劉偉誠，李永堅，劉文峰，何志剛

（1.廣東天信電力工程檢測有限公司，廣東 廣州510663；2.廣東電網有限責任公司韶關供電局，廣東 韶關512028）

安全監(jiān)測是對工程建（構）筑物及設施等變形體的安全穩(wěn)定性做長期、重復性的測量工作，以確定和分析這些變形體的變形情況及變形周期，從而對這些變形體的安全穩(wěn)定性做出正確的評估［1-2］，常用的測量方法有全站儀極坐標法測量水平位移、水準儀法測量垂直位移、測斜儀測量傾斜等等，且發(fā)展了一系列的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理理論與方法［3-5］，但是這些常規(guī)的監(jiān)測技術和方法工作效率較低，無法滿足實時、快速、長期的安全監(jiān)測需求，而隨著計算機技術和傳感器技術的發(fā)展，自動化安全監(jiān)測技術已成為發(fā)展趨勢，可快速、實時、無接觸獲取大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高工作效率［6-8］。

BGK-Micro40自動化數(shù)據(jù)采集儀內置先進的混合式智能測量模塊，可測量振弦式、差阻式、電位計等幾乎所有主流類型的傳感器，若結合BGKLogger數(shù)據(jù)采集軟件可完成一般工程安全監(jiān)測的自動化數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理等工作，并且通過BGK-Logger數(shù)據(jù)采集軟件可以查詢并導出各個測點的歷史數(shù)據(jù)［9］。雖然BGK-Logger數(shù)據(jù)采集軟件功能較為完善，但是很難滿足某些特定工程項目的安全監(jiān)測需要，為此需要開發(fā)一款能對BGK-Micro40監(jiān)測數(shù)據(jù)做深入分析和處理的安全監(jiān)測預警系統(tǒng)來彌補BGK-Logger數(shù)據(jù)采集軟件的不足，從而快速從大量監(jiān)測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，服務于工程，為此根據(jù)實際工程需要，我們基于VS2008.net（C＃）平臺［10］開發(fā)了輸電鐵塔基礎安全監(jiān)測預警系統(tǒng)（以下簡稱為安全監(jiān)測預警系統(tǒng)--SMWS（Safety Monitoring and Warning System）），該系統(tǒng)主要對BGK-Micro40自動化數(shù)據(jù)采集儀采集到的數(shù)據(jù)做進一步處理，如數(shù)據(jù)的導入、導出、數(shù)據(jù)預處理及穩(wěn)定性分析等［11-12］，對BKGLogger.Net信息管理網絡系統(tǒng)做一定的補充，以滿足實際生產的需要［13-15］。

1 系統(tǒng)設計及實現(xiàn)

安全監(jiān)測預警系統(tǒng)開發(fā)的環(huán)境為64位Win7操作系統(tǒng)、SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫、Microsoft Office 2007及以上版本（建議 Microsoft Office 2010）。系統(tǒng)主要目標是對BGK-Micro40自動化數(shù)據(jù)采集儀采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)做進一步管理和分析，涉及到傳感器類型有傾角計、測斜儀、靜力水準儀、大量程位移計以及滲壓計等，要求軟件操作簡單，界面友好，能滿足實際生產的需要。SMWS系統(tǒng)的設計包括算法設計、數(shù)據(jù)庫設計、模塊及界面設計等。

1.1 系統(tǒng)所采用的部分算法

1.1.1 傾角計重新校正算法

傾角計原始測量結果是不能直接使用的，需要根據(jù)傳感器的率定表重新進行校正后才能使用，校正公式為：

其中，Gi為儀器系數(shù)；A和B代表垂直兩軸，由率定表給出（sinθ／V）；AResult和BResult為結果測值；ROA和ROB為初始讀數(shù)，由率定表給出；Ti和T0分別為當前溫度和初始溫度值，0.0005為溫度對電壓的影響系數(shù)。

1.1.2 靜力水準儀重新校正算法

靜力水準儀屬于正弦式儀器，在數(shù)據(jù)采集時采樣頻率會受溫度影響較大，因此在使用頻率計算前，采樣頻率要進行溫度修正，對此，要對溫度值和頻率值采用最小二乘法進行直線擬合，得出頻率對溫度的線性方程，然后再采用下面公式進行校正：

其中，H1為該靜力水準儀與儲液灌液面高差，Raw1為頻率值，t2為溫度值，R0為率定表里壓強為零時的初始值。

1.2 預測模型

系統(tǒng)所采用的預測模型之一為灰色模型，它是一種隨時間變化的動態(tài)模型，用微分方程描述時，就可得到x（1）（t）的一級線性微分方程［4-5］：

離散后得到：

利用一定量的監(jiān)測時間序列數(shù)據(jù)根據(jù)式（4）和式（5）即可建立灰色預測模型。

1.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計

SMWS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫為SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫，共設計了6個表用于數(shù)據(jù)和有關信息的管理，包括：用戶表、傳感器表、原始數(shù)據(jù)表、工程項目數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)采集單元表以及用戶操作日志表等，其中傳感器信息表見表1。

表1 傳感器信息表

1.4 系統(tǒng)的模塊設計及功能簡介

SMWS系統(tǒng)主要包括5大模塊：工程管理、數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)管理和幫助。

系統(tǒng)的整體框架見圖1，系統(tǒng)的登陸窗口和運行主界面見圖2。

圖1 安全監(jiān)測預警系統(tǒng)整體框架

1.4.1 工程管理

工程管理模塊的主要功能是新建工程、打開工程及退出系統(tǒng)。

1.4.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊的主要功能是導入數(shù)據(jù)、查詢原始數(shù)據(jù)、項目信息查詢以及傳感器信息查詢。

導入數(shù)據(jù)的主要功能是將BGK-Logger數(shù)據(jù)采集軟件獲得的各類傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)及有關信息導入SMWS系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)格式為Access數(shù)據(jù)庫，包括各類傳感器的序列號、原始觀測值以及相互關系等。查詢原始數(shù)據(jù)的主要功能對各類傳感器的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)進行查詢，可以按照傳感器群組或傳感器的類型進行查詢，也可以根據(jù)時間段進行查詢。項目信息查詢主要功能是查詢傳感器群的平面圖及剖面圖并進行修改。傳感器信息查詢主要功能是查詢傳感器信息，如序列號、率定表等信息并進行有關信息修改，界面見圖3。

圖2 系統(tǒng)的登陸窗口和主界面

圖3 項目信息和傳感器信息查詢

1.4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析模塊是SMWS系統(tǒng)的核心，其主要功能是數(shù)據(jù)預處理、穩(wěn)定性分析及數(shù)據(jù)報表等。數(shù)據(jù)預處理主要功能是對所有傳感器觀測數(shù)據(jù)進行預處理，剔除粗差、數(shù)據(jù)修正等，包括：數(shù)據(jù)剔除、計算K值（靜力水準儀重新校正使用）、數(shù)據(jù)修正、插入斷點、處理斷點、歷史數(shù)據(jù)的查詢、單曲線、多曲線以及數(shù)據(jù)輸出等。穩(wěn)定性分析的主要功能是計算各類傳感器的變形量，并進行安全評估與預測，包括：計算變形量（或變化速率）、輸出變化速率、速率查詢、數(shù)據(jù)預測、監(jiān)測預警以及小波濾波等。數(shù)據(jù)報表的主要功能是按照傳感器群分別形成安全監(jiān)測報告，用于評估某一傳感器群的監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性及所在建筑物的安全穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)預處理和穩(wěn)定性分析界面見圖4。

1.4.4 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊主要用于系統(tǒng)用戶管理、系統(tǒng)日志管理、報表管理以及數(shù)據(jù)庫備份／還原等功能。系統(tǒng)用戶管理用于增加或刪除用戶，以及修改用戶權限等。系統(tǒng)日志管理用于查詢所有用戶對系統(tǒng)所做操作。報表管理用于查詢及打印系統(tǒng)形成的監(jiān)測報表。數(shù)據(jù)庫備份／還原用于對現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫進行備份或還原操作。系統(tǒng)用戶管理和報表管理界面見圖5。

1.4.5 幫助

幫助模塊功能是查詢軟件操作手冊等幫助以及系統(tǒng)的版權信息等。

SMWS系統(tǒng)的使用非常簡單，按照系統(tǒng)的幫助文檔說明即可，一個簡單的使用流程圖見圖6。

2 結 語

圖4 數(shù)據(jù)預處理和穩(wěn)定性分析界面

圖5 用戶管理和報表管理界面

圖6 SMWS系統(tǒng)使用簡易流程圖

在工程項目安全監(jiān)測領域，自動化監(jiān)測技術逐步得到廣泛應用，但隨之而來的海量數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)預測等均需要專用軟件的支持。我們結合輸電鐵塔安全監(jiān)測的科研項目，開發(fā)了能對BGK-Micro40自動化數(shù)據(jù)采集儀采集到的數(shù)據(jù)做進一步處理的輸電鐵塔安全監(jiān)測預警系統(tǒng)——SMWS，以彌補BGK-Logger數(shù)據(jù)采集軟件功能的不足，該系統(tǒng)的主要功能是對BGK-Micro40自動化數(shù)據(jù)采集儀采集到的數(shù)據(jù)做進一步處理，以滿足輸電鐵塔安全監(jiān)測需要，該預警系統(tǒng)目前已經使用，操作簡單，能節(jié)省大量數(shù)據(jù)處理時間，自動生成的圖表報告簡潔明了，能有效提高效率和及時率。SMWS系統(tǒng)具有很好的拓展性，可進一步考慮并行計算，以提高計算效率，或將常規(guī)觀測技術納入該系統(tǒng)，以拓展其功能和應用面，或將其移值到工作站或服務器以滿足單位共享需求等。

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