郝淑榮

（遼寧省水利水電勘測設計研究院，遼寧沈陽110003）

1 水庫大壩概況

三座店水庫工程位于內蒙古赤峰市境內西遼河支流陰河的下游，攔河主壩采用瀝青混凝土心墻堆石壩型，壩頂高程為731.9 m，最大壩高為53.50 m。

三座店水庫主壩在5個斷面共布設20個綜合位移標點（兼測水平位移和垂直位移），共布設6個水平位移工作基點，原設計采用控制網人工現(xiàn)場進行觀測。由于下游壩坡較陡，人工變形觀測困難，因此，引入機器人自動化變形監(jiān)測系統(tǒng)。

2 測量機器人特點

1）自動化程度高，可靠性強。

2）可實現(xiàn)實時監(jiān)測、快速監(jiān)測。

3）運行維護方便、節(jié)省成本。

4）測量范圍大，可以對大壩上處于通視條件下的任意點進行測量，并可同時獲得每個變形測點的水平位移和垂直位移的信息。

5）測量機器人測角精度0.5”，測距精度0.6 mm+1 ppm。

6）其系統(tǒng)不足主要表現(xiàn)在測量精度受大氣折射的影響。在大壩監(jiān)測控制網的基礎上，可以采取在不受大氣折射影響時段進行觀測，可以消除和減弱各種誤差對測量結果的影響，大幅度地提高測量精度。

3 系統(tǒng)組成及結構

系統(tǒng)設施主要有測量機器人、棱鏡支架目標組、通訊設備、供電設備、視頻監(jiān)控設備、遠程安防設備、計算機和服務器等設備以及基點站房組成。

4 設計方案

4.1 基點站房

在主壩壩頂附近建設測量機器人觀測基點及基站站房。觀測基點用于安裝測量機器人，觀測基點布設在基點站房內。為實現(xiàn)真正的自動化觀測，在基點站房配備全自動電動玻璃窗，玻璃窗在測量機器人觀測前后可自動開閉，避免玻璃折射引起的觀測誤差，同時保證基點站房內外溫度等環(huán)境因素一致性，滿足測量機器人觀測精度要求。

4.2 位移標點及基點改造

為實現(xiàn)自動化觀測，需對綜合位移標點進行自動化改造，并增設觀測棱鏡及保護裝置。保護裝置在滿足觀測精度的前提下，滿足了防盜、防霧的要求。保護裝置避免了在每次觀測前，人工安裝棱鏡的工作，解決了三座店水庫壩坡坡度大，人工現(xiàn)場測量困難的問題，實現(xiàn)了無現(xiàn)場工作人員完全的自動觀測。表面變形采用控制網觀測方案，利用主壩已經建立的控制網，并實現(xiàn)自動觀測。

4.3 機器人輔助系統(tǒng)

為保證主壩監(jiān)測設備的安全，同時可實時監(jiān)測測量機器人的工作狀態(tài)，需配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，布設視頻監(jiān)控設備和基點站房門禁設備，實現(xiàn)在中控室遠程監(jiān)控。

在基點站房內布設1臺攝像機、基點站房外布設2臺攝像機，攝像機采用紅外一體攝像機。室外攝像機主要監(jiān)視大壩安全監(jiān)測等設施，及時發(fā)現(xiàn)人為破壞情況。室內攝像機主要監(jiān)視基點站房和中控室內部的情況，能及時發(fā)現(xiàn)或阻止外人闖入。在基站站房設置門禁系統(tǒng)，完善的解決正常工作和非法入侵的區(qū)分。

5 系統(tǒng)功能

5.1 測量機器人

測量機器人系統(tǒng)具有數(shù)據采集、儲存和傳輸、數(shù)據處理、分析及報警等功能，可在無人值守情況下完成對大壩表面位移全自動化觀測，實現(xiàn)自動和高精度測量、無人值守，充分發(fā)揮變形監(jiān)測系統(tǒng)的作用，特別是在汛期等緊急狀態(tài)下，及時和連續(xù)采集監(jiān)測數(shù)據，為工程安全監(jiān)控和評估提供依據。

系統(tǒng)實現(xiàn)從測量照準、數(shù)據采集記錄、數(shù)據預處理到測量手簿生成、常用平差軟件所需格式文件的輸出全部過程自動化，可在無人值守的情況下不間斷定時觀測。

軟件操作簡潔，流程清晰，便于操作，可以依據國家現(xiàn)行規(guī)范設置各種測量限差，軟件設定各項檢查指標，可以自動進行三角形閉合差計算。

監(jiān)測系統(tǒng)在短時間內完成變形點的三維坐標測量，可同時獲得每變形點的平面位移和垂直位移信息。系統(tǒng)自動生成EXCEL文檔格式表格的外業(yè)觀測手簿，根據要求，提供各變形點位移信息的日、月、年等報表。系統(tǒng)具有圖形顯示和輸出功能，可以通過圖形查看每站觀測量和整個控制網網圖。

系統(tǒng)采用遠離全站儀監(jiān)測站的計算機中心控制機房監(jiān)控方式，值班人員在控制機房可全面了解監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況。控制機房和監(jiān)測站的全站儀之間采用雙向有線通訊方式，實現(xiàn)控制計算機對全站儀的遠距離在線控制。

5.2 輔助系統(tǒng)

目前，隨著信息化產業(yè)的高速發(fā)展，由遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)和防盜報警系統(tǒng)構成的安全防范系統(tǒng)，已經成為涉及多媒體技術、軟件工程、網絡技術、辦公自動化技術等多學科的綜合技術，并以其獨特的功能需求和先進的技術集成廣泛應用于國內外各行各業(yè)，成為綜合管理系統(tǒng)不可缺少的重要組成部分。尤其在水利建設方面，通過對水利設施的視頻集中監(jiān)控和管理，能及時掌握設備的運行狀態(tài)，以避免可能發(fā)生的意外事件，并做到只要在監(jiān)控中心，就能夠對在監(jiān)控范圍內的各種狀況了如指掌，增加了對突發(fā)事件的反映速度，有效地提高工作效率。

5.2.1 遠程安防系統(tǒng)

1）系統(tǒng)區(qū)分正常工作和非法入侵，符合安全防范系統(tǒng)要求的設防和撤防，刷卡進入自動解除報警設防，開關（刷卡）外出自動設防。方便合法出入基站人員進行維護管理。

2）系統(tǒng)提供感應卡、備用鑰匙、遠程管理中心遙控開門、開窗等多種開關控制方式。

3）系統(tǒng)提供遠程設防，狀態(tài)查詢功能,中心管理平臺具有設防、布防和撤防等功能。

4）系統(tǒng)報警功能齊全并且能夠顯示報警類型、報警地點等，實時監(jiān)控并進行處理，發(fā)生警情時，管理人員或管理中心可遠程開啟或者鎖死基站防盜門。

5.2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

1）系統(tǒng)實現(xiàn)遠程24 h監(jiān)控。

2）系統(tǒng)圖像視頻窗口可放大縮小，調整畫面的顯示清晰度。

3）系統(tǒng)可實現(xiàn)控制前端設備接入的報警主機和報警盒設備的控制，并且能夠收到報警設備中的所有數(shù)據及處理。

5.2.3 遠程電力拖動系統(tǒng)

系統(tǒng)遠程自動控制基點站房電動觀測窗，與測量機器人聯(lián)動，在每次測量機器人觀測前提前開啟觀測窗。

5.2.4 供電系統(tǒng)

系統(tǒng)的供電電源采用220 V，50 Hz的單相交流電，該單相電源專線敷設至系統(tǒng)所用的配電柜，其電源波動范圍為：+5%～-10%之內，并配有UPS分別給基點站房和中控室提供不中斷電源。

5.2.5 防雷系統(tǒng)

系統(tǒng)的接地采用一點接地方式，以避免由于接地電位差而混入交流波干擾等，防雷接地系統(tǒng)需覆蓋整個自動化監(jiān)測系統(tǒng)，其接地電阻應小于4 Ω。

6 結 語

采用傳統(tǒng)的人工方式進行表面變形監(jiān)測，監(jiān)測工作量大，在需要增加測次等特殊情況下，難以滿足準確及時了解大壩的運行狀態(tài)的需要。如果將表面變形監(jiān)測納入大壩安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)，不僅測讀快、及時，而且能夠做到相關量同步測讀，勝任多測點、密測次的要求，提供在時間上和空間上更為連續(xù)的信息，而且測讀準確性和可靠性高，能夠快速、準確地進行大壩安全參數(shù)測量、數(shù)據采集和傳輸，并能自動進行資料整編和分析，監(jiān)測資料的同步性強，能大大減少人為因素的不確定性。