高新測控技術(shù)在水利水電工程中應(yīng)用

我國已建堤壩約8.3萬多座,壩高15ｍ以上的約1.86萬座;堤防長約25萬多ｋｍ,其中,大江大河上的重要堤防6.57萬ｋｍ.這些水利水電工程在防洪、發(fā)電、灌溉、供水和航運等方面,發(fā)揮了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益,是我國國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)施.然而,由于工作和運行條件極其復(fù)雜,并隨著時間的增長,堤壩的病害和老化日趨嚴重.據(jù)不完全統(tǒng)計[1],在3100座大、中型水庫大壩中,病險大壩有1248座;8萬多座小型水庫中,病險壩約占36%,堤防的安全狀況也相當嚴峻.隨著西部大開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略目標的逐步實施,高壩大庫也越來越多,工程的安全重要性顯得越來越突出.并且,大中型水利水電工程規(guī)模大、投資多,造價高,少則幾億、幾十億元,多則幾百億元,甚至上千億元.因此,工程質(zhì)量的好壞和能否安全運行,不僅會影響工程效益的充分發(fā)揮,還將直接關(guān)系到下游或兩岸人民的生命財產(chǎn)安全.

國內(nèi)外大量工程實踐表明,對水利水電工程進行全面的監(jiān)測和監(jiān)控,是保證工程安全運行的重要措施之一.同時,將監(jiān)測和監(jiān)控的資料及時反饋給設(shè)計、施工和運行管理部門,又可為提高水利水電工程的設(shè)計及運行管理水平提供可靠的科學依據(jù).

1　高新測控技術(shù)的基本要素及其功能

現(xiàn)代化的測控技術(shù)[2],應(yīng)該具有采集數(shù)據(jù)、科學管理數(shù)據(jù),及時或?qū)崟r對水利水電工程的安全狀況作出分析和評價,并對其異?；螂U情作出輔助決策等功能.因此,高新測控技術(shù)的基本要素包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和分析評價系統(tǒng)及其計算機通訊網(wǎng)絡(luò)支撐等（見圖1）.

1.1　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通過測控單元（ＭＣＵ）自動采集、筆記本電腦現(xiàn)場采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器采集的監(jiān)測效應(yīng)量（大壩的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）和影響量（水位、氣溫、降雨和地震等）,并輸入計算機的數(shù)據(jù)庫.其中,自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時采集,半自動化和人工采集為定期采集.因此,自動化采集數(shù)據(jù)一般是對水利水電工程關(guān)鍵部位（或壩段）主要監(jiān)測量（變形和滲流等）的采集.

1.2　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進入計算機數(shù)據(jù)庫后,由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對其進行科學有序的管理.包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉(zhuǎn)換為位移、揚壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫開合度以及溫度等,及它們的誤差識別和處理,并將監(jiān)測量按有關(guān)監(jiān)測規(guī)范進行整編和初分析;編制月報和年報等.

1.3　分析評價系統(tǒng)

分析評價系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù),進行觀測資料的分析和反分析,結(jié)構(gòu)和滲流正、反分析,建立各類監(jiān)控模型和擬定監(jiān)控技術(shù)指標等;將收集到的工程設(shè)計、施工、運行管理、有關(guān)法規(guī)和規(guī)范等方面的專家知識進行編輯,構(gòu)成分析、評價、輔助決策等方面的知識庫和推理分析知識.
現(xiàn)簡述幾種傳感器的主要工作原理及其應(yīng)用情況.

（1）差動電阻式傳感器　

該傳感器為美國加州大學卡爾遜教授所研制.置于其內(nèi)腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件,受力后一根受拉、一根受壓.當環(huán)境量發(fā)生變化時,兩者的電阻值向相反方向變化,根據(jù)兩個元件的電阻值比值,測出物理量的數(shù)值.

我國南京電力自動化設(shè)備廠從20世紀50年代開始,已研制出幾十萬支差動電阻式傳感器,并應(yīng)用于大量的水利水電工程中,取得了成功經(jīng)驗.

（2）振弦式傳感器　

由前蘇聯(lián)的達維金可夫發(fā)明.其核心元件是一根鋼弦,鋼弦的一端固定,另一端則固定在測量元件（受壓膜片或測量端塊）上.當受力后,鋼弦長度將產(chǎn)生微小變化,引起固定頻率的變化,從而測出物理量的數(shù)值.

加拿大的Rocktest公司,美國的Sinco,Geokon公司等生產(chǎn)的振弦式傳感器性能良好,其中真空式為最佳.近幾十年來,我國較多的工程應(yīng)用了這種傳感器.

（3）差動電容式傳感器　

由我國南京電力自動化研究院研制.其工作原理是,將垂線或引張線穿過由4塊組成矩形的電容極板中,當測線發(fā)生位移時,電容極板的電容產(chǎn)生變化,從而測出位移量.

該傳感器經(jīng)過20多年的完善,其精度和長期穩(wěn)定性等均有較大提高,已在不少水利水電工程中應(yīng)用.

（4）差動電感式傳感器　

首先由原法國的Telemac公司研制.其工作原理是,當高頻交變電流通過垂線坐標儀時,在周圍產(chǎn)生交變磁場,接收點的磁感應(yīng)強度與導線距離成反比;當垂線產(chǎn)生位移時,接收點測得的感應(yīng)電勢發(fā)生變化,其變化量的大小反映位移量的大小.

該傳感器在我國龍羊峽等水利水電工程中得到成功應(yīng)用.我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器.

（5）步進馬達式傳感器　

由原法國Telemac和意大利ＩＳＭＳ公司研制.其工作原理是,由步進電機驅(qū)動光電探頭,探頭中的光照準器先后對準基準桿和垂線鋼絲,然后返回原點,在此過程中,測量電路記錄探頭前進及返回基準點和垂線鋼絲的脈沖數(shù),經(jīng)計算得到位移量.

該傳感器的機械部件較多,易出現(xiàn)故障,其長期穩(wěn)定性也不易保證.我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器,在實際工程應(yīng)用中的故障率較高.

（6）ＣＣＤ傳感器　

由河海大學結(jié)合國家三峽工程重大基金項目研制.該傳感器由若干個特別研制的ＣＣＤ線陣模塊和發(fā)光二極管陣列模塊組成,當垂線穿過并產(chǎn)生位移時,ＣＣＤ線陣模塊記錄垂線位移與基準點的位置,從而計算出位移量.

該傳感器技術(shù)先進,精度和可靠性高,在上標和響洪甸等水利水電工程中得到應(yīng)用.

（7）其它新穎傳感技術(shù)

①光纖傳感技術(shù)　

光導纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細芯組合而成的纖維.它能使感受到的各種物理量而計算出監(jiān)測量,以及傳送感受的信息通訊.目前,應(yīng)用于光纖傳感的監(jiān)測量主要是裂縫,應(yīng)力應(yīng)變尚需進一步研究.應(yīng)用信息通訊較為廣泛,且安全可靠.

②ＣＴ技術(shù)　

意稱計算機層析成像.它指的是在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下,根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量（如波速、Ｘ線光強）的一維投影數(shù)據(jù),應(yīng)用數(shù)學方法,通過計算機處理,重構(gòu)物體特定層面的二維圖像及其由此重構(gòu)的三維圖像;從而定量描述物體內(nèi)部材料分布和缺陷.該技術(shù)將成為工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)部隱患監(jiān)測和老化評估的一種重要手段,在國內(nèi)外得到應(yīng)用,我國豐滿水電站等工程中也得到成功應(yīng)用.

③滲流熱技術(shù)　

依據(jù)滲流場與溫度場同時滿足擴散方程及其初始和邊界條件的原理,利用埋設(shè)的溫度計測值分析滲流場的分布及其異常部位.

④ＧＰＳ技術(shù)　

利用衛(wèi)星定位技術(shù)（ＧＰＳ）監(jiān)測堤壩和巖土邊坡的表面變形.

⑤激光傳感技術(shù)　

由激光點光源（即發(fā)射點）發(fā)射的激光與激光探測儀（即接收端點）構(gòu)成激光淮直線,由發(fā)射的激光在波帶板及支架（測點）上觀測位移量.它可分大氣激光和真空激光準直,其中的真空激光準直除包括激光點光源、波帶板及其支架和激光探測儀,即發(fā)射點、測點和接收端點以外,還有真空管道.我國豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測資料表明,真空激光準直具有精度高、長期穩(wěn)定等優(yōu)點.

2.1.2　數(shù)據(jù)采集裝置　

數(shù)據(jù)采集裝置將各類傳感器測出的物理量（如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等）轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（如位移、滲壓、應(yīng)變和溫度等）,即Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,以便遠程輸送.當距離超過100ｍ以后,傳感器輸出的電量和頻率等信號,隨距離的增大急劇衰減,以至無法測出物理量,但數(shù)字量可遠距離輸送.因此,一般將幾十個傳感器按部位接入數(shù)據(jù)采集裝置,使傳感器觀測的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量.按監(jiān)測方式不同,數(shù)據(jù)采集裝置可大致分為以下幾種類型.

（1）自動化數(shù)據(jù)采集裝置　

國內(nèi)外自動化數(shù)據(jù)采集裝置主要有,美國Geomation公司的2300系統(tǒng)、Sinco公司的ＩＤＡ系統(tǒng);我國臺灣研華公司的ＡＤＡＭ4000和ＡＤＡＭ5000系統(tǒng);南京電力自動化設(shè)備廠的ＦＷＣ-1系統(tǒng)等.按結(jié)構(gòu)的不同可歸納為總線型和集散型兩大類.

①總線型結(jié)構(gòu)　

eomation公司的2370型、ＩＤＡ、ＡＤＡＭ4000、ＡＤＡＭ5000以及ＦＷＣ-1等系統(tǒng)均屬于總線型結(jié)構(gòu).以ＩＤＡ系統(tǒng)為例,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2（ａ）,模塊箱的結(jié)構(gòu)見圖2（ｂ）.圖中主機為工控機,中繼起聯(lián)接和中斷作用.

ＩＤＡ母線有二線信號、二線電源;Ａ1～Ａｎ是智能測量模塊,每個模塊可接8個傳感器;Ｂ1～Ｂｍ是智能傳感器.Ａ和Ｂ有解釋指令、多路傳輸、Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換和錯誤查詢等功能.同時具有自動和人工測讀的兩種功能,并可防雷.

②集散型結(jié)構(gòu)　

Geomation公司研制的2350型、2380型等系統(tǒng)屬集散型結(jié)構(gòu).其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3.

從圖3中可見,ＮＭＳ為主機;ＮＲＵ起中繼和網(wǎng)點（即可轉(zhuǎn)成有線的調(diào)制信號）的作用;ＭＣＵ（3）是異地單元,也起中繼作用（距離近的可以不用）;ＭＣＵ（4）和ＭＣＵ（5）也是異地單元,但它能起無線電發(fā)射和接收作用;ＭＣＵ（6）～ＭＣＵ（Ｎ）是監(jiān)測傳感器.

在這兩種型式中,總線型結(jié)構(gòu)具有抗干擾能力強、可靠性高、現(xiàn)場調(diào)機方便和造價低等優(yōu)點.其中Geomation公司的2370型、ＩＤＡ等系統(tǒng)可接入電式和頻率式傳感器.

（2）人工或半自動化數(shù)據(jù)采集裝置　人工或半自動化數(shù)據(jù)采集儀可在現(xiàn)場測讀傳感器的測值,或用筆記本電腦采集.其中,差動電阻式采集儀主要有ＳＱ-2型數(shù)字電橋、ＸＪ型數(shù)字式電阻比檢測儀、ＺＪ型數(shù)字式和ＰＳＭ-Ｒ型電阻比檢測儀等;鋼弦式采集儀主要有ＳＤＰ-3型鋼弦溫度測試儀和ＧＰＣ-1型袖珍式鋼弦頻率測定儀等.

2.2　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

水利水電工程大壩可埋有幾百個、幾千個甚至上萬個傳感器.如長江三峽水利樞紐建筑物就埋設(shè)約一萬多個傳感器,其采集數(shù)據(jù)每年達幾百萬個,并隨著觀測年限的增加,數(shù)據(jù)將越來越多,對這些海量數(shù)據(jù)必須進行科學有序地管理,以便為分析評價系統(tǒng)提供可靠的信息.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)管理軟件和應(yīng)用軟件.

2.2.1　數(shù)據(jù)庫管理軟件平臺　

在大、中型水利水電工程中,目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Oracle,Sybase,Informix以及ＳＱＬServer等4大類.其中以O(shè)racle和Sybase數(shù)據(jù)庫在中國應(yīng)用最廣.而Sybase為單進程、多線索結(jié)構(gòu),即通過單進程的多重通路來同時服務(wù)于多用戶,提高內(nèi)存的有效使用率,便于優(yōu)先程序的查詢.因此,Sybase數(shù)據(jù)庫無論在總體結(jié)構(gòu)、功能和特性等方面都有較大優(yōu)勢.本文作者開發(fā)和研制的7個大型水電工程的數(shù)據(jù)（或信息）管理及專家綜合評價系統(tǒng),主要采用了Sybase數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).在小型水利水電工程中,目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有DBase,Foxbase和Foxpro等.而Foxpro為用戶級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),目前采用較多.

2.2.2　數(shù)據(jù)庫邏輯模型　

檢測的目的是分析評價工程的安全狀況.因此,根據(jù)分析評價的需要,數(shù)據(jù)庫的邏輯模型包括工程檔案、原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)等4個分庫（見圖4）.

（1）工程檔案分庫　

該分庫管理工程概況以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工資料等.

（2）原始數(shù)據(jù)分庫　

管理監(jiān)測資料的原始數(shù)據(jù),包括物理量（電阻、電阻比、電感、電容、頻率等）和監(jiān)測效應(yīng)量（變形、揚壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）,并應(yīng)保證原始數(shù)據(jù)的真實性.

（3）整編數(shù)據(jù)分庫　

依據(jù)有關(guān)標準和規(guī)范,對原始數(shù)據(jù)進行誤差識別和轉(zhuǎn)換;按結(jié)構(gòu)單元和監(jiān)測項目進行整編,包括測值統(tǒng)計表及其過程線圖,以及特征值（如最大值、最小值等）和環(huán)境量（如水位、氣溫、降雨、地下水位等）的統(tǒng)計等;對測值進行初步分析,初步識別異常值以及復(fù)測;編制日報、月報和年報,其中,日報是刊錄測頻高（每日一次或數(shù)次）的自動化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù).

（4）生成數(shù)據(jù)分庫　

對監(jiān)測資料分析和反分析的成果,結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析的成果,以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工和運行的專家知識等進行管理,為工程安全分析評價提供定性和定量的依據(jù).主要包括大壩或各結(jié)構(gòu)單元在各荷載組合工況下的應(yīng)力和位移、壩體溫度場、壩體和壩基滲流場（等勢線和流線）;位移和揚壓力的力學規(guī)律計算值;各測點的統(tǒng)計模型,變形測點和空間位移場的確定性模型和混合模型;變形、應(yīng)力和揚壓力的監(jiān)控指標;歷次異?；螂U情的分析評價成果等.

2.2.3　應(yīng)用軟件　

根據(jù)數(shù)據(jù)庫的邏輯模型,在數(shù)據(jù)庫的軟件平臺上,開發(fā)和研制數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件,主要包括:

（1）菜單編程　對數(shù)據(jù)庫的菜單和各個分庫的菜單等編制應(yīng)用程序.可以采用下拉式或全屏幕式.

（2）原始數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括與采集系統(tǒng)相聯(lián)的通訊軟件;按結(jié)構(gòu)單元和測控裝置將傳感器監(jiān)測的物理量（電阻、電阻比、電感、電容和頻率等）或數(shù)字量（變形、滲壓、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）編制成圖表的軟件.

（3）整編數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括誤差識別和處理程序;將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力,以及測控裝置沒有轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的物理量）;按結(jié)構(gòu)單元,將數(shù)字量及其相應(yīng)環(huán)境量編制整編成圖表的軟件;初分析軟件;編制日報、月報和年報的軟件等.

（4）生成數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括對監(jiān)測資料分析和反分析成果、結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析成果,以及有關(guān)專家知識等,并編制成相應(yīng)圖表的軟件.

2.3　分析評價系統(tǒng)[3]

對水利水電工程監(jiān)測和監(jiān)控的目的是,依據(jù)監(jiān)測資料和相應(yīng)的專家知識,對工程的安全狀況作出綜合分析和評價.因此,完整的現(xiàn)代測控系統(tǒng)必須包括分析評價系統(tǒng).其功能是依據(jù)監(jiān)測資料、結(jié)構(gòu)、滲流等分析和反分析成果,以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工、運行管理、法規(guī)和規(guī)劃等專家知識,對監(jiān)測資料進行分析和評價,從中尋找異常值或不安全因素,并對此進行成因分析和輔助決策等.因此,分析評價系統(tǒng)應(yīng)包括資料評價、綜合檢查分析、觀測檢查、物理成因分析、專家綜合診斷和輔助決策等部分,其結(jié)構(gòu)和流程分別見圖5和圖6.

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2.3.1　資料評價　

應(yīng)用時空分布、力學規(guī)律、監(jiān)控模型、監(jiān)控指標、日常巡查和關(guān)鍵問題等6類評判準則,對監(jiān)測值進行分析評判,從中識別異常值或不安全因素.

2.3.2　檢查分析　

對異常值或不安全因素,通過同一部位的同類監(jiān)測量、相關(guān)監(jiān)測量和環(huán)境量的綜合分析（或相關(guān)分析）檢查,從中識別引起異常值或不安全因素的成因.如由觀測引起的,則進入觀測檢查;是由結(jié)構(gòu)和荷載引起的,則進入物理成因分析.

2.3.3　觀測檢查　

對由觀測引起的異常測值,首先檢查觀測記錄,然后檢查采集系統(tǒng).對觀測記錄錯誤的測值宜進行刪除或修改;對監(jiān)測采集系統(tǒng)引起的異常測值,在排除故障后重測并進行修正.

2.3.4　物理成因分析　

對由結(jié)構(gòu)和荷載引起的異常值或不安全因素,首先檢查環(huán)境量（或外因）有無產(chǎn)生特殊荷載工況.若有,則分析壩基異常（包括變形、穩(wěn)定和應(yīng)力等）成因,然后分析建筑物異常（變形、應(yīng)力、裂縫等）成因,當穩(wěn)定和強度滿足安全要求時,則“異常”或“不安全因素”是由荷載引起的,為結(jié)構(gòu)調(diào)整所致,所以屬基本正常.若無特殊荷載工況,則反分析壩基和壩體的計算模型和計算參數(shù)等;然后,正演分析監(jiān)測量,若與實測值一致,則為計算條件改變而引起的;并復(fù)核壩基和壩體的穩(wěn)定和強度,若滿足安全要求,則雖為結(jié)構(gòu)引起,但尚屬基本正常;若穩(wěn)定和強度不滿足安全要求,則為異?；螂U情,隨即進入輔助決策.若分析不出物理成因,則進入專家綜合診斷.

2.3.5　專家綜合診斷　

對異?；虿话踩蛩氐囊呻y雜癥,即難以分析成因的,進行專家綜合診斷,包括對其影響因素和安全度的專家綜合評判.

2.3.6　輔助決策　

依據(jù)異?；螂U情的程度,首先提出報警級別,然后提出輔助決策的建議.其中報警級別分三級,一級為險情,二級為異常,三級為局部異常.輔助決策建議包括運行控制水位和補強加固處理措施的建議等.

2.3.7　支持庫群　

為了給以上分析評價提供定量依據(jù),該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、方法庫、知識庫和圖庫等支持庫群.

（1）數(shù)據(jù)庫　主要管理監(jiān)測資料及其分析和反分析成果,與工程安全有關(guān)的設(shè)計、施工和運行資料等.

（2）方法庫　依據(jù)安全分析評價需求,方法庫主要包括監(jiān)測資料分析和反分析軟件包,結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包,綜合分析和評價程序,以及輔助決策程序等.如本文作者給多座水利水電工程開發(fā)的分析評價系統(tǒng)中,共設(shè)置40個程序.其中,監(jiān)測資料分析和反分析軟件包有監(jiān)測資料預(yù)處理、資料分析和反分析等22個程序;結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包有規(guī)范法的應(yīng)力和穩(wěn)定分析,有限元靜力、動力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個程序;綜合分析和評價包括影響因素和安全度評價等2個程序;輔助決策包括報警、洪水反調(diào)節(jié)等3個程序.從而,總體上能滿足安全分析和評價的定量分析需要.

（3）知識庫　包括專家語言的定量化知識,隱蔽薄弱部位的設(shè)計和施工的專家知識,歷次安全定期檢
查以及異?；虿话踩蛩氐姆治鲈u價成果等.

（4）圖　庫　包括圖形庫和圖像庫.其中,圖形庫包括分析和評價過程中的各類圖表;圖像庫包括分析評價結(jié)論的多媒體演示等.

2.3.8　分析評價的人工智能技術(shù)　

為了實現(xiàn)分析評價的人工智能化,分析評價系統(tǒng)采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術(shù).其中,正向推理為已知問題的事實,在知識集中尋找匹配知識,反復(fù)循環(huán)直至找到有解結(jié)論;反向推理為已知或假設(shè)結(jié)構(gòu),從知識集中尋找匹配的解,反復(fù)循環(huán),直至找到匹配的解;混合推理為融合正向和反向推理的原理,有先正向后反向或先反向后正向;元控制是將元知識（即知識的知識）構(gòu)成元知識庫,以求解問題的目標.

2.4　計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由于高新測控技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、信息管理和分析評價融匯在一起的龐大系統(tǒng)工程,必須在現(xiàn)代計算機及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下才能實現(xiàn).

2.4.1　計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)　

常用的拓撲結(jié)構(gòu)有總線形、星形和樹形等（見圖7）.其中,總線形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點連在通信總線上;星形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點連接在中心結(jié)點上,由中心結(jié)點負責數(shù)據(jù)處理和交換;樹形結(jié)構(gòu)為自頂而下的層次化的擴展式結(jié)構(gòu),頂部結(jié)點為根結(jié)點,連接2個以上結(jié)點的稱為支節(jié)點,以下為端結(jié)點,以根結(jié)點為網(wǎng)絡(luò)核心、支結(jié)點為子網(wǎng)絡(luò)中心、端結(jié)點為面向用戶的桌面.

一般大中型水利水電工程結(jié)構(gòu)單元（如壩段）較多、布置的測點也較多,宜用總線形;對省局（廳）或大網(wǎng)局,由于所屬水利水電工程較多,分布也廣,而需要由局中心控制時,宜用星形結(jié)構(gòu),其中一個結(jié)點為一座水利水電工程;對特大型水利水電工程.如三峽工程,由于分項工程較多,宜用樹形結(jié)構(gòu)（見圖8）.

2.4.2　計算機通訊網(wǎng)絡(luò)平臺　

單個的水利水電工程一般用局域網(wǎng),可采用高速光纖、載波或微波等網(wǎng)絡(luò)通訊.對省網(wǎng)局（廳）或大型水利水電工程需要有外部技術(shù)支持的,一般采用廣域網(wǎng),亦可采用以太網(wǎng)或Intranet網(wǎng)等.

2.4.3　計算機工作方式　

一般采用Ｃ/Ｓ（客戶機/服務(wù)器）方式.其中,服務(wù)器主要存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計和施工等資料,應(yīng)該有強大的存儲和處理數(shù)據(jù)的功能;其型號和數(shù)量視工程規(guī)模、監(jiān)測項目的多少,由需求分析確定,一般應(yīng)有雙機或多機熱備份.客戶機主要面向用戶的分析評價和輔助決策等,可由多臺并行計算機完成.

3　結(jié)　語

（1）現(xiàn)代化測控技術(shù)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、管理和分析評價等功能,以及完成這些功能的計算機軟硬件環(huán)境和通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.

（2）數(shù)據(jù)采集包括傳感器和測控裝置,完成Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,以便監(jiān)測的數(shù)字量能遠距離輸送.

（3）信息管理系統(tǒng)具有對監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)采集和管理、整編和處理以及生成等功能,并對涉及工程安全的設(shè)計、施工資料進行管理,以便為分析評價提供科學的信息.

（4）分析評價系統(tǒng)是對監(jiān)測資料進行分析評價,從中識別異常值或不安全因素,并對其進行成因分析和輔助決策.