一、项目背景
堤坝根石位移智能监测系统最初是以黄河堤防根石走失情况的监测为目的而研发的。黄河险工、控导工程是重要的防洪屏障,是控制河势的重要措施,具有控导主流、护滩保堤等作用,由于黄河含沙量大,河势游荡多变,横河、斜河时有发生,控导工程易发生根石走失、坦石下蛰等险情。对新修坝岸,由于根基较浅,受大溜顶冲后极易发生猛墩猛蛰等大险、恶险,一旦抢护不及时,存在跑坝危险。如何才能尽早发现险情,及时果断进行抢护,做到“抢早、抢小”,关系抢险成败,黄河安危。同时,委领导也对该方面的技术进展情况高度重视,多次组织专家研讨会议,寻求一种切实可行的解决方案。
长期以来,黄河上一直是人工徒步查险,工程管理人员为实现对坝岸险情早发现、早抢护之目的,常年不间断的对靠河工程河势、工情、水情、险情等项目进行观测,这种方法劳动强度大、投入大、费用高,受天气、时间等因素制约,易漏查、漏报。若发生大洪水或较大险情,往往因一线管理人员不能很准确地描述河势、工情、水情、险情,且缺少可视化的实时工情、险情信息,给抗洪抢险决策带来诸多不便。
目前,随着科学技术的飞速发展,应用广泛普及,传统治黄向现代化治黄转变的速度加快,利用高新技术对险工控导工程的工情、险情信息进行实时采集和传输,在工程出险时及时、准确地发现险情,且不受刮风、下雨、白天黑夜等条件的影响,实现大洪水期间,控导工程撤守后,各级防指仍能实时了解洪水运行及工程靠河出险情况,为抗洪抢险、救灾和指挥调度提供第一手资料显得尤为紧迫和必要。因此,研制能够用于准确监测堤防根石走失情况的自动化系统就成为解决这一难题的手段。
同时,堤坝根石位移智能监测系统也可用于与此类似的其他地质变形、岩石震动等方面的位移监测,具有比较广阔的应用范围和前景。
二、项目研发过程
2005年年初,我局所属天诚公司开始组织技术人员对此需求进行了深入的分析和研究,也与黄河一线的查险、抢险人员进行了座谈,从而对根石的位移情况以及检查、上报过程有了一个比较深刻的认识。到2005年5月,天诚公司在对国内外相关应用技术及产品进行了广泛的查询和比较的基础上,从中概括出了几种可选方案,经过讨论以及部分内容的试验,最终确定了堤坝根石位移智能监测系统的基本方案,并于2005年7月中旬完成了系统的总体设计和安装施工工作。
2005年7月下旬,该系统各部位安装调试完毕,开始进入应用阶段。
三、成果主要创新点
该成果获河南河务局2005-2006年度创新成果特等奖,主要创新点有以下几个方面:
(一)首次在黄河上利用电阻式位移传感器实现了根石位移情况的自动跟踪监测
系统中所用位移传感器为电阻式位移传感器,能提供绝对式或增量式的位置测量, 测量钢丝由不锈钢材料制成。利用不同的结构,传感器的测量范围可高达20,000mm, 具有简便、坚固、紧凑等突出特点。
(二)首次使用无线短信数据传输方式实现了根石位移数据的远程传输。
无线短信数据传输是使用移动运营商的公网进行的数据传输,所有操作都是由数据传输模块在模块的内部完成,该模块完全独立开发,在使用或客户二次开发的过程中能提供良好的技术支持。
(三)首次引入了IC卡巡检管理模式。
该系统由巡检器(数据采集器)、信息钮(也叫射频卡或感应卡)、数据传输线、数据管理软件及计算机组成。使用时将信息钮安装在坝头附近作为“巡检点”,当报警数据发出后抢险人员手持巡检器接近巡检点,巡检器就如实地记录下检查的地点和时间。巡检器中的数据通过数据传输线传到MCU中,则巡检人员的检查地点和时间等数据一目了然的在远程显示出来,实现对巡检工作的记录。
(四)采用了可循环再生、重复利用的供电技术,大大提高了系统的可用性和可普及性。
该技术的应用,有效地解决了多数监测点不具备常规电源条件的难题,提高了系统的可普及性;
供电系统的功率是依据系统总体功耗而定,可保持现场连续15个阴雨天持续供电而设计。
(五)系统功能强大、监控信息、数据传输准确快捷
实现了堤坝根石走失情况的实时监测、历史数据的可追溯性等功能,同时具有现地声光报警、无线手机报警、远程软件报警等报警方式,更加方便了管理人员对实时险情情况的及时掌握和处理,大大提高了堤坝根石安全性的监测和管理水平,也为黄河两岸人民群众的生命财产安全提供了有效的保障措施。
四、应用情况
2005年7月下旬,堤坝根石位移智能监测系统首先在黄河郑州段的保合寨控导工程上进行了试点安装和应用。2006年该试点系统在黄河调水调沙期间,准确地对40坝坝前头轻微下蛰进行了预警,得到了用户的肯定,为黄河堤坝安全的监测又提供了一个必要的手段。2006年初,在试点系统运行取得明显成效后,我们在郑州段赵口控导工程进行了局部推广,目前系统运行状态良好。
五、成果的经济及社会效益
该系统针对黄河工程的分散性、险情突出性、河势的不稳定性等基本特征,突破了以往信息的采集手段单一、容易漏查,而且易受天气状况、工程位置等因素影响等弊病,可在沿黄GSM网络覆盖范围内有效监测根石的位移情况,真正实现信息的实时采集和传输,同时还可以实现实时报警以及险情及时处理管理等,为黄河堤防工程提供安全保证,为黄河两岸人民群众的安居乐业提供安全保证。因此,该系统的推广应用必定会带来比较广泛的社会效益。
另外,该系统的应用能够大大提高黄河控导险工、堤坝的安全监测效率,降低根石走失情况人工探查的劳动量,使出险情况能够及时、准确的传递给守险人员,从而使工程得到必要的抢护和修整,以降低抢险的人力、物力以及财力的损耗,节约资金。据相关部门的数据查询,目前,黄河下游堤防控导工程中,每条坝的修筑费用为五~六万元,如果能够遇到大险而及时得到抢护则可节约相应的修筑费用,同时也能使两岸人民群众的生命、财产损失降到最低限度。因此,此项技术的应用推广,也必定会带来比较可观的经济效益。
六、主要完成单位及完成人情况
(一)主要完成单位
郑州河务局
(二)主要完成人
仵海英 司 权 余孝志 朱艾钦 刘遂林 史宗伟
周宝林 王 静 赵 涛 曹立志 石洪波 张义超
李予生 崔怀玉 武青章 宋录成 刘中礼