水利工程中安全监测自动化系统的应用

摘要：随着水利工程规模和复杂性的不断增加，传统的人工监测手段逐渐显现出效率低、准确性差等问题。安全监测自动化系统在水利工程中的应用，为提高工程安全性、加强风险管理提供了有效的技术手段。本文通过探讨水利工程安全监测自动化系统的构建与应用，分析其在不同类型水利工程中的作用与优势，探讨系统的关键技术以及未来发展趋势。研究结果表明，自动化监测系统能实时、精准地获取工程状态信息，大大提升了水利工程的安全保障能力。

关键词：水利工程；安全监测；自动化系统；实时监测；风险管理

引言

水利工程在为社会提供水资源保障的同时，面临着各类自然和人为风险，如洪水、地震、老化等问题。这些风险的有效管理依赖于对工程状态的精准监测和及时预警。传统的安全监测方法多依赖人工检查和定期检测，难以在快速变化的环境中提供足够的预警和决策支持。因此，随着信息技术和自动化技术的进步，水利工程中的安全监测自动化系统逐渐得到了广泛应用，成为保障水利工程安全的重要手段。

一、安全监测自动化系统概述

（一）安全监测自动化系统的定义与功能

安全监测自动化系统借助集成传感器、数据采集、通信、数据处理与分析等技术手段，实时监控水利工程的各项关键参数，并且实现自动报警、数据记录、趋势分析等方面的功能[1]。系统的核心用途是对工程的运行状态进行实时监测，迅速察觉潜在的安全隐患，助力决策者实施有效的风险评估及应急响应举措。

（二）水利工程中安全监测自动化系统的组成

一般情况下，安全监测自动化系统由传感器、数据采集与传输单元、数据处理与分析单元和控制与显示系统这四部分组成，传感器承担获取工程结构物理状态数据的工作，像压力、位移、温度这类；数据采集单元把传感器采集的数据传输至处理系统；数据处理单元对数据做实时分析工作，找出潜在隐患；控制与显示系统为操作人员呈现数据可视化和报警信息。

二、安全监测自动化系统的应用领域

（一）大坝安全监测

作为水利工程核心设施的大坝，其安全性直接牵扯到下游地区的生命财产安全。在水库建设蓄水阶段，库区近坝滑坡体的渗流场、应力场等环境条件将发生变化，可能引起坝体及周边坡体局部变形或失稳。通过自动化监测系统布设的各类传感器（如位移传感器、应变计、倾斜计、渗压计、应力计、水位计、GPS/北斗定位设备等）对坝体及周边坡体位移、沉降、裂缝、渗流渗压等变化进行监测，可以实时分析判断坝体所处的安全状态及安全度变化，早期预警可能的失稳及状态突变，为把控施工期安全及蓄水期稳定提供服务。

（二）河流与水库监测

河流及水库的水位变化情况、流速、水质等参数，对工程安全意义重大，安全监测自动化系统借助水位传感器、流速计以及水质传感器等装置，实时收集数据并加以分析[2]。若水位达到设定的警戒水位线，系统可自动发出警示信号，告知相关部门采取防洪或调度行动，该类系统还能对水库泄洪的具体情况实施监控，保障泄洪过程的安全无虞。

（三）水利隧道与水渠监测

水利隧道和水渠的安全与水流通畅以及结构稳定存在关联，自动化监测系统能借助安设在隧道内的位移传感器、温度传感器等，实时掌握隧道结构的变化动态，预防渗漏、裂缝等问题滋生。自动化系统可对水渠的流量、水质等数据进行分析，维持水流正常的运行态势，防止异常情形造成工程出现安全隐患。

三、安全监测自动化系统的关键技术

（一）传感器技术

传感器技术作为安全监测自动化系统的核心组成部分，起到了关键的作用。系统的监测精度、响应速度与整体可靠性，直接受传感器性能的影响。基于此在水利工程中，传感器的选择及应用意义重大。水利工程里普遍采用的传感器种类众多，涉及压力传感器、位移传感器、温湿度传感器等项，压力传感器能监测水位的改变以及结构的受力情形，位移传感器可实时把握工程结构的位移情形，以此及时发觉潜在的变形危机，主要利用温湿度传感器监测水利工程环境里的温湿变化，保障工程稳定、安全地运行。

伴随智能化技术的持续进步，水利工程对智能传感器的应用越发普遍，智能传感器可实现更精准的数据采集工作，还可以凭借内置算法对数据做初步处理与分析，增进了传感器的工作效率与响应速率。采用无线传输技术，这些智能传感器可迅速、平稳地把实时数据传送给控制系统，促使监测信息在及时性与全面性方面改善。实时传递这种数据，提升了监测的效率，还使得水利工程安全管理的科学性与精准性进一步提高，保障了工程运行时的稳定性与长期安全性。

（二）数据采集与传输技术

数据采集与传输技术是安全监测自动化系统中极为关键的组成部分，其直接影响系统在信息获取、处理能力以及响应速度方面的表现。在以往的传统监测系统里，布线时常变成限制系统性能与扩展性的一大阻碍，现代的安全监测自动化系统利用无线传输技术冲破了这一局限，让各类传感器无需进行复杂布线就能，实现与系统的远程连接。无线技术使监测点的布置能更灵活地开展，尤其是在地理条件复杂或者空间狭小的地方，可方便地完成传感器的部署及数据采集。

引入无线网络后，系统可实时把采集到的数据传输到云平台或监控中心，物联网云平台对监测数据进行分析、计算，判断出建筑物的安全状态，然后将建筑物安全状态信息和监测数据推送到客户端，实现对建筑物安全的实时监测。通过远程对传感器设置监测阈值，当其感知的监测值超过阈值时，在监测现场发出技术提示信息；并通过物联网云平台，将技术警示信息、监测数据向管理人员推送，实现对建筑物破坏的早期预警。在实行数据传输的阶段，诸如4G/5G、LoRa、等现代无线技术，都呈现出较强的抗干扰能力与高传输速率，促成了监测数据的高效传输与安全存储。

（三）数据处理与分析技术

在安全监测体系中，伴随监测数据量不断上升，如何高效、精确地处理与分析这些数据，成为系统运作的关键问题。在水利工程、建筑结构等领域中，安全监测系统一般会生成大量且复杂的数据，这些数据涉及由多种传感器采集的各类信息，像压力、位移、温湿度之类。为了及时揪出潜在的安全隐患，传统的数据处理途径已无法满足高效处理的要求，大数据与人工智能（AI）技术的应用十分关键。

采用大数据技术，系统具备存储与处理海量监测数据的能力，而且利用并行计算、分布式存储等技术，增进数据处理的效率及精度。人工智能技术可借助模式识别、机器学习、深度学习等方法，从大量数据里挖掘出有价值的信息，系统可利用模式识别识别出异常的数据改变，趋势分析可揭示工程运行状态是否出现了变动，预测建模可借助历史数据和当前数据的关联关系，预测未来或许会出现的风险与趋势。依靠这些技术，系统可实时开展监测数据的分析工作，认定潜在的风险成分，诸如结构产生形变、压力过高之类，并马上发出预警信号。关键的一点是，人工智能技术可依据数据的实时变动开展动态分析，为管理者提供精准有效的决策支撑，依靠对未来形势的预估，管理者可预先采取预防措施，防范事故出现，提高安全管理方面的效率与科学水平。

总结：水利工程中的安全监测自动化系统通过集成现代传感器技术、无线通信技术、大数据处理技术等，为水利工程提供了高效、精确的安全保障手段。其应用在大坝、河流、水库、隧道等多个领域中展现了强大的优势，能够实时监测各类工程设施的安全状态，提前预警潜在风险。尽管系统的应用面临一定的挑战，但随着技术的不断发展和成本的逐渐降低，安全监测自动化系统在水利工程中的应用前景广阔，必将成为保障水利工程安全的重要工具。

参考文献：

[1]薛广文.水利工程中安全监测自动化系统的应用方法探讨[J].自动化应用， 2023， 64（3）：105-107.

[2]马歆.水利工程中安全监测自动化系统的应用研究[J].数码设计（上）， 2022（012）：000.

[3]王振华.水利工程中安全监测自动化系统的应用研究[J].智能城市， 2021， 007（022）：165-166.