配置、应急决策分析提供坚实有力的技术支撑。系统由感知层、传输层、数据层、支撑层、应用层组成。1)感知层。主要作用为采集监测传感器前端数据，包括水雨情信息及大坝监测信息等。大坝监测系统中心设在仙湖水库管理所(定标水库主坝所在地)，将自动化仪器监测的数据、人工观测的数据及发生的事件进行存储。2)传输层。利用先进的信息技术，如SDH、PTN、4G/5G等，建立基础信息的承载平台，以实现各种类型视频影像、语音、图片及其他数据的传输。3)数据层。包括基础资料预制与感知层数据存储。基础资料预制即是将水工建筑物的寿命周期、尺寸数据、金属结构数据以及流域内地形、各类仪器设备资料等相关数据按规范要求建立数据模块，并预制在数据库;感知层数据存储即是将前端作业内容进行保存、分析。其功能是基于云计算的大数据分析处理，包括Fuoudationdatabase数据库、Metadata数据库及DBMS数据库管理系统等，采用Native原生技术将感知层信息加密验证后写入SG－EＲP终端平台。4)支撑层。包括WKWebView、WebView、应用Server、WebService、身份认证、权限管理等。应用Server向用户提供智能巡查系统的Internet信息服务，如Tomcat、WebLogic、Websphere等。WebService接收来自数据层的巡查数据，并导入综合数据库管理系统。用户管理和权限管理实现本系统的统一用户管理与统一身份认证，统一用户登录和访问控制。5)应用层。主要包括对大坝、溢流堰、电站厂房、金结设备、放(挡)水设施等水工建筑设施运行工况判定，以及前端监测设施的安全管理。如水雨情设备的保养维修、校准率定、报文诊断、通信测试、故障消缺等。6)安全保障体系。智能水库巡查系统安全体系主要分为终端安全、通信安全、平台安全和安全标准，为智能水库巡查系统的安全运行提供可靠的保障。一方面制定并颁布水库工程安全管理评价        体系、水库大坝安全监测数据库表结构及标识符等水利行业的信息化标准，保证水利系统资源共享与系统融合等基本要求的实现
        结语
        总的来说，智能巡检系统是符合当前水库“补短板、强监管”管理基调的重要手段，但是用好智能巡检系统还需要不断的探索研究，并与水库管理发展相适应。相信不久的未来，智能巡检系统一定对水库的安全监管起到更加重要的作用。
        参考文献：
        [1]王健，王士军.全国水库大坝安全监测现状调研与对策思考[J].中国水利，2018(20):15-19.
        [2]孙金华.我国水库大坝安全管理成就及面临的挑战[J].中国水利，2018(20):1-6.
        [3]盛金保，张士辰，彭雪辉，等.中国水库大坝管理信息化建设与应用的现状和应用[C]//中国水利学会2016学术年会论文集（上册）.北京：中国水利学会，2016:11.