一种基于北斗通信的大坝群管理系统的制作方法

本发明属于水利监测领域，特别涉及一种基于北斗通信的大坝群管理系统。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，水利设施的建设发展迅速，据统计，截至2018年，我国各类水库堤坝数量已经达到9.8万余座，其中95%以上是上世纪80年代以前建设的老坝。这些大坝由于建设较早或受当时坝工技术的限制已经出现安全隐患，有些大坝由于运营管理过程中未及时发现缺陷并采取相应措施，导致安全风险增大。这不但影响到了大坝工程效益的发挥，更直接威胁着下游群众的生命财产安全。为了检测大坝的安全状况，大坝内一般都布设有形变、渗流、应力应变等多种监测仪器，用来采集监测数据，然而目前这些大坝的监测数据都只局限在大坝基地管理中心范围内，并且每座大坝独立进行监测数据分析、信息管理和安全评价工作的能力有限，监测数据很难实时到达大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门。这种分散式管理的方式一方面容易造成人力、物力和财力的浪费，另一方面导致各座大坝监测数据和分析成果难以共享。此外，大坝彼此之间存在一定的关系，尤其是当前我国在多条河流上已经形成的梯级水电站，这些梯级水电站构成了大坝群。因此如何对大坝群进行管理、对大坝群的安全状况进行评估是一个值得研究的问题。

技术实现要素：

针对传统大坝管理方式中各个大坝的监测数据在大坝基地管理中心、大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门之间无法实现实时共享的问题，本发明提出一种基于北斗通信的大坝群管理系统。在该大坝群管理系统下，各个大坝的监测数据可以通过北斗通信的方式实时传送到大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门，实现了多个机构之间的数据共享。与此同时，大坝基地管理中心可以实时接收来自大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门的指挥命令，从而有助于更准确高效地做出决策，极大地提高了大坝群管理效率。

本发明提供的技术方案是：

一种基于北斗通信的大坝群管理系统，由若干个监测网络和大坝基地管理中心，数据综合服务中心，大坝设计单位部门，大坝运营单位部门，政府水利管理部门组成；大坝基地管理中心、大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门与数据综合服务中心之间的信息传递均通过北斗通信的方式进行。

进一步优选的是，所述检测网络由用于采集大坝的形变、渗流渗压、应力应变、裂缝、位移、倾斜、温度场数据的监测仪器和/或传感器组成。

进一步优选的是，所述大坝基地管理中心由北斗收发模块、数据采集模块、数据分析模块、监测管理模块和命令执行模块组成。

进一步优选的是，所述数据综合服务中心由北斗收发模块、大坝管理模块、数据转发模块、数据储存模块、数据服务模块组成。

进一步优选的是，所述大坝设计部门由北斗收发模块、在线监控模块、综合评价模块和远程诊断模块组成。

进一步优选的是，所述大坝运营单位部门由北斗收发模块、在线监控模块、数据存储模块和报表生成模块组成。

进一步优选的是，所述政府水力管理部门由北斗收发模块、在线监控模块、监督检查模块、安全预警模块和决策支持模块组成。

本发明的技术方案，包括若干监测网络和大坝基地管理中心、数据综合服务中心、大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门。各个大坝的监测网络将监测数据传送至大坝基地管理中心；各个大坝基地管理中心将监测数据通过北斗通信的方式传送至数据综合服务中心；数据综合服务中心收到后将监测数据通过北斗通信的方式转发至大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门；数据综合服务中心能够接收来自大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门的指挥命令，并将指挥命令通过北斗通信的方式转发至对应的大坝基地管理中心；数据综合服务中心能够将收到的监测数据和指挥命令数据保存至本地数据库，以备各单位查询使用。

所述的监测网络和大坝基地管理中心，其特征在于：各个大坝均布设有形变、渗流、应力应变等多种监测传感器，多种监测传感器共同组成了监测网络，监测网络通过有线通信或者无线通信的方式将监测数据实时传送至大坝基地管理中心。大坝基地管理中心负责本地大坝的综合管理，其功能模块包括：北斗收发模块，数据采集模块，数据分析模块，监测管理模块，命令执行模块。北斗收发模块用于通过北斗通信的方式接收和发送数据，接收的数据主要是由数据综合服务中心转发来的指挥命令；发送的数据主要是监测网络采集到的大坝监测数据。数据采集模块主要用于通过监测网络采集大坝的当前状态数据。数据分析模块用于分析大坝的监测数据，从而得到大坝的健康状况和当前的环境状况等。监测管理模块用于对大坝的工作人员和大坝状态进行管理，并进行日常巡查和维护。命令执行模块用于大坝基地管理中心在收到指挥命令后作出响应并及时准确地执行命令。

所述的数据综合服务中心，其功能模块包括：北斗收发模块，大坝管理模块，数据转发模块，数据存储模块，数据服务模块。北斗收发模块通过北斗通信的方式接收和发送数据，接收的数据包括各个大坝基地管理中心发来的监测数据，大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门发来的指挥命令和历史数据查询命令；发送的数据包括大坝群的监测数据、历史数据查询结果，以及大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门发来的指挥命令。大坝管理模块主要用于对大坝群进行管理，包括大坝名称和数量的增加、删除以及大坝基本信息的更改。数据转发模块用于转发大坝群的监测数据和大坝设计单位部门、大坝运营单位部门、政府水利管理部门发来的指挥命令。数据存储模块用于将收到的监测数据和指挥命令数据保存至本地数据库，以供各个单位部门查询使用。数据服务模块用于对收到的历史数据查询命令作出回应，根据查询内容回复相应的查询结果。

所述的大坝设计单位部门，其功能模块包括：北斗收发模块，在线监控模块，综合评价模块和远程诊断模块。北斗收发模块用于通过北斗通信的方式收发数据，接收的数据包括大坝群的监测数据和数据综合服务中心发来的历史数据查询回复结果，发送的数据包括对大坝群的指挥命令和对数据综合服务中心的历史数据查询命令。在线监控模块用于对大坝群进行在线实时监控，以了解大坝群的技术状态。综合评价模块用于根据当前大坝群监测数据和历史查询数据，及时、准确、有效地评估出大坝群安全状态。远程诊断模块用于根据大坝群的综合评价结果，远程对大坝群作出诊断，向对应的大坝发送指挥命令。

所述的大坝运营单位部门，其功能模块包括：北斗收发模块，在线监控模块，数据存储模块和报表生成模块。北斗收发模块用于通过北斗通信的方式收发数据，接收的数据包括大坝群的监测数据和数据综合服务中心发来的历史数据查询回复结果，发送的数据包括对大坝群的指挥命令和对数据综合服务中心的历史数据查询命令。在线监控模块用于对大坝群进行在线实时监控，以了解大坝群的运营状态。数据存储模块用于存储大坝群的部分监测数据，主要是运营状态数据。报表生成模块用于根据大坝群的运营状态数据按月、按季度或者按年生成相应的报表，以供查询或者存档。

所述的政府水利管理部门，其功能模块包括：北斗收发模块，在线监控模块，监督检查模块，安全预警模块和决策支持模块。北斗收发模块用于通过北斗通信的方式收发数据，接收的数据包括大坝群的监测数据和数据综合服务中心发来的历史数据查询回复结果，发送的数据包括对大坝群的指挥命令和对数据综合服务中心的历史数据查询命令。在线监控模块用于对大坝群进行在线实时监控，以了解大坝群的运营状态。监督检查模块用于根据大坝群的状态情况使行政管理人员对大坝进行监督和检查。安全预警模块用于根据大坝群的监测数据进行一定的安全评价，并对异常的情况进行预警。决策支持模块用于组织专家对大坝群监测数据进行评审评价，并依据评审评价结果进行决策。

本发明的有益效果是，利用北斗通信覆盖范围广、通信距离远的优点，通过数据综合服务中心将大坝群的监测数据实时传送至大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门，各单位部门可以“足不出户”了解到并记录各个大坝的状态，远程对大坝群进行诊断和管理，根据需要向各个大坝基地管理中心发送指挥命令，极大地提高了大坝群管理效率，推进了大坝群的现代化和信息化管理水平。

附图说明

图1是本发明专利的结构示意图

图2是大坝基地管理中心功能模块图

图3是数据综合服务中心功能模块图

图4是数据综合服务中心数据处理流程图

图5是大坝设计单位部门功能模块图

图6是大坝运营单位部门功能模块图

图7是政府水利管理部门功能模块图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种基于北斗通信的大坝群管理系统，由若干个监测网络和大坝基地管理中心，数据综合服务中心，大坝设计单位部门，大坝运营单位部门，政府水利管理部门组成；大坝基地管理中心、大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门与数据综合服务中心之间的信息传递均通过北斗通信的方式进行。

进一步优选的是，所述检测网络由用于采集大坝的形变、渗流渗压、应力应变、裂缝、位移、倾斜、温度场数据的监测仪器和/或传感器组成。

进一步优选的是，所述大坝基地管理中心由北斗收发模块、数据采集模块、数据分析模块、监测管理模块和命令执行模块组成。

进一步优选的是，所述数据综合服务中心由北斗收发模块、大坝管理模块、数据转发模块、数据储存模块、数据服务模块组成。

进一步优选的是，所述大坝设计部门由北斗收发模块、在线监控模块、综合评价模块和远程诊断模块组成。

进一步优选的是，所述大坝运营单位部门由北斗收发模块、在线监控模块、数据存储模块和报表生成模块组成。

进一步优选的是，所述政府水力管理部门由北斗收发模块、在线监控模块、监督检查模块、安全预警模块和决策支持模块组成。

参照图1，本发明提供的一种基于北斗通信的大坝群管理系统，包括若干监测网络和大坝基地管理中心、数据综合服务中心、大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门。其中大坝基地管理中心、大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门与数据综合服务中心之间的信息传递均通过北斗通信的方式进行。

每个大坝都包括有监测网络和大坝基地管理中心，监测网络由多种监测仪器或传感器组成，这些监测仪器用来采集大坝的形变、渗流渗压、应力应变、裂缝、位移、倾斜、温度场等数据。从安装形式来说，这些仪器有些属于埋入式，有些属于外部安装型。多种监测仪器共同组成了监测网络，通过双绞线、同轴电缆、光纤或者无线的方式将测量数据实时发送至大坝基地管理中心，由大坝基地管理中心统一进行数据处理。

大坝基地管理中心作为本地大坝的核心管理机构，执行对大坝的综合管理任务。其功能模块包括：北斗收发模块，数据采集模块，数据分析模块，监测管理模块，命令执行模块，如附图2所示。北斗收发模块用集成了北斗接收和发送功能的终端所实现，每个北斗终端都具有唯一的sim卡号。北斗终端布设在大坝基地管理中心的顶层，具体包括北斗收发天线、调制解调电路、北斗控制芯片、北斗sim卡、电源电路、防雷机构和rs232串口通信电路。大坝基地管理中心通过检测北斗终端的rs232串口通信电路的电平变化来判断是否收到了北斗数据。

数据采集模块主要用于通过监测网络采集大坝的当前监测数据，用高速混合数据采集卡来实现。高速混合数据采集卡可以同时采集模拟信号和数字信号，并且可以根据不同的监测仪器类型设置不同的采集速率，以达到接收和采集速率的适配，最终将所有监测数据汇总并传输至数据分析模块。

数据分析模块即大坝数据分析软件，该软件集成了统计、计算、平滑、分析等多种算法，能够对当前的和历史的大坝监测数据进行分析，生成监测数据随时间变化的图表，从而让工作人员了解到大坝的健康状况和当前的环境状况等。

监测管理模块由多个监测数据显示屏和监测计算机实现。大坝基地管理中心设立有多个显示屏，用来实时显示大坝的监测数据，管理人员通过计算机设备或者人工实时对这些数据进行监视，起到监测管理的作用。如果发现某个监测数据出现异常，则可以第一时间采取一定的措施，并且上报上级管理部门。大坝基地管理中心的监测计算机发现监测数据更新后，通过北斗终端将监测数据实时发送至数据综合服务中心。

命令执行模块，即大坝基地管理中心人员根据指挥命令作出响应的过程。当北斗终端收到了来自数据综合服务中心的数据时，先判断该数据的类型，如果该数据属于来自于大坝设计单位部门、大坝运营单位部门或者政府水利管理部门的指挥命令，则转入到命令执行模块，按照命令内容作出响应，即由工作人员及时准确地执行命令，如调整水量大小、打开或者关闭机电设备等。

数据综合服务中心的主要功能模块包括：北斗收发模块，大坝管理模块，数据转发模块，数据存储模块，数据服务模块。其功能如附图3所示，北斗收发模块类似于大坝基地管理中心的北斗终端，采用唯一的北斗sim卡号进行标识。大坝管理模块即大坝管理软件，执行对大坝群管理的功能，可以对所管理的大坝进行添加、更改和删除。如果新建立了一个大坝，则该大坝需要向数据综合服务中心进行注册，告知数据综合服务中心该大坝的名称、代号、类型、地理坐标和坝底高程等数据，数据综合服务中心会将该大坝信息添加到数据库中。如果某个大坝不再使用，比如已经拆除或者损坏等，则数据综合服务中心会对其进行删除操作。如果某个大坝更改了名称、代号、类型等参数，则也应告知数据综合服务中心，数据综合服务中心会在数据库中对其进行相应的更改。

数据转发模块、数据存储模块和数据服务模块都集成在数据综合服务中心的数据处理软件中，由软件实现，分别对应于数据处理软件的三个功能，即转发功能、存储功能和服务功能。数据处理软件的流程图如附图4所示。北斗接收端实时检测是否收到了北斗数据，如果收到了北斗数据，则进入数据处理流程。收到北斗数据后，数据综合服务中心根据数据协议判断该数据的类型，如果该数据属于大坝设计单位部门、大坝运营单位部门或者政府水利管理部门发来的指挥命令数据，则将该指挥命令数据通过北斗终端转发至对应的大坝基地管理中心；如果该数据属于某个单位发来的历史数据查询命令，则会根据查询数据内容进入到数据库中执行查询操作，查询结束后将查询结果通过北斗终端回复给查询方；如果该数据属于大坝监测数据，则将该数据通过北斗终端转发至大坝设计单位部门、大坝运营单位部门和政府水利管理部门。上述数据处理流程中的数据转发，即属于数据转发模块的功能。历史数据查询命令和查询回复的过程，即属于数据服务模块的功能。

对于收到的大坝群监测数据和指挥命令数据，数据综合服务中心均将其保存至本地数据库，以记录存档，并供其他各个单位查询使用，本地数据库可以用运行在服务器中的sqlserver来实现，这就是数据存储模块的功能。

附图5表征了大坝设计单位部门的功能模块，包括北斗收发模块，在线监控模块，综合评价模块和远程诊断模块。北斗收发模块类似于大坝基地管理中心的北斗终端，由唯一的北斗sim卡号标识。该北斗终端收到数据综合服务中心发来的大坝群监测数据后，将监测数据实时显示在指挥控制室中。

在线监控模块类似于大坝基地管理中心的监测管理模块，由多个显示屏和监测计算机组成，显示屏和监测计算机设立于大坝设计单位部门的指挥控制室中，监测计算机可以实时对监测数据进行分析，以判断是否有异常数据出现。

综合评价模块是指大坝设计单位部门的技术人员通过监测数据对大坝群的状态进行综合评价的过程。大坝设计单位部门的相关技术人员可以在指挥控制室通过多个显示屏看到大坝群的监测数据，根据当前的大坝群监测数据和若干历史查询结果，能够实时、准确、有效地评估出大坝群的安全状态。

远程诊断模块是指大坝设计单位部门组织专家或者设计人员对出现问题的大坝进行远程诊断的过程，以查清问题的根源。如果大坝的监测数据出现异常，大坝设计单位部门可以第一时间组织相关专家或者设计人员对该大坝进行远程诊断，根据诊断结果通过北斗终端向数据综合服务中心发送指挥命令，数据综合服务中心转发至对应的大坝基地管理中心，以使大坝基地管理中心人员作出相应的操作。此外，大坝设计单位部门可以按照需要通过北斗终端随机地向数据综合服务中心发送历史数据查询命令。

大坝运营单位部门的功能模块如附图6所示，包括北斗收发模块，在线监控模块，数据存储模块和报表生成模块。北斗收发模块类似于大坝基地管理中心的北斗终端，由唯一的北斗sim卡号标识。在线监控模块同大坝基地管理中心的在线监测模块，由多个显示屏和监测计算机组成。北斗终端收到数据综合服务中心发来的大坝群监测数据后，由在线监控模块将大坝群监测数据实时显示在显示屏上，以实现对大坝群的状态进行在线实时监控，工作人员可以通过显示屏掌握大坝群的运营状况。监测计算机可以实时对监测数据进行分析，以判断是否有异常数据出现。

数据存储模块用sqlserver数据库实现，用于将大坝群的部分监测数据，主要是运营状态数据存储在本地数据库中，数据库操作人员通过对sqlserver数据库界面的操作，可以实现对运营数据的拷贝、管理和删除。

报表生成模块，即报表生成软件。工作人员通过对报表生成软件进行操作，可以将大坝群的运营状态数据按月、按季度或者按年生成相应的报表，以供查询或者存档。报表生成模块通过报表生成软件来实现，将所需的运营状态数据导入至报表生成软件，该软件可以自动生成word或者excel文档。此外，大坝运营单位部门可以按照需要通过北斗终端随机地向数据综合服务中心发送历史数据查询命令。

附图7是政府水利管理部门的功能模块，包括北斗收发模块，在线监控模块，监督检查模块、安全预警模块和决策支持模块。北斗收发模块类似于大坝基地管理中心的北斗终端，由唯一的北斗sim卡号标识。在线监控模块的实现方式同大坝基地管理中心的在线监控模块，由多个显示屏和监测计算机组成。通过在线监控模块，政府水利管理人员可以通过显示屏实时掌握大坝群的监测数据。此外，政府水利管理部门可以按照需要通过北斗终端随机地向数据综合服务中心发送历史数据查询命令。

监督检查模块，是指政府水利管理部门根据大坝群监测数据派出人员对某个大坝执行监督检查的过程。在监督检查模块中，水利管理人员通过分析各个大坝的状态数据，根据需要派出人员对指定的大坝进行定期或不定期的监督和检查，主要针对于监测数据经常出现异常的大坝。监督检查的主要目的是敦促大坝基地管理中心认真工作、排除异常，保证大坝的安全性和效益。

安全预警模块是一个基于单片机的报警系统，该系统以单片机为主控芯片，其外设组件还包括以太网通信接口、报警器、gsm通信模块。在线监控模块通过以太网接口将监测数据传输至该单片机，单片机中的程序以1秒为周期对各个监测数据的有效性进行判断。如果某个大坝的关键数据出现异常，即数值超出了合理范围，则单片机驱动报警器发出警报声，报警器的闪光灯开始不停闪烁，同时会通过gsm通信模块将出现异常数据的大坝和数据信息通过手机短消息的方式发送给水利管理人员，以便让管理部门能够第一时间掌握大坝的异常状态，并执行相应的操作。

决策支持模块是指政府水利管理部门根据大坝群监测数据组织专家对大坝状态进行评审评价，并根据评审结论进行决策的过程。当某个大坝的监测数据出现异常后，政府水利管理部门可以组织专家对大坝状态进行评审评价，并依据评审结论进行决策。这有助于从政府层面对可能出现的险情及时做出响应，采取补救措施，有利于实现大坝群安全管理的层次化、规范化和制度化。