中小型水库大坝安全自动监测系统解决方案

一、方案背景
我国现有各类水库84926，其中大型水库415座，中型水库2618座，小型水库81893座。大多数中小型水库建于六、七十年代，属“三边工程”，一方面大部分水库防洪标准低、工程质量差、淤积严重，有效库容萎缩，处于带病运行状态，另一方面不少水库已达到或超过设计服役年限，老化严重，水库工程潜在的安全隐患突出。
水库安全度汛一直是我国防汛抗洪的难点和重点，中小型水库的安全度汛已成为当前全国防汛工作的一个薄弱环节，大部分水库缺少必要的水雨情测报及大坝安全监测等设施，检查手段落后，隐患很大。一旦发生局部暴雨洪水，极易引发溃坝事件，轻则造成财产损失，重则造成重大人员伤亡或毁灭性灾害，在这种情况下，水库大坝安全自动监测系统建设，实现水位、雨量、大坝的渗压、渗流、应变等实时监测和预警就是非常必要的，可以实时动态的掌握水库运行信息并进行预警，如果水库的监测数据发生异常，水利部门的有关人员可以及时掌握情况并采取措施进行应急处理。所以在此，我们主要分析、提出中小型水库大坝安全监测的解决方案。
二、系统组成
中小型水库大坝安全智能自动监测系统设施建设总体目标，在智慧水利总体架构的 基础上，构建雨水情测报和大坝安全监测设施建设项目的总体架构。总体架构包括感 知层、网络及基础设施层、数据资源层、应用支撑层、应用层、展示层六个层次，纵向形成网络安全、运维保障两个体系，最终形成六横二纵的智慧水库管家架构体系， 其中网络及基础设施层、数据资源层、应用支撑层、展示层，以及网络安全、运维保障两个体系与智慧水利一致，在此基础上，建设雨水情测报和大坝安全监测设施的感知层和应用层，主要实现水库实时水雨情及工情信息的采集、网络传输、数据存储、 应用管理、防汛预警、动态监测等功能。
感知层：通过构建全方位的立体感知网，实现对水库各类信息及时、全面、准确、稳定的监测、监视和监控，主要包括水库雨情、水情、视频、渗流、变形等信息。

网络及基础设施层：依托水利云，为雨水情测报和大坝安全监测设施提供网络、传输与基础设施服务。

数据资源层：基于水利数据中心，构建水利工程建设与运行管理数据库，实现对各类数据的规范化存储与管理，为系统提供数据支撑，满足当前及远期水利工 程数据管理需求。

应用支撑层：综合运用智慧水利应用支持层资源，包括基础应用支撑、智慧使能 支撑、服务资源管理三部分，采用基于面向服务总线的 SOA 和具有服务网格化特征 的微服务相结合的双引擎框架。

应用层：在全面梳理雨水情测报和大坝安全监测设施业务基础上，以水库全链条业务为核心，打造全省小型水库安全运行智慧监控云平台。采用“统一部署，多级应用” 的建设模式，创建以省、市、县多级行政区域水库联网统一运维为特征的水库综合管 理服务模式，为水库的运行维护提供全方位解决方案。融合感知、巡检、维养、防洪、 安防、运维、政务等各项业务于一体，提供系统的、完整的、管家式服务。

展现层：通过统一身份认证、统一门户以及综合信息展现，使政 府用户、企业 用户以及公众用户可以全网统一认证及漫游。

网络安全体系：在全面分析和评估本项目各要素的价值、 风险、脆弱性及所面 临的威胁基础之上，遵照根据《中华人民共和国 网络安全法》、《网络安全等级保 护条例》、《水利网络安全顶层设计》、《水利网络安全任务细化实化方案》的要求， 结合水库信息化实际，构建网络安全体系，保障系统安全、运行稳定可靠。

保障体系：明确工作领导机构，落实省、市、县三级工作分工和协调机制，建立 并完善平台建设与运维机制，加大雨水情测报和大坝安全监测设施技能培训，提高各 级水行政主管部门人员数字化素养；制定水利业务优化再造标准、数据共享标准、技 术应用标准、系统集成标准等水利行业标准规范体系。加强标准规范的实施评估，及 时组织修订完善，推动标准全面贯彻落实。
三、系统主要功能
数据实时监测：实现在线监测的地图显示、查看，包括监测设备的快速查询显示、监测数据展示、报警情况显示及监测数据曲线图的实时展示，通过系统主界面的显示功能，可以查看设备的位置、运行状态，掌握其水库库坝体浸润线及坝体内孔隙水压力、库内水位、水库出入入流量、降雨量、坝体位移的实时监测。
及时报警：通过布设在坝体内部和表面的各种类型的传感器，获取大坝变形、渗流、沉降、位移、水文、气象等相关数据。传输到相关软件系统，实现对整个坝体的全方位实时监测。等数据超过告警上限时系统自动根据该预警数据发布不同级别的报警信息。可设置多级报警，支持弹出软件窗口报警、邮件报警、短信报警及声光报警等功能多种方式传达至相关领导和责任人。

视频远程监控：包括对上下游水区、坝上、坝下和闸房内部的实时视频监控，用户可以从监控终端中实时的看到现场的视频图像，同时还可以通过软件控制现场摄像机镜头以及云台，根据需要调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及视频角度等，满足用户对现场多方位视频图像的监控需要，确保水库大坝运行安全。

数据分析预判：对大坝浸润线、库水位、实时雨量、大坝渗流量及坝体位移历史数据等相关数据进行综合比较分析，推算出各类坝体运行数据的时间和空间的相关性，综合判断坝体健康状况。

GIS模拟建模：在适用前提下将水库大坝安全管理过程中的新思想、新方法融入到系统开发，做到数据和图形相融合、GIS与数学模型相结合，把科学计算的结果通过三维情景表现和动态的形式直观表现。

操作便捷：具备LCD液晶显示屏以及多功能输入键盘，用于现场参数设置、人工置数、安装调试、状态显示等功能，以及串口配置方式。 支持多种工作模式（包括自报式、查询式、兼容式等），最大限度降低功耗。
四、系统主要特点
█可实现水库大坝渗压、渗流、应变、水位、温度，水库周围降雨量等数据的自动采集、发送、实时传输。可实时远程监测大坝的各测试参数，可根据需要设定采集频率、测点数据，对原始数据可进行各种计算。

█系统监测设备采用低功耗设计，可采用太阳能结合电池供电形式，不受野外偏远山区等环境局限。

█具有高可靠性和耐恶劣环境能力，监测设备和传感器具有全防水的结构,，系统具有多级防雷击及强电感应荷载冲击的能力。

█可对水库大坝的采集数据进行专业评估，按水利专业要求进行相关的数据的计算、评估与处理，以适应各种评测模型的需要。

█数据能够以各种数据库形式保存并可进行历史数据查询，还可以直接生成EXCEL或其他形式报表。同时数据可实时保存到网页报表中，提供网页远程浏览各种数据。
█数据可以以各种图形方式显示，包括时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式。

█具有数据越限报警功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警画面和报警信息，同时还可提供各种声光报警等多媒体提示。

█实现对系统信息打印的功能，支持对图形、报表、曲线、报警信息、各种统计计算结果等的打印。
五、系统意义
中小型水库大坝安全自动监测系统解决方案可以有效对小型水库进行全天候实时监测，实时掌握水库水位、雨情、视频监控、水质、数据、位移监测情况，如有预警险情，第一时间采取应对措施，同时可以利用水库大数据、气象数据对汛期水库水位进行预测，提前做好相关部署，对当地水库水位监测防洪减灾工作的有序进行具有重大的意义。为相关部门提供决策依据，保障民众生命财产安全。