邊 超 王璐璐

(南水北調(diào)中線信息科技有限公司，北京 100038)

南水北調(diào)中線干線工程是一項(xiàng)跨流域、長(zhǎng)距離的特大型調(diào)水工程，工程不僅具有線路長(zhǎng)、覆蓋范圍大、地域分布廣的特點(diǎn)，且涉及專業(yè)極多，對(duì)自動(dòng)化集成控制要求高。為確保建筑物安全，可靠掌握水工建筑物的工作性態(tài)，滿足工程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速反饋需求，必須建立高效、穩(wěn)定且滿足南水北調(diào)工程實(shí)際情況的安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)[1]。南水北調(diào)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括四部分:數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)、供電子系統(tǒng)和防雷接地子系統(tǒng)，選擇CR1000系列高性能數(shù)據(jù)采集器為核心的自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備，建立分布式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)[2]，有效解決了監(jiān)測(cè)范圍廣、測(cè)點(diǎn)數(shù)量龐大、工程規(guī)模巨大等問(wèn)題。

目前，南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)已整體有效運(yùn)行近10年，安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成電路電子產(chǎn)品面臨質(zhì)量極限，存在數(shù)據(jù)失真風(fēng)險(xiǎn)，為確保安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)可靠有效，按照《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5211—2019)要求，結(jié)合工程實(shí)際規(guī)定每年進(jìn)行至少1次全部測(cè)點(diǎn)人工比測(cè)工作。目前南水北調(diào)工程采用精度指標(biāo)法[3]進(jìn)行人工比測(cè)工作，由于《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》對(duì)人工比測(cè)部分進(jìn)行重新修訂，需結(jié)合南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際情況，對(duì)方差分析法、精度指標(biāo)法進(jìn)行重新分析討論。筆者在進(jìn)行南水北調(diào)中線干線工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5211—2019)中人工比測(cè)方法存在諸多問(wèn)題，而精度指標(biāo)法則為南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)適宜性方法，并結(jié)合工程實(shí)際對(duì)精度指標(biāo)法進(jìn)行了適用性細(xì)化。

1 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)人工比測(cè)不適宜性

1.1 規(guī)范比測(cè)規(guī)定

《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5211—2019)為進(jìn)行內(nèi)觀儀器人工比測(cè)的方差分析，采用測(cè)點(diǎn)試運(yùn)行期自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和人工監(jiān)測(cè)相同時(shí)間、相同測(cè)次的測(cè)值分別組成自動(dòng)化測(cè)值序列Xzi和人工測(cè)值序列Xri。每次進(jìn)行人工及自動(dòng)化對(duì)比測(cè)量時(shí)的連續(xù)測(cè)讀數(shù)宜為3～9次，記錄對(duì)應(yīng)測(cè)量過(guò)程中的中間值Xzi、Xri。按式(1)計(jì)算兩個(gè)序列之間的偏差δi，按式(2)計(jì)算比測(cè)偏差序列的均方差δ，按式(3)計(jì)算比測(cè)偏差控制值σ，取δ≤2σ。

δi=|Xzi-Xri|

(1)

(2)

(3)

式中i——第i次比測(cè)；

n——總比測(cè)次數(shù)；

σz——自動(dòng)化測(cè)量精度；

σr——人工測(cè)量精度。

按式(4)、式(5)計(jì)算本次對(duì)比測(cè)量時(shí)該測(cè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差eri、ezi；按式(6)、式(7)計(jì)算運(yùn)行時(shí)間內(nèi)該測(cè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差算數(shù)平均值er、ez。

(4)

(5)

(6)

(7)

C值按表1查詢。

表1 極差系數(shù)查詢

1.2 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中存在的問(wèn)題

依照南水北調(diào)中線工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)2020年及2021年人工比測(cè)實(shí)際工作情況，總結(jié)發(fā)現(xiàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)存在如下實(shí)際問(wèn)題。

1.2.1 無(wú)法獲取試運(yùn)行期間內(nèi)相同次數(shù)與相同時(shí)間的測(cè)值

南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)基于先采集自動(dòng)化數(shù)據(jù)或先采集人工數(shù)據(jù)均不影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，規(guī)定人工自動(dòng)化連續(xù)測(cè)讀4次滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。以先進(jìn)行人工讀數(shù)為例，人工讀數(shù)由于振弦讀數(shù)儀存在讀數(shù)延遲或無(wú)效讀數(shù)，完成一支儀器4次讀數(shù)時(shí)長(zhǎng)大于1min，后需進(jìn)行2～3min自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)置，再進(jìn)行自動(dòng)化讀數(shù)；反之先進(jìn)行自動(dòng)化讀數(shù)，變更人工讀數(shù)也需清除前序自動(dòng)化讀數(shù)腳本，系統(tǒng)設(shè)置仍需2～3min，總之單支儀器自動(dòng)化人工讀數(shù)至少間隔在3min以上，對(duì)于高靈敏度傳感器來(lái)說(shuō)，其所采集的數(shù)據(jù)可能出現(xiàn)瞬時(shí)變化，無(wú)法滿足相同時(shí)間條件規(guī)定。

1.2.2 進(jìn)行多序列測(cè)讀，人工成本巨大

面對(duì)南水北調(diào)工程規(guī)模大、線路長(zhǎng)、儀器種類數(shù)量繁多的情況，在不考慮是否滿足相同時(shí)間的情況下，按照人、車輛等現(xiàn)有實(shí)際情況，完成單次單序列人工比測(cè)工作需1個(gè)月，每增加一組序列采集，工作時(shí)長(zhǎng)翻倍，按照每年2次人工比測(cè)，采集3序列，人工比測(cè)工作需6個(gè)月，若需采集更多序列，易出現(xiàn)無(wú)法滿足工程維護(hù)實(shí)際條件的情況，局限性大。

1.2.3 公式修訂無(wú)效,實(shí)際效果不良

人工比測(cè)合格性評(píng)判為誤差在精度范圍內(nèi)即判定合格，方差分析法滿足δ≤2σ則合格。《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5211—2019)對(duì)誤差值與精度值控制無(wú)效，適用性有待考究。

a.儀器狀態(tài)良好，δ誤差值控制方式適得其反。

b.引入標(biāo)準(zhǔn)差e，未對(duì)精度值σ起到實(shí)際作用。

2 南水北調(diào)工程人工比測(cè)適用方法完善內(nèi)容

南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)工作于2020年正式啟用精度指標(biāo)法對(duì)儀器進(jìn)行合格性評(píng)判，合格率符合系統(tǒng)實(shí)際情況，并在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)精度指標(biāo)法進(jìn)行了完善。完善內(nèi)容包括以下四項(xiàng)：一是對(duì)于鋼弦式傳感器，頻模通道和溫度通道均滿足精度要求的，傳感器比測(cè)結(jié)果為合格；頻模通道合格，溫度測(cè)值不合格但附近有可替代的溫度測(cè)值或溫度測(cè)值存在常差，傳感器的讀數(shù)是有效、可用的，也應(yīng)判為合格。二是人工比測(cè)前必須進(jìn)行測(cè)站接地電阻測(cè)試。三是對(duì)于整編物理量計(jì)算不采用溫度修正的儀器可不對(duì)溫度通道進(jìn)行比測(cè)。四是嚴(yán)格控制不納入儀器，對(duì)于可確定失效儀器不納入統(tǒng)計(jì)處理，失效儀器表現(xiàn)為：人工自動(dòng)化均無(wú)讀數(shù)，可直接判定失效；人工自動(dòng)化數(shù)據(jù)跳動(dòng)劇烈，可判定失效；人工自動(dòng)化讀數(shù)明顯超頻模范圍，可判定失效。其他留觀儀器均納入統(tǒng)計(jì)，保證合格率真實(shí)性。

3 南水北調(diào)工程自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)方差分析法與精度指標(biāo)法結(jié)果比較分析

以南水北調(diào)工程淶涿管理處安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)作為樣本，采用精度指標(biāo)法進(jìn)行人工比測(cè)發(fā)現(xiàn)不合格儀器分為以下幾類：人工讀數(shù)穩(wěn)定，自動(dòng)化無(wú)讀數(shù)/跳數(shù)/超限值/經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤值；人工無(wú)讀數(shù)/跳數(shù)/超限值/經(jīng)驗(yàn)錯(cuò)誤值，自動(dòng)化讀數(shù)穩(wěn)定；溫度計(jì)溫度差值超限不合格；人工自動(dòng)化讀數(shù)超精度限制。精度指標(biāo)法可識(shí)別頻模大范圍波動(dòng)、自動(dòng)化人工讀數(shù)差值為常差等異常情況，需注意人工自動(dòng)化讀數(shù)盡可能選擇在同一時(shí)間點(diǎn)，因?yàn)椴糠謨x器精度高，對(duì)原始數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高。比如部分應(yīng)變計(jì)型號(hào)為BGK4200，精度為1.2模數(shù)，控制值較小，易發(fā)生錯(cuò)判。按照精度指標(biāo)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，有效儀器639支，582支合格，合格率為91.07%。按照方差分析法對(duì)淶涿管理處數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：接入有效儀器639支，188支合格，合格率為29.42%，方差法無(wú)法體現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

按照《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5211—2019)的規(guī)定，應(yīng)用方差分析法進(jìn)行南水北調(diào)工程自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)，對(duì)大部分儀器來(lái)說(shuō)，放大了誤差值δ，并未有效放大精度控制值σ，無(wú)法滿足對(duì)南水北調(diào)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)有效評(píng)價(jià)的要求。

南水北調(diào)工程振弦傳感器裝有熱敏電阻[4]，可同時(shí)測(cè)量該傳感器所在部位溫度數(shù)值，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，溫度通道損壞失效情況較多，理論上應(yīng)與傳感器絕緣性能有關(guān)，但數(shù)據(jù)并不支持理論說(shuō)法，仍在研究討論當(dāng)中。

4 結(jié) 語(yǔ)

本次南水北調(diào)工程安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)人工比測(cè)方法研究是繼制定精度指標(biāo)法后的進(jìn)一步深化，對(duì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)換版后的方差分析進(jìn)行了說(shuō)明，進(jìn)一步細(xì)化完善了精度指標(biāo)法，通過(guò)實(shí)例證明了精度指標(biāo)法適用于南水北調(diào)工程的實(shí)際情況。