一种大坝安全自动化监测系统的制作方法

本发明涉及安全监测领域，具体地，涉及一种大坝安全自动化监测系统。

背景技术：

1、大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察；监测既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。

2、现有的大坝自动化监测系统采用的监测方式：现有的大坝安全监测系统包括大坝渗流量、渗流压力、表面变形监测，建立水库大坝安全预警体系，实时评估水库大坝安全状态，根据实时采集的监测数据与标准数据进行比较(通常为行业内的通用标准数据或国标数据)，来判断大坝是否存在安全隐患。

3、现有的大坝安全监测的整体思路都是监测大坝的数据与标准数据进行比较，然后基于比较结果来判断大坝是否安全，但是均忽略了不同的大坝自身的健康状态，不同的大坝由于各自原因其自身的健康状态已经有差异，仍然采用同一的标准数据去进行比较，则容易出现比较结果不准确的情况，比如一个使用年限比较长且经历过强震的大坝，其自身状态已比较差，能够承受的风险也比较低，仍然采用传统的标准数据去进行安全监测，则会获得不准确的监测结果。

技术实现思路

1、本发明目的是准确的实现大坝的安全自动化监测。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了一种大坝安全自动化监测系统，所述系统包括：

3、大坝信息采集单元，用于采集大坝的健康状态信息；

4、表面变形监测单元，用于采集坝体的表面位移监测数据；

5、渗流渗压监测单元，用于采集坝体的渗流压力监测数据、绕坝渗流监测数据和渗漏量监测数据；

6、不均匀沉降监测单元，用于采集溢洪道的不均匀沉降监测数据；

7、数据传输单元，用于将表面变形监测单元、渗流渗压监测单元和不均匀沉降监测单元采集的监测数据传输至服务器；

8、服务器，用于基于大坝的健康状态信息计算出大坝相应监测数据的安全数据范围，并判断表面变形监测单元、渗流渗压监测单元和不均匀沉降监测单元采集的监测数据是否位于对应的安全数据范围内，获得判断结果，基于判断结果生成大坝安全监测结果。

9、本系统主要包括以下几大部分：

10、第一部分为大坝信息采集单元，利用该单元可以获得大坝的健康状态信息，这是与现有大坝安全监测系统的主要区别，现有的大坝安全监测系统主要是采集大坝的表面变形、渗流渗压和不均匀沉降等监测数据来与标准数据进行比较，而忽略的大坝的健康状态，不同健康状态的大坝的抗压和抵抗事故和风险的能力不同，健康状态较差的大坝仍然用较为宽泛的标准数据去判断，则会导致出现监测出结果正常的结果，但是其实对于其不健康的状态，该监测数据已经是处于不安全的情况，因此本系统利用大坝信息采集单元采集大坝的健康状态信息，然后基于大坝的健康状态信息计算出大坝相应监测数据的安全数据范围，最后基于实时采集的监测数据与大坝自身健康状态相关的安全数据范围进行比较，进而准确的获得与大坝实际健康相关的大坝安全监测结果。

11、第二部分为监测数据的采集传输部分，包括表面变形监测单元、渗流渗压监测单元、不均匀沉降监测单元和数据传输单元，实现监测数据的采集和传输。

12、第三部分为服务器，本部分能够基于大坝的健康状态信息计算出大坝相应监测数据的安全数据范围，并判断表面变形监测单元、渗流渗压监测单元和不均匀沉降监测单元采集的监测数据是否位于对应的安全数据范围内，获得判断结果，基于判断结果生成大坝安全监测结果。

13、在一些实施例中，大坝信息采集单元采集的大坝的健康状态信息包括：大坝坝龄、大坝地理位置数据和大坝坝体三维扫描数据。申请人研究发现影响大坝健康状态的因素主要包括大坝的使用年限、大坝是否遭受过严重的地震灾害以及大坝的坝体的裂缝信息等，而大坝的使用年限可以通过大坝坝龄体现，大坝是否遭受过严重的地震灾害可以通过大坝在使用期间在其对应的地理位置数据对应的历史地震数据中查询获得，大坝坝体三维扫描数据可以通过扫描大坝坝体获得，通过坝坝龄、大坝地理位置数据和大坝坝体三维扫描数据可以准确的获得大坝的健康状态信息。

14、在一些实施例中，所述服务器还用于基于大坝地理位置数据查询获得大坝使用期间与大坝相关的历史地震数据，所述安全数据范围的计算方式为：

15、安全数据范围＝标准数据范围*坝龄影响因素*地质灾害影响因素*坝体三维扫描影响因素；

16、其中，若大坝坝龄小于或等于30年，则坝龄影响因素为1，若大坝坝龄大于30年且小于50年，则坝龄影响因素为a+(50-x)/50，x为大坝坝龄，a为大于0且小于0.6的常数，若大坝坝龄大于或等于50年，则坝龄影响因素为0.5；统计大坝使用期间累计满足预设要求的地震次数y，预设要求为：地震等级大于或等级3级，且震源地理位置与大坝所在地理位置之间的距离小于10km，若y为0则地质灾害影响因素为1，若y为1则地质灾害影响因素为0.8，若y大于1则地质灾害影响因素为0.6；坝体三维扫描影响因素＝(坝体体积-坝体裂缝体积)/坝体体积；坝体裂缝体积等于坝体上每条裂缝的体积和，坝体上每条裂缝的体积＝每条裂缝的平均宽度*每条裂缝的平均深度*每条裂缝的平均长度。

17、其中，安全数据范围考虑了坝龄影响因素、地质灾害影响因素和坝体三维扫描影响因素，并给出了具体的计算方式，通过上述计算方式能够准确的计算出坝龄影响因素、地质灾害影响因素和坝体三维扫描影响因素，进而能够根据这些影响因素和标准数据范围准确的计算出安全数据范围，进而能够根据准确的安全数据范围对大坝的安全进行准确的监测。

18、其中，坝龄影响因素计算时进行了准确的考量，因为大坝的设计使用年限一般是需要大于50年，此时大坝的使用年限还比较小，因此大坝坝龄小于或等于30年，则坝龄影响因素为1；若大坝坝龄大于30年且小于50年，此时大坝的使用年限比较久了，则坝龄影响因素为a+(50-x)/50，x为大坝坝龄，a为大于0且小于0.6的常数；若大坝坝龄大于或等于50年，则说明大坝的使用年限已久比较久了，超出了一般大坝的设计使用年限，因此坝龄影响因素为0.5，通过上述方式准确的计算出了坝龄影响因素。

19、其中，为了准确的计算出地质灾害影响因素，本系统采用了以下计算方式，考虑到地震对于大坝的影响主要是地震等级以及震源地理位置与大坝所在地理位置之间的距离都有关系，比如地震等级较低时则影响可忽略，以及震源地理位置与大坝所在地理位置之间的距离较远时可忽略，本系统首先统计大坝使用期间累计满足预设要求的地震次数y，预设要求为：地震等级大于或等级3级，因为地震等级小于3级的地震威力较小，对于坝体的损伤可忽略不计，且震源地理位置与大坝所在地理位置之间的距离小于10km，因为距离大于10km的地震传播过来时能量已经较弱，对于坝体的损伤可忽略不计，因此若y为0则地质灾害影响因素为1，若y为1则地质灾害影响因素为0.8，若y大于1则地质灾害影响因素为0.6；通过上述方式能够准确的将历史的地震数据转换为能够进行计算的地质灾害影响因素。

20、其中，坝体长期工作在比较恶劣的环境，比如高水压和冲击以及冲撞的条件下，坝体容易出现裂缝，而裂缝的面积则与大坝的安全息息相关，为了准确的计算出大坝裂缝对大坝安全的影响，本系统设计了坝体三维扫描影响因素的计算方式，坝体三维扫描影响因素＝(坝体体积-坝体裂缝体积)/坝体体积；坝体裂缝体积等于坝体上每条裂缝的体积和，坝体上每条裂缝的体积＝每条裂缝的平均宽度*每条裂缝的平均深度*每条裂缝的平均长度，在传统的裂缝对坝体的影响监测中传统的监测方式是只考虑裂缝面积最大的那条裂缝来进行评价，根据最大裂缝来评价坝体是否安全，但是该评价方式是不准确的，虽然效率比较高，但是从坝体整体的安全角度出发每条裂缝对于坝体的安全都有影响，并且传统的裂缝评价方式是只考虑裂缝的最大宽度，并没有考虑考虑裂缝的体积，因此，为准确的体现出裂缝的实际对坝体的影响情况，本发明中的坝体裂缝体积等于坝体上每条裂缝的体积和，本系统首先考虑到了把所有裂缝的体积均进行参与计算，并且坝体上每条裂缝的体积＝每条裂缝的平均宽度*每条裂缝的平均深度*每条裂缝的平均长度，本系统在对单条裂缝的体积计算时不仅考虑到了裂缝的宽度还考虑到了裂缝的深度和长度，能够准确的体现出每条裂缝的实际情况，进而准确的体现出大坝上所有裂缝的实际情况，进而准确的判断出大坝的健康状态。

21、在一些实施例中，所述大坝信息采集单元具体包括：

22、信息查询单元，用于查询获得大坝坝龄，通过信息查询单元能够快速且准确的查询获得大坝的使用年限即大坝坝龄；

23、定位单元，用于获得大坝地理位置数据，通过在大坝上安装定位装置可以获得定位信息通过该定位信息可以获得大坝地理位置数据；

24、扫描单元，用于对大坝坝体进行三维扫描获得坝体体积和坝体裂缝体积，基于坝体体积和坝体裂缝体积获得所述大坝坝体三维扫描数据。

25、在一些实施例中，所述扫描单元包括：

26、第一扫描子单元，用于对位于非水下区域的大坝表面的进行扫描，获得第一扫描结果；

27、第二扫描子单元，用于对位于水下区域的大坝表面的进行扫描，获得第二扫描结果；

28、计算单元，用于基于第一扫描结果和第二扫描结果计算获得坝体体积和坝体裂缝体积，基于坝体体积和坝体裂缝体积获得大坝坝体三维扫描数据。

29、其中，传统的大坝安全监测系统中也有考虑到对大坝的裂缝进行监测，但是其都是对暴露在大坝水面外面的缝隙进行监测，然而在水下的大坝承受了大部分的压力和冲击，应该重点进行监测，然而传统的监测系统却忽略了这一点，导致了最终的监测结果不准确，本系统为了准确的采集获得大坝坝体三维扫描数据，进而准确的获得大坝的裂缝数据，进而准确的实现对大坝的监测，本系统中扫描单元包括了第一扫描子单元用于对位于非水下区域的大坝表面的进行扫描，获得第一扫描结果；以及第二扫描子单元用于对位于水下区域的大坝表面的进行扫描，获得第二扫描结果；即本系统中的扫描单元不仅对大坝的非水下区域的大坝表面的进行扫描获得非水下区域的裂缝信息，还能够对水下区域的大坝表面进行扫描，获得水下区域的裂缝情况，然后综合水上和水下的裂缝情况，获得大坝整体的裂缝情况，基于水上和水下的裂缝情况求和获得坝体体积和坝体裂缝体积，基于坝体体积和坝体裂缝体积准确的获得大坝坝体三维扫描数据。

30、在一些实施例中，申请人发现在对水下坝体进行三维扫描获得裂缝信息时容易存在不准确的情况，原因是长期处于水下，坝体表面附着有淤泥或杂质，这些将导致三维扫描中的裂缝体积出现不准确的情况，为了解决该问题准确的获得水下部分裂缝的体积，所述第二扫描子单元包括：

31、水下机器人，用于基于控制指令在水下进行移动和悬停；

32、清洗模块，安装在所述水下机器人上，用于对位于水下区域的大坝表面进行清洗；

33、扫描模块，安装在所述水下机器人上，用于对清洗后的位于水下区域的大坝表面进行扫描，获得所述第二扫描结果。

34、其中，利用水下机器人携带清洗模块对水下坝体表面进行清洁，使得裂缝暴露出来，然后利用水下机器人携带扫描模块进行扫描，由于清洗后没有了杂质和淤泥的阻挡能够准确的扫描出裂缝的体积，进而能够准确的获得大坝坝体三维扫描数据。

35、在一些实施例中，申请人发现在对水下坝体进行三维扫描获得裂缝信息时容易存在不准确的情况，原因是长期处于水下，坝体表面附着有淤泥或杂质，这些将导致三维扫描中的裂缝体积出现不准确的情况，为了解决该问题准确的获得水下部分裂缝的体积，设计了相应的清洗结构，但是申请人发现传统的清洁方式对于大面积的大坝来说清洁效率较低，需要很长的清洁时间，且水下机器人携带清洗模块进行清洁清洁效率进一步降低，需要提前规划路线以及供电等等，为了实现对坝体水下部分的清洁以及提高清洁效率，所述第二扫描子单元包括：

36、水下机器人，用于基于控制指令在水下进行移动和悬停；

37、清洗结构，用于对位于水下区域的大坝表面进行清洗；

38、扫描模块，安装在所述水下机器人上，用于对清洗后的位于水下区域的大坝表面进行扫描，获得所述第二扫描结果；

39、其中，所述清洗结构包括：

40、固定机构，用于固定在大坝顶部，并对清洗机构进行支撑固定；

41、清洗机构，所述清洗机构设有用于与大坝壁面进行贴合的清洗部件，利用清洗部件上下移动对大坝壁面进行清洗。

42、其中，本部分第二扫描单元中清洁部分由清洗结构来实现，水下机器人用于携带扫描模块对清洗后的坝体表面进行扫描，而清洗结构包括：固定机构和清洗机构，清洗机构设有用于与大坝壁面进行贴合的清洗部件，利用清洗部件上下移动对大坝壁面进行清洗，利用清洗机构可以快速大面积的实现坝体表面的清洗，进而快速的完成整体坝体水下部分的清洗，提高清洗效率。

43、在一些实施例中，所述系统还包括后台监控室，所述后台监控室用于实时对大坝的健康状态信息、表面变形监测单元、渗流渗压监测单元和不均匀沉降监测单元采集的监测数据和大坝安全监测结果进行显示，其中通过建立后台监控室能够便于对采集的监测数据和大坝安全监测结果进行显示，便于对大坝的安全进行管理。

44、在一些实施例中，所述系统还包括移动监测终端，所述移动监测终端与所述服务器连接，所述服务器将实时对大坝的健康状态信息、表面变形监测单元、渗流渗压监测单元和不均匀沉降监测单元采集的监测数据和大坝安全监测结果发送至所述移动监测终端。为了实现对大坝的实时安全监测，本系统还包括移动监测终端，通过移动监测终端能够随时随地的查询监测数据和大坝安全监测结果，对大坝进行实时的安全监测。

45、在一些实施例中，所述系统还包括存储单元，所述存储单元用于对大坝的健康状态信息、表面变形监测单元、渗流渗压监测单元和不均匀沉降监测单元采集的监测数据和大坝安全监测结果进行存储。为了便于后续调取历史数据和查询数据，本系统还设计的存储单元对相应的数据进行存储。

46、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

47、本发明准确的实现大坝的安全的自动化监测。

48、本发明能够准确获得大坝的健康状态信息。

49、本系统中的扫描单元不仅对大坝的非水下区域的大坝表面的进行扫描获得非水下区域的裂缝信息，还能够对水下区域的大坝表面进行扫描，获得水下区域的裂缝情况，获得大坝坝体三维扫描数据。

50、本系统利用水下机器人携带清洗模块对水下坝体表面进行清洁，使得裂缝暴露出来，然后利用水下机器人携带扫描模块进行扫描，由于清洗后没有了杂质和淤泥的阻挡能够准确的扫描出裂缝的体积，进而能够准确的获得大坝坝体三维扫描数据。