三门峡大坝安全监测软件的设计与开发

三门峡大坝安全监测软件的设计与开发*THE DESIGN AND DEVELOPMENT OF THE SOFTWARE FOR THE SAFETY MONITORING SYSTEM OF THE SANMENXIA DAM王恒斌　崔　庆Wang Hengbin ,Cui Qing(水利部黄委会防汛自动化测报计算中心,河南郑州)(CFFC FOR YRCC ,Zhengzhou ,Henan )曾长宏Zeng Changhong(三门峡水利枢纽管理局,河南)(Administration of Sanmenxia Key Water C onservancy Project ,Henan )【摘　要】　着重介绍了微机视窗环境下建立三门峡大坝安全监测系统软件的设计开发方法及所建系统的功能和特点。

【关键词】　大坝监测　自动化　软件　视窗环境　Window s *到稿时间:1996-07-151　前言三门峡大坝安全监测系统经5年多更新改建现已基本完善,由水利部黄委会防汛自动化测报计算中心、中国水利水电科学研究院和三门峡水利枢纽管理局共同研制开发的三门峡大坝安全监测系统微机自动化软件也完成并投入使用,该软件除离线分析子系统外,采用先进的视窗环境,界面友好、功能完善、易学易用。

2　国内大坝监测系统软件的发展水平由于大坝安全监测越来越受到水利工程管理部门的重视,在工程上具有先进可靠的数据采集、数模转换及数据传输仪器设备之后,建立先进的大坝安全监测的计算机管理系统,成为提高大坝安全监测技术水平的重要环节。

因此,进入80年代以来,国内一些高等院校和科研部门投入大量的人力相继研制开发或引进消化吸收了不少这类软件系统。

这些各具特色的系统基本都能满足工程实际的功能要求,但这些系统的建立由于受同时期计算机软硬件发展水平的制约,难以满足越来越高的大坝监测工程要求,尤其是工程单位在用户界面方面的要求。

进入90年代以后,计算机软硬件技术更有突飞猛进的发展,尤其是微机上的视窗(Window s)环境的推广,为建立功能全面、使用更加方便的大坝安全监测自动化微机系统提供了良好的契机。

3　三门峡大坝监测软件的设计开发方法3.1　DOS 环境的特点80年代的微机软件环境大多是字符方式DOS 环境,应用系统的启动要靠敲入一行命令字符来实现,直观效果差且容易出错,而且由于开发工具和开发者的习惯不同,不同应用系统的驱动机制和使用方法没有一个统一的标准。

用户每接触一个系统,必须花费一定的时间学习了解该系统的使用方法;且DOS 环境的另一个问题是,随着微机硬件技术的迅速发展,微机的内存容量成倍增长,但如何使用这些内存,DOS环境下没有一个方便的方法,系统开发人员要想充分使用计算机的内存必须充分了解其内存结构并谨慎地操作它们,显然这对大多数软件开发人员来说未免要求太高了。

3.2　视窗环境的特点80年代诞生的微机视窗(Window s)环境引发了微机应用环境的一场革命,自视窗3.0推出以后,到1995年Win95推出,视窗环境得到了越来越广泛的应用。

它的图形化用户界面,先进的内存管理技术,统一的软件界面标准,受到用户和开发者的青睐,用户可以通过简单的鼠标点击或敲击键盘的一个回车键,即可启动一个系统。

各种系统具有风格统一的菜单驱动方法和对话管理机制,用户只要学会了该环境下一个系统的使用方法,就可以毫无困难地运行任何一个新系统,软件开发人员可以不关心微机的内存结构,只要利用视窗环境所提供的内存管理功能,便可以充分使用微机本身庞大的内存资源。

3.3　系统设计开发方法根据视窗环境的特点和大坝监测系统的功能要求及实际使用要求,大坝监测软件设计和开发方法主要有如下几点。

(1)按功能把系统分解成多个独立的程序,即分解成几个相对独立运行的子系统,既可以减少内存开销,加快运行速度,还可以在必要时分前后台同时运行多个子系统。

(2)把一些经常交叉调用的函数建成动态库,如系统用户检查、数据处理等,可用搭积木的方式合并到一个程序之中,再把这个程序设计成可同时调用的动态库(不是DOS的静态库或内存驻留程序)。

这样,第一可减少程序的编码量,第二可减少执行程序的体积,第三可在同时运行多个程序时,减少内存开销。

(3)根据环境特点设计系统界面,这一点对已习惯于DOS环境系统设计者是至关重要的,不要以DOS环境的界面设计观念指导设计,一般应用程序不要独占视窗环境及其所有资源,而只靠一个可见的任意大小的矩形区域(窗口或图标)标示其当前状态。

用户可以同时运行多个程序,完成多个任务,需要使用哪一个子系统,只需激活那一个子系统的窗口环境即可。

(4)把每一次用户交互信息设计成标准的对话窗口,同一个对话窗口中,依据交互信息的不同选用不同的对话控制(如静态文本、编辑框、列表框、检查框、无线按钮等)尽量减少用户击键次数,使用户少输甚至不输汉字,并提供容错处理和简单的帮助。

工程应用系统一般需要很多对话窗口,三门峡大坝安全监测系统设计共有50多个这类对话窗口。

图1是用户用来选择测点的对话窗口。

图1　测点选择对话窗口(5)尽量减少冗余数据,大坝监测系统的数据关联性很强,许多工程参数和系统参数既需要用来描述仪器又需要用来描述测点和测站,如果在相应的参数文件中保存参数值本身,则既增加参数文件体积,造成提取参数时的内存开销,又极易导致系统描述的不一致。

三门峡大坝安全监测系统中采用对那些枚举型参数自动编号,只在一个文件中保存参数值,其它参数文件中以序号代替的方法,在用户查看或更改时自动以参数值本身的面目出现,如图1中选择测点的坝段名就是以这种方式实现的。

(6)使用动态内存分配技术。

虽然视窗环境应用系统可以使用的内存远比DOS环境的大,但不考虑内存优化仍会出现许多问题,如果不采用内存动态分配技术,或者处理能力十分有限,或者程序非常庞大笨重。

内存管理的另一个问题是程序模式设计和模块划分,如果设计不当同样会出现上述问题,三门峡大坝安全监测系统的软件开发中,大量采用内存动态分配技术,使执行程序大小不足200K 却能管理一个很大的系统,只要微机内存允许,安全监测系统的仪器和测点数目几乎没有限制(小于32767)。

(7)建立有效的系统安全保护。

三门峡大坝安全监测系统采用用户分级管理,口令自行维护,以微机硬件参数形成口令密钥。

(8)选择合适的开发工具。

大坝安全监测系统软件的主要任务是大坝观测数据的自动采集与处理,包括测值有效性识别,自动采集仪器读数的测值计算、模型分析等,而数据报表化处理任务相对较小,因而宜采用高级语言作为视窗环境下大坝监测系统的软件开发工具。

4　三门峡大坝安全监测系统软件的功能4.1　系统软件的命名三门峡大坝安全监测的微机软件系统是脱离具体工程的特殊性设计的一套水工建筑安全自动监测系统(Auto matically M onitoring Sys-tem for H ydro lic Engineering Safety ),可以十分方便地移植到其它水利工程的自动化或非自动化安全监测系统中,因而称为AM HES 水工建筑安全自动监测系统,简称为AMHES 系统。

4.2　系统的组成AM HES 由系统管理、日常监测、查询服务和离线分析四个子系统组成,除离线分析系统由多个DOS 环境的可执行文件组成外,其余子系统都只有一个独立的视窗环境执行程序。

另外有两个靠各子系统间接调用的工程简图显示与维护程序和数据采集服务器程序,以及一个供各子系统调用的动态库。

图2是AM HES 的逻辑结构框图。

4.3　系统功能4.3.1　日常监测子系统完成大坝安全监测的日常监测工作。

包括全部或某几个自动化测点的数据采集,读数测值转换,读数测值写库,测值的图上实时显示、分析、判断,人工测值录入,环境量数据的录入,监测数据报表打印。

4.3.2　离线分析子系统与其它子系统不同,该子系统是用FOR-T RAN 和汇编语言混合开发的一组DOS 应用程序,其主引导程序为SM X .EXE 。

该子系统可以根据较长序列的监测数据建立统计模型、混图2　三门峡大坝安全监测系统逻辑结构图合模型和分布模型,用于对监测数据进行分析判断,还可以对监测数据进行模型检查,过程线、包络线、分布规律和相关关系检查及分析,可以绘制和输出检查数据的过程线和相关曲线。

4.3.3　查询服务子系统可以检索根据测点特征指定某些测点在指定环境量条件下,指定测值范围内,指定时段或季节的测值序列和统计信息;可以查询指定测点或仪器或测站的特征参数。

4.3.4　系统管理子系统完成大坝安全监测系统的用户管理,系统工程参数的命名、录入和修改,仪器、测站、测点的参数命名、录入和修改,这些参数文件的备份和恢复,测点分组管理,监测数据文件(包括仪器原始读数文件和测值物理量文件)的初始化,原始读数文件的备份和恢复,原始读数到测值物理量的重新转换及转换方法设置,图形文件的比例调整和断面视图指定,自动化数据采集端口特征设置,监测数据报表设计等。

5　结语从AM HES的使用情况可见,AM HES系统具有功能完善、界面友好两大优点,能满足一般水利工程安全监测系统信息管理的要求。

系统具有良好的扩充能力,可以处理多种监测仪器数据,可以在同一台机器上实现多种仪器、多个通讯端口的自动化数据采集和数据分析处理,达到了系统的设计目标。

福建省古田溪一级大坝变形自动监测系统通过验收福建省古田溪一级大坝变形自动化监测系统工程验收会于1996年10月4日～5日在古田溪水力发电厂召开。

会议由省电力局主持,参加验收工作的有电力部大坝安全监察中心、福建省电力工业局、武汉水利电力大学以及设备仪器制造厂家和有关兄弟单位的专家共33人。

古田一级大坝变形自动监测系统由武汉水利电力大学设计,系统由4条倒垂线、10条正垂线、4条引张线和2套静力水准装置组成。

系统采用的遥测仪、中心站微机控制设备由福州鼓楼无线电八厂提供,并由该厂负责安装调试。

该系统共装有监测仪器67台,中心站机房设一台486计算机、F8-1集控器、F232光耦驱动接口等,在右岸观测房、坝顶中部及327廊道进线处均设有防雷驱动接口,各测点传感器通过通讯电缆连接并与中心站相连组成网络。

系统具有数据及时采集,日、月报表打印,绘制过程线等功能。

会议期间,专家、代表们听取了设计、施工、仪器厂家、电厂等方面所作关于系统的调试、运行情况总结以及资料定性分析报告。

专家代表还对现场的仪器设备、中心站微机监控系统进行了认真检查,对系统的布置、施工状况,遥测仪器的性能与运行情况进行了讨论,对系统采集的资料进行了分析,认为该系统设计方案完整、合理,运行期间采集的资料连续性好,仪器稳定,精度达到要求,能反映大坝运行变化规律,系统已达到要求,代表们一致同意通过验收。