基于物联网和北斗监测云的水库大坝结构安全监测技术研究与应用

发表时间：2019-01-02T10:51:07.640Z 来源：《防护工程》2018年第28期作者：王帅1 沈强勇2 沈宇翔3 张春燕4 [导读] 研究了水库大坝安全监测特点，基于监测物联网和云技术构建了水库大坝安全监测系统,

王帅1 沈强勇2 沈宇翔3 张春燕4

1.杭州市余杭区苕溪堤防河道管理所浙江杭州 311115;

2.杭州市余杭区运河流域水利站;

3.杭州市余杭区水文水资源监测站;

4.上海米度测控科技有限公司

摘要：研究了水库大坝安全监测特点，基于监测物联网和云技术构建了水库大坝安全监测系统, 实现了水库大坝安全数据的自动采集、信息化管理、状态预警与移动管理整套技术体系。以浙江余杭8个水库为研究试点，将关键技术和研究成果进行应用，建立了水库坝体安全监管云平台，并在基于GNSS的坝体三维变形预警分析上做了深入的分析与探讨，验证了整个技术体系的可行性，具有智慧水库示范应用意义。

关键字：水库大坝安全，监测物联网，GNSS变形监测，智慧水库 Research and Application of Dam Structural Safety Monitoring based on Monitoring IoT and Cloud Service Author:Wang Shuai,Shen Qiangyong,Shen Yuxiang,Zhang Chunyan Abstract: The characteristics of dam structural safety monitoring are studied, and a dam safety monitoring system has been constructed based on monitoring IoT and cloud service, which realizes the automatic collection of safety data, information management, state warning and mobile management. Taking 8 reservoirs in Yuhang, Zhejiang Province as the research pilot, the key technologies and research results are applied to establish the dam safety monitoring platform, and GNSS three-dimensional deformation monitoring analysis has been deeply discussed. The feasibility of the whole technical system has been verified and it is a demonstration application of intelligent reservoir.

Key Words: Reservoir Dam Safety, Monitoring IoT, GNSS Deformation Monitoring, Intelligent Reservoir

1引言

水库综合环境较为复杂，水坝工程构筑物表面、内部变化以及周边环境的安全状态往往难以察觉，在蓄水期和长期运行管理中，存在安全隐患，一旦出现异常状态，必须及时发现并妥当处理，否则可能导致严重后果，危及生命财产安全。因此，水库的数字化与安全监测的自动化、智能化对水库的科学管理与安全运营尤其重要。越来越多的专家学者对其倾注了大量的研究，文献[1]对水电站大坝的在线监测管理平台进行研究并实践，文献[2]研究了坝体温变效应的分析方法，文献[3]对水工建筑物安全监测自动化技术进行了研究，文献[4,5] 基于IoT研究并实践了水电站库区地质灾害监测系统。

随着监测技术的发展，越来越多的人工监测被传感器的自动数据采集代替，文献[6]研究了GBSAR在坝体安全监测上的应用。GNSS变形监测技术的发展使其满足大部分水利坝体的监测精度要求，并很好的规避了光学测量设备受水汽和距离的使用限制的问题[7,8]。物联网与云计算技术的发展又为自动化监测提供了新的组织模式，文献[9] 基于Lora构建了低功耗监测物联网平台，文献[10]将无线传感器网络应用于滑坡监测研究。

2基于物联网和监测云的水库大坝安全监测体系

依据水利部下发的大坝安全监测技术规范、水环境监测规范、水库大坝安全评价导则等相关标准要求，从水库的坝体结构监测实际情况出发，基于全球卫星导航系统，利用北斗卫星定位技术、高精度变形监测技术、物联网技术、云信息化技术等构建出的集自动化监测、智能化管理、在线监测信息管理与一体的水利安全监测系统，为大坝的运行状况提供实时安全监测数据，并通过对监测数据的专业分析，自动生成库区健康状况的评价报告，为省、市、县及水库主管部门的安全指导工作和日常管理提供决策依据。

2.1体系架构设计

目前现有的自动化监测系统，普遍存在传感设备部署配置繁琐、监测设备昂贵、数据采集与分析软件繁杂、维护难度大等问题，因此无线快速安装免配置的、小巧低成本、低故障率的监测传感器，配上自动数据存贮、备份、计算分析、预警的云服务软件系统成为应用发展的方向。

2.1.1物联网监测云的优点

物联网监测云存在以下优点：(1)减少人工及相关成本；(2)现场监测，远程监控；(3)保证监测数据的密度、连续性、完整性，构建全生命周期安全数据的存贮；(4)云端部署易于数据的备份、恢复，多平台共享；(5)可移动监测查询，便于随时随地掌握安全状态。

2.1.2水库安全监测体系架构设计

文中体系架构可分为监测传感器、监测物联网、监测云及服务三部分。监测传感器部分负责原始监测数据的采集与预处理；监测物联网负责数据的远程传输、容灾通讯；云平台及服务负责数据展示分析及其他服务。监测体系架构图如图1所示。

图1 监测体系架构图

本设计中物联网自动化监测系统与解决方案的目标为：