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基于物联网的燕山水库大坝智能巡检系统

王长生;马福恒;何心望;俞扬峰

【摘要】物联网技术的应用给现代化的大坝安全智能巡检带来了契机.针对目前水库大坝安全巡检中存在的数据散乱、信息孤岛严重和时效性差等诸多问题,将智能化的物联网技术引入大坝安全巡检中,结合传统巡检方法,提出巡检物联网的信息组织方法,以巡检指标为感知和融合对象研究了智能巡检系统架构及组成,探讨了大坝安全巡检指标体系构建、巡检信息融合和作业指导书修订等系统研发的关键技术.结合河南省燕山水库建筑物实际研发了基于物联网的大坝智能巡检系统,并归纳了系统主要功能.该系统的建立对提高水库安全管理具有重要实用价值,值得在类似工程中应用推广.

【期刊名称】《水利水运工程学报》

【年(卷),期】2014(000)002

【总页数】6页(P48-53)

【关键词】物联网;智能巡检;系统架构;信息感知;安全监测;燕山水库

【作者】王长生;马福恒;何心望;俞扬峰

【作者单位】河南省燕山水库管理局,河南叶县467224;南京水利科学研究院,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029;河南省燕山水库管理局,河南叶县467224;南京水利科学研究院,水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京210029

【正文语种】中文

【中图分类】TV697

作为监控和保障大坝安全运行的重要措施，大坝安全监测包括巡视检查和仪器观测，两者组成一个有机整体，互为补充。然而，近年来监测仪器的不断改进及自动化监测技术的迅速发展造成了一种假象，即：仅依靠监测仪器就能够全面反映大坝安全问题。事实上，由于时空不连续性的限制，仪器监测不可避免地存在漏检和盲区，完全依靠仪器监测不一定能及时发现险情，2013年初发生的3座水库溃坝就是巡查发现的险情。因此，只有仪器监测和巡检相结合，才能从局部到整体全面掌握大坝的运行性态。巡检包括直观检查和仪器探查，其优点是不受时空限制，能全方位地及时捕捉隐患前兆、迅速发现问题，是大坝安全监控不可或缺的重要手段。然而，由于传统巡检的繁杂性、高强度、管理难度大和巡检人员素质良莠不齐等多种原因，导致巡检存在诸多问题，如数据组织散乱、随机性大、规范程度低、信息孤岛严重和时效性差等[1]。传统巡检方式已很难满足水利工程管理信息化的需要；与此同时，大坝安全巡检理论和方法的研究相对监测理论的研究要少得多，巡检理论和方法发展缓慢，难以实现巡检的智能化，这也制约了巡检在大坝安全监控系统中功能的体现。因此，实现大坝安全巡检的智能化和巡检信息的有效融合及安全评价研究，不仅对于水库大坝日常维护管理、险情排查和应急处理具有重要意义，也是大坝安全管理现代化发展的现实需求。本文结合河南省燕山水库实际研究了智能巡检系统架构及组成，探讨了系统研发的关键技术，研发了基于物联网的大坝智能巡检系统，该系统的建立对提高水库安全管理具有重要实用价值。

1系统架构

1.1物联网及其体系架构

物联网(internetofthings，IOT)技术将传感器技术、通信技术、分布式计算技术与现代化控制技术紧密结合，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。目前，基于物联网的智能巡检系统已经在变电工区设备、铁路信号设备、桥梁、建筑和煤矿等领域得到了一定的研究和探索性的应用[2-5]，显示了物联网技术的强大生命力及其在安全巡检应用中的广阔前景。物联网的体系框架如图1所示，它包括感知层、网络层、应用层和公共技术[6]。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括大坝监测传感器、闸门开度、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户的接口，实现物联网的智能应用。

图1物联网体系架构Fig.1ArchitectureofIOT

诊断水库安全性态不仅需要埋设在大坝等建筑物上的安全监测传感器信息、视频闸控信息、库区水雨情信息，而且需要下游保护区域人口分布、基础设施，以及库区水质及淤积信息。这些信息具有海量、多源、动态、异构和分散等特点，常规的信息传输和融合已不能适应水库安全管理实时性要求[7]，采用物联网进行智能管理具有重要意义。

1.2智能巡检系统架构

图2大坝智能巡检系统架构Fig.2Architectureofintelligentinspectionsystemofdam

大坝安全智能巡检系统不同于一般意义的物联网，有其显著特征，需借助坝工学、工程材料学、岩土力学、流体力学和软件工程等多领域多学科知识，融合先进仪器与测量技术、信号处理、通信技术、物联网技术、密码学、云计算和科学计算等方法和技术，在物联网的框架下，开展基于