尹正宇，次仁卓瑪，周斌山，卜 雷，旦增羅布，段 丹

（西藏自治區(qū)旁多水利樞紐管理局，850000，拉薩）

一、工程概況

“十一五”重點建設項目旁多水利樞紐地處西藏自治區(qū)拉薩河源頭，是拉薩河流域的骨干性控制工程，也是拉薩河干流水電梯級開發(fā)的龍頭水庫，壩址位于林周縣旁多鄉(xiāng)，工程總投資45.69億元，水庫總庫容12.26億m3，總裝機容量160MW（4臺）。工程等級為Ⅰ等大（1）型，由瀝青混凝土心墻砂礫石壩、泄洪洞、泄洪兼導流洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房和灌溉輸水洞等建筑物組成。

二、工程安全監(jiān)測現(xiàn)狀

旁多水利樞紐是以灌溉、發(fā)電為主，兼顧防洪和供水綜合利用的樞紐工程，為保證樞紐工程安全運行，綜合效益能充分發(fā)揮，建立科學完善的樞紐工程安全監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。

1.安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)結構

旁多水利樞紐安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)采用混合式布置。根據(jù)工程特點，在分系統(tǒng)中采用集中式，整個系統(tǒng)連接分系統(tǒng)時采用分布式。各建筑物的數(shù)據(jù)采集裝置(DAU）或傳感器共享總線，總線上只布設一個主機與集中控制樞紐與分散控制單元連接。

旁多水利樞紐安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)包括大壩及高邊坡內(nèi)觀安全監(jiān)測系統(tǒng)、大壩及高邊坡外觀安全監(jiān)測系統(tǒng)（GNSS）和大壩強震監(jiān)測系統(tǒng)3個子系統(tǒng)。3個子系統(tǒng)相互獨立運行，互不影響，協(xié)同監(jiān)測，是本工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)不可或缺的重要內(nèi)容，各自為旁多大壩和高邊坡穩(wěn)定提供實時精確的監(jiān)測原始數(shù)據(jù)。

根據(jù)工程現(xiàn)場儀器和設備的實際布置情況，安全監(jiān)測系統(tǒng)采用RS485(光纖)和無線超短波通信方式的混合通信方式。本工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)結構見圖1。

（2）系統(tǒng)功能

本工程安全監(jiān)測系統(tǒng)采用C/S和B/S混合結構，數(shù)據(jù)采集服務程序在服務器上運行，其他部分監(jiān)測人員通過網(wǎng)絡與服務器相連，即可通過給定的IP和用戶名訪問。系統(tǒng)支持單機、工作組和網(wǎng)絡運行方式，可以與局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)庫與其他數(shù)據(jù)庫兼容，為其他系統(tǒng)預留數(shù)據(jù)接口或供其直接使用。監(jiān)測人員可以遠程控制數(shù)據(jù)采集、顯示測量數(shù)據(jù)，并可將測量數(shù)據(jù)直接保存至服務器數(shù)據(jù)庫中。具體功能如下。

①數(shù)據(jù)采集功能。系統(tǒng)擁有數(shù)種采集方式（單點、巡回、定時測量，并可在測量控制單元上進行人工測讀）和測量控制方式 （應答式和自報式，兩種方式均能采集各類傳感器數(shù)據(jù)。對每支傳感器均能設置警戒值，測讀數(shù)據(jù)超過警戒值時系統(tǒng)能夠進行自動報警）。

②信息管理功能。對系統(tǒng)采集的監(jiān)測資料及其分析成果，有關安全的設計、施工和運行等資料進行全面科學有序管理，實時展示監(jiān)測平面布置圖、過程曲線、監(jiān)測數(shù)據(jù)分布圖、監(jiān)測控制點平面布置圖、報警窗口等。

③數(shù)據(jù)自動存儲和備份功能。各測控單元均配備蓄電池，在系統(tǒng)供電中斷的情況下，保證現(xiàn)場測控單元至少能連續(xù)工作3天，確保系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)與參數(shù)不丟失。

④自檢功能。系統(tǒng)具有自檢能力，能對現(xiàn)場儀器設備設施進行定時檢查，并實時顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)和故障信息，便于及時維護。

⑤網(wǎng)絡安全防護功能。系統(tǒng)配有防火墻等裝置，以確保系統(tǒng)網(wǎng)絡安全；設置多級用戶管理有效保障系統(tǒng)安全。

2.監(jiān)測項目

安全監(jiān)測系統(tǒng)工程主要監(jiān)測項目有：壩體變形監(jiān)測，包括內(nèi)部、外部變形，混凝土防滲墻監(jiān)測，瀝青心墻監(jiān)測；滲流監(jiān)測；引水洞安全監(jiān)測；泄洪兼導流洞安全監(jiān)測；灌溉輸水洞安全監(jiān)測；高邊坡安全監(jiān)測；強震監(jiān)測；工程安全自動化監(jiān)測；巡視檢查。

主要外觀監(jiān)測項目有：位移監(jiān)測（GPS）、精密水準基點、大壩迎水面臨時水平位移監(jiān)測。

為保證工程施工安全和運行穩(wěn)定，在大壩壩體、泄洪兼導流洞、引水主洞、引水1號支洞、引水3號支洞、輸水灌溉洞出口鉆爆段、廠房后邊坡、泄洪兼導流洞邊坡及泄洪洞邊坡，布置了系統(tǒng)的安全監(jiān)測設施。各監(jiān)測項目內(nèi)容及監(jiān)測儀器如表1。

3.監(jiān)測現(xiàn)狀

內(nèi)觀監(jiān)測主要布置在壩縱0+331.00 m、壩縱0+522.00和壩縱0+755.00 m 3個主要斷面，另有壩縱0+127.00 m輔助監(jiān)測斷面；泄洪兼導流洞安全監(jiān)測主要設置有進口K0+120.00 m和出口K0+610.00 m監(jiān)測斷面；引水發(fā)電系統(tǒng)安全監(jiān)測主要設置有引水發(fā)電洞的引0+060.00 m監(jiān)測斷面、引0+294.04.00 m監(jiān)測斷面、引0+328.02.00 m監(jiān)測斷面、引支3號洞0+082.00監(jiān)測斷面和引支1號洞0+055.00監(jiān)測斷面；輸水灌溉洞設置有K13+300.00 m監(jiān)測斷面；高邊坡主要設置有廠房后邊坡102-102監(jiān)測斷面、泄洪兼導流洞與廠房后邊坡結合部坡面8—8監(jiān)測斷面、泄洪兼導流洞邊坡203—203監(jiān)測斷面和泄洪洞邊坡303—303監(jiān)測斷面。

外觀監(jiān)測在大壩EL.4 052.00 m馬道、EL.4 076.00 m馬道和EL.4 100.00 m壩頂布置GPS測點24個和水準標點，在廠房后邊坡102—102監(jiān)測斷面、泄洪兼導流洞與廠房后邊坡結合部坡面8—8監(jiān)測斷面、泄洪兼導流洞邊坡203—203監(jiān)測斷面和泄洪洞邊坡202—202監(jiān)測斷面布置GPS測點14個，在左壩頭、壩下交通橋（供電所）和生活區(qū)后邊坡設3個GPS基準點。

目前旁多水利樞紐安全監(jiān)測已建立集無線有線回傳的局域網(wǎng)系統(tǒng)，包含自動化采集系統(tǒng)（BGK—MICRO分布式網(wǎng)絡測量系統(tǒng)，即自動數(shù)據(jù)記錄儀或測量單元，BGK—DR）和水工結構強震與振動信號采集分析系統(tǒng)，除測斜項目外，其余所有項目均已實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集、回傳。但由于監(jiān)測項目和儀器眾多，采集的數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)據(jù)量相當大，監(jiān)測人員配備少、水平和經(jīng)驗參差不齊，后期的數(shù)據(jù)處理分析和監(jiān)測維護工作困難較大。

圖 1 旁多水利樞紐工程安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)平面結構

三、利用4S技術開發(fā)旁多水利樞紐工程“一張圖”系統(tǒng)

旁多水利樞紐當前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析管理功能還比較弱，結果表達也傾向于文字形式、簡易圖表，還局限于二維表達。數(shù)據(jù)量龐大而繁多，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析手段的滯后，給數(shù)據(jù)分析、管理和調(diào)度決策帶來諸多不便。在后續(xù)的發(fā)展中，應加強系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與分析功能，分析結果應傾向于三維可視化表達的多媒體方向。GIS具有強大的數(shù)據(jù)采集、管理、分析功能，同時還能輸出多種地理空間信息，擁有超強的空間性和動態(tài)性；以其為平臺，結合遙感影像資料、空間建模技術和專家信息系統(tǒng)進行二次開發(fā)形成的系統(tǒng)，繼承GIS超強的區(qū)域空間分析、多要素綜合分析和動態(tài)預測等能力，能產(chǎn)生高層次的地理空間信息和元數(shù)據(jù)。

表 1 監(jiān)測項目內(nèi)容及儀器

1.開發(fā)過程

（1）系統(tǒng)菜單開發(fā)

利用ArcGIS二次開發(fā)工具ArcGIS Engine開發(fā)模塊將安全監(jiān)測、運維、水雨情、專家?guī)斓戎鞑藛握现敛藛螜?，并開發(fā)各自下級菜單。添加基本地圖操作和鷹眼功能按鈕。

（2）空間建模

利用GIS地圖工具，建立GDB地理空間數(shù)據(jù)庫，同時把工程基礎資料數(shù)據(jù) （CAD格式）轉(zhuǎn)換為SHP格式（面）并存于GDB數(shù)據(jù)庫中，然后以此數(shù)據(jù)結合高程數(shù)據(jù)生成DEM數(shù)據(jù)，再以坐標數(shù)據(jù)為控制點，在DEM數(shù)據(jù)上層疊加遙感影像數(shù)據(jù)，樞紐區(qū)三維場景底圖便繪制成功；再次用相同方法，將監(jiān)測斷面、監(jiān)測點數(shù)據(jù)以SHP格式（點、線）錄入GDB數(shù)據(jù)庫，并在屬性表中添加屬性字段坐標、高程和編號。

圖 2 旁多水利樞紐工程“一張圖”系統(tǒng)架構

（3）數(shù)據(jù)鏈接

在GDB數(shù)據(jù)庫中打開監(jiān)測斷面、監(jiān)測點屬性表，利用屬性字段坐標、高程和編號將各監(jiān)測點第一次、逐月、逐年監(jiān)測數(shù)據(jù)鏈接至屬性表中。利用ArcCatalog將GDB數(shù)據(jù)庫、GIS服務器與安全監(jiān)測、運維、水雨情、專家?guī)斓冗B接。至此，旁多水利樞紐“一張圖”系統(tǒng)初步成型，再完善各菜單的功能命令語句，系統(tǒng)各項功能就能實現(xiàn)。

2.“一張圖”系統(tǒng)

旁多水利樞紐“一張圖”系統(tǒng)正在開發(fā)中，開發(fā)完成后在“一張圖”系統(tǒng)上，整個樞紐的三維實時場景作為基礎底圖，不但能輕松實現(xiàn)安全監(jiān)測、實時監(jiān)控和檔案管理等樞紐運行管理功能；還能在很大程度上提高監(jiān)測工作效率、延長儀器設備使用壽命。還能為工程興利、防洪調(diào)度等決策提供科學依據(jù)，為工程的長期安全、經(jīng)濟運行提供更加可靠的保證。旁多水利樞紐工程“一張圖”基本架構見圖2。以實時的三維場景作為底圖，能使監(jiān)測等運管工作更加科學規(guī)范，樞紐的運行情況一目了然。

“一張圖”系統(tǒng)對庫群管理同樣適用，只要開放相應的權限和端口，以相同方法把眾多的水庫系統(tǒng)完善匯總，就能形成庫群“一張圖”系統(tǒng)。