我國已建堤壩約8.3萬多座,壩高15ｍ以上的約1.86萬座;堤防長約25萬多ｋｍ,其中,大江大河上的重要堤防6.57萬ｋｍ.這些水利水電工程在防洪、發(fā)電、灌溉、供水和航運(yùn)等方面,發(fā)揮了巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施.然而,由于工作和運(yùn)行條件極其復(fù)雜,并隨著時(shí)間的增長,堤壩的病害和老化日趨嚴(yán)重.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)[1],在3100座大、中型水庫大壩中,病險(xiǎn)大壩有1248座;8萬多座小型水庫中,病險(xiǎn)壩約占36%,堤防的安全狀況也相當(dāng)嚴(yán)峻.隨著西部大開發(fā)和西電東送戰(zhàn)略目標(biāo)的逐步實(shí)施,高壩大庫也越來越多,工程的安全重要性顯得越來越突出.并且,大中型水利水電工程規(guī)模大、投資多,造價(jià)高,少則幾億、幾十億元,多則幾百億元,甚至上千億元.因此,工程質(zhì)量的好壞和能否安全運(yùn)行,不僅會影響工程效益的充分發(fā)揮,還將直接關(guān)系到下游或兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全.

國內(nèi)外大量工程實(shí)踐表明,對水利水電工程進(jìn)行全面的監(jiān)測和監(jiān)控,是保證工程安全運(yùn)行的重要措施之一.同時(shí),將監(jiān)測和監(jiān)控的資料及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理部門,又可為提高水利水電工程的設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理水平提供可靠的科學(xué)依據(jù).

1　高新測控技術(shù)的基本要素及其功能

現(xiàn)代化的測控技術(shù)[2],應(yīng)該具有采集數(shù)據(jù)、科學(xué)管理數(shù)據(jù),及時(shí)或?qū)崟r(shí)對水利水電工程的安全狀況作出分析和評價(jià),并對其異?；螂U(xiǎn)情作出輔助決策等功能.因此,高新測控技術(shù)的基本要素包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和分析評價(jià)系統(tǒng)及其計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)支撐等（見圖1）.

1.1　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

通過測控單元（ＭＣＵ）自動采集、筆記本電腦現(xiàn)場采集或人工觀測埋入壩體或安裝的傳感器采集的監(jiān)測效應(yīng)量（大壩的變形、滲流、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）和影響量（水位、氣溫、降雨和地震等）,并輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫.其中,自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集,半自動化和人工采集為定期采集.因此,自動化采集數(shù)據(jù)一般是對水利水電工程關(guān)鍵部位（或壩段）主要監(jiān)測量（變形和滲流等）的采集.

1.2　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫后,由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對其進(jìn)行科學(xué)有序的管理.包括將電容、電感、電阻、電壓、頻率等轉(zhuǎn)換為位移、揚(yáng)壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變、裂縫開合度以及溫度等,及它們的誤差識別和處理,并將監(jiān)測量按有關(guān)監(jiān)測規(guī)范進(jìn)行整編和初分析;編制月報(bào)和年報(bào)等.

1.3　分析評價(jià)系統(tǒng)

分析評價(jià)系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù),進(jìn)行觀測資料的分析和反分析,結(jié)構(gòu)和滲流正、反分析,建立各類監(jiān)控模型和擬定監(jiān)控技術(shù)指標(biāo)等;將收集到的工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理、有關(guān)法規(guī)和規(guī)范等方面的專家知識進(jìn)行編輯,構(gòu)成分析、評價(jià)、輔助決策等方面的知識庫和推理分析知識.
現(xiàn)簡述幾種傳感器的主要工作原理及其應(yīng)用情況.

（1）差動電阻式傳感器　

該傳感器為美國加州大學(xué)卡爾遜教授所研制.置于其內(nèi)腔的兩根彈性鋼絲作為傳感元件,受力后一根受拉、一根受壓.當(dāng)環(huán)境量發(fā)生變化時(shí),兩者的電阻值向相反方向變化,根據(jù)兩個(gè)元件的電阻值比值,測出物理量的數(shù)值.

我國南京電力自動化設(shè)備廠從20世紀(jì)50年代開始,已研制出幾十萬支差動電阻式傳感器,并應(yīng)用于大量的水利水電工程中,取得了成功經(jīng)驗(yàn).

（2）振弦式傳感器　

由前蘇聯(lián)的達(dá)維金可夫發(fā)明.其核心元件是一根鋼弦,鋼弦的一端固定,另一端則固定在測量元件（受壓膜片或測量端塊）上.當(dāng)受力后,鋼弦長度將產(chǎn)生微小變化,引起固定頻率的變化,從而測出物理量的數(shù)值.

加拿大的Rocktest公司,美國的Sinco,Geokon公司等生產(chǎn)的振弦式傳感器性能良好,其中真空式為最佳.近幾十年來,我國較多的工程應(yīng)用了這種傳感器.

（3）差動電容式傳感器　

由我國南京電力自動化研究院研制.其工作原理是,將垂線或引張線穿過由4塊組成矩形的電容極板中,當(dāng)測線發(fā)生位移時(shí),電容極板的電容產(chǎn)生變化,從而測出位移量.

該傳感器經(jīng)過20多年的完善,其精度和長期穩(wěn)定性等均有較大提高,已在不少水利水電工程中應(yīng)用.

（4）差動電感式傳感器　

首先由原法國的Telemac公司研制.其工作原理是,當(dāng)高頻交變電流通過垂線坐標(biāo)儀時(shí),在周圍產(chǎn)生交變磁場,接收點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度與導(dǎo)線距離成反比;當(dāng)垂線產(chǎn)生位移時(shí),接收點(diǎn)測得的感應(yīng)電勢發(fā)生變化,其變化量的大小反映位移量的大小.

該傳感器在我國龍羊峽等水利水電工程中得到成功應(yīng)用.我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器.

（5）步進(jìn)馬達(dá)式傳感器　

由原法國Telemac和意大利ＩＳＭＳ公司研制.其工作原理是,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動光電探頭,探頭中的光照準(zhǔn)器先后對準(zhǔn)基準(zhǔn)桿和垂線鋼絲,然后返回原點(diǎn),在此過程中,測量電路記錄探頭前進(jìn)及返回基準(zhǔn)點(diǎn)和垂線鋼絲的脈沖數(shù),經(jīng)計(jì)算得到位移量.

該傳感器的機(jī)械部件較多,易出現(xiàn)故障,其長期穩(wěn)定性也不易保證.我國有關(guān)廠家也仿制了這類傳感器,在實(shí)際工程應(yīng)用中的故障率較高.

（6）ＣＣＤ傳感器　

由河海大學(xué)結(jié)合國家三峽工程重大基金項(xiàng)目研制.該傳感器由若干個(gè)特別研制的ＣＣＤ線陣模塊和發(fā)光二極管陣列模塊組成,當(dāng)垂線穿過并產(chǎn)生位移時(shí),ＣＣＤ線陣模塊記錄垂線位移與基準(zhǔn)點(diǎn)的位置,從而計(jì)算出位移量.

該傳感器技術(shù)先進(jìn),精度和可靠性高,在上標(biāo)和響洪甸等水利水電工程中得到應(yīng)用.

（7）其它新穎傳感技術(shù)

①光纖傳感技術(shù)　

光導(dǎo)纖維是由不同折射率的石英玻璃包層及石英玻璃細(xì)芯組合而成的纖維.它能使感受到的各種物理量而計(jì)算出監(jiān)測量,以及傳送感受的信息通訊.目前,應(yīng)用于光纖傳感的監(jiān)測量主要是裂縫,應(yīng)力應(yīng)變尚需進(jìn)一步研究.應(yīng)用信息通訊較為廣泛,且安全可靠.

②ＣＴ技術(shù)　

意稱計(jì)算機(jī)層析成像.它指的是在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下,根據(jù)物體周邊所獲取的某種物理量（如波速、Ｘ線光強(qiáng)）的一維投影數(shù)據(jù),應(yīng)用數(shù)學(xué)方法,通過計(jì)算機(jī)處理,重構(gòu)物體特定層面的二維圖像及其由此重構(gòu)的三維圖像;從而定量描述物體內(nèi)部材料分布和缺陷.該技術(shù)將成為工程結(jié)構(gòu)物內(nèi)部隱患監(jiān)測和老化評估的一種重要手段,在國內(nèi)外得到應(yīng)用,我國豐滿水電站等工程中也得到成功應(yīng)用.

③滲流熱技術(shù)　

依據(jù)滲流場與溫度場同時(shí)滿足擴(kuò)散方程及其初始和邊界條件的原理,利用埋設(shè)的溫度計(jì)測值分析滲流場的分布及其異常部位.

④ＧＰＳ技術(shù)　

利用衛(wèi)星定位技術(shù)（ＧＰＳ）監(jiān)測堤壩和巖土邊坡的表面變形.

⑤激光傳感技術(shù)　

由激光點(diǎn)光源（即發(fā)射點(diǎn)）發(fā)射的激光與激光探測儀（即接收端點(diǎn)）構(gòu)成激光淮直線,由發(fā)射的激光在波帶板及支架（測點(diǎn)）上觀測位移量.它可分大氣激光和真空激光準(zhǔn)直,其中的真空激光準(zhǔn)直除包括激光點(diǎn)光源、波帶板及其支架和激光探測儀,即發(fā)射點(diǎn)、測點(diǎn)和接收端點(diǎn)以外,還有真空管道.我國豐滿和太平哨水電站等大壩壩頂水平位移和垂直位移的10多年觀測資料表明,真空激光準(zhǔn)直具有精度高、長期穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn).

2.1.2　數(shù)據(jù)采集裝置　

數(shù)據(jù)采集裝置將各類傳感器測出的物理量（如電阻、電阻比、電容、電感和頻率等）轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（如位移、滲壓、應(yīng)變和溫度等）,即Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,以便遠(yuǎn)程輸送.當(dāng)距離超過100ｍ以后,傳感器輸出的電量和頻率等信號,隨距離的增大急劇衰減,以至無法測出物理量,但數(shù)字量可遠(yuǎn)距離輸送.因此,一般將幾十個(gè)傳感器按部位接入數(shù)據(jù)采集裝置,使傳感器觀測的物理量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量.按監(jiān)測方式不同,數(shù)據(jù)采集裝置可大致分為以下幾種類型.

（1）自動化數(shù)據(jù)采集裝置　

國內(nèi)外自動化數(shù)據(jù)采集裝置主要有,美國Geomation公司的2300系統(tǒng)、Sinco公司的ＩＤＡ系統(tǒng);我國臺灣研華公司的ＡＤＡＭ4000和ＡＤＡＭ5000系統(tǒng);南京電力自動化設(shè)備廠的ＦＷＣ-1系統(tǒng)等.按結(jié)構(gòu)的不同可歸納為總線型和集散型兩大類.

①總線型結(jié)構(gòu)　

eomation公司的2370型、ＩＤＡ、ＡＤＡＭ4000、ＡＤＡＭ5000以及ＦＷＣ-1等系統(tǒng)均屬于總線型結(jié)構(gòu).以ＩＤＡ系統(tǒng)為例,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2（ａ）,模塊箱的結(jié)構(gòu)見圖2（ｂ）.圖中主機(jī)為工控機(jī),中繼起聯(lián)接和中斷作用.

ＩＤＡ母線有二線信號、二線電源;Ａ1～Ａｎ是智能測量模塊,每個(gè)模塊可接8個(gè)傳感器;Ｂ1～Ｂｍ是智能傳感器.Ａ和Ｂ有解釋指令、多路傳輸、Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換和錯(cuò)誤查詢等功能.同時(shí)具有自動和人工測讀的兩種功能,并可防雷.

②集散型結(jié)構(gòu)　

Geomation公司研制的2350型、2380型等系統(tǒng)屬集散型結(jié)構(gòu).其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3.

從圖3中可見,ＮＭＳ為主機(jī);ＮＲＵ起中繼和網(wǎng)點(diǎn)（即可轉(zhuǎn)成有線的調(diào)制信號）的作用;ＭＣＵ（3）是異地單元,也起中繼作用（距離近的可以不用）;ＭＣＵ（4）和ＭＣＵ（5）也是異地單元,但它能起無線電發(fā)射和接收作用;ＭＣＵ（6）～ＭＣＵ（Ｎ）是監(jiān)測傳感器.

在這兩種型式中,總線型結(jié)構(gòu)具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、現(xiàn)場調(diào)機(jī)方便和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn).其中Geomation公司的2370型、ＩＤＡ等系統(tǒng)可接入電式和頻率式傳感器.

（2）人工或半自動化數(shù)據(jù)采集裝置　人工或半自動化數(shù)據(jù)采集儀可在現(xiàn)場測讀傳感器的測值,或用筆記本電腦采集.其中,差動電阻式采集儀主要有ＳＱ-2型數(shù)字電橋、ＸＪ型數(shù)字式電阻比檢測儀、ＺＪ型數(shù)字式和ＰＳＭ-Ｒ型電阻比檢測儀等;鋼弦式采集儀主要有ＳＤＰ-3型鋼弦溫度測試儀和ＧＰＣ-1型袖珍式鋼弦頻率測定儀等.

2.2　數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

水利水電工程大壩可埋有幾百個(gè)、幾千個(gè)甚至上萬個(gè)傳感器.如長江三峽水利樞紐建筑物就埋設(shè)約一萬多個(gè)傳感器,其采集數(shù)據(jù)每年達(dá)幾百萬個(gè),并隨著觀測年限的增加,數(shù)據(jù)將越來越多,對這些海量數(shù)據(jù)必須進(jìn)行科學(xué)有序地管理,以便為分析評價(jià)系統(tǒng)提供可靠的信息.數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)管理軟件和應(yīng)用軟件.

2.2.1　數(shù)據(jù)庫管理軟件平臺　

在大、中型水利水電工程中,目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有Oracle,Sybase,Informix以及ＳＱＬServer等4大類.其中以O(shè)racle和Sybase數(shù)據(jù)庫在中國應(yīng)用最廣.而Sybase為單進(jìn)程、多線索結(jié)構(gòu),即通過單進(jìn)程的多重通路來同時(shí)服務(wù)于多用戶,提高內(nèi)存的有效使用率,便于優(yōu)先程序的查詢.因此,Sybase數(shù)據(jù)庫無論在總體結(jié)構(gòu)、功能和特性等方面都有較大優(yōu)勢.本文作者開發(fā)和研制的7個(gè)大型水電工程的數(shù)據(jù)（或信息）管理及專家綜合評價(jià)系統(tǒng),主要采用了Sybase數(shù)據(jù)管理系統(tǒng).在小型水利水電工程中,目前常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有DBase,Foxbase和Foxpro等.而Foxpro為用戶級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),目前采用較多.

2.2.2　數(shù)據(jù)庫邏輯模型　

檢測的目的是分析評價(jià)工程的安全狀況.因此,根據(jù)分析評價(jià)的需要,數(shù)據(jù)庫的邏輯模型包括工程檔案、原始數(shù)據(jù)、整編數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)等4個(gè)分庫（見圖4）.

（1）工程檔案分庫　

該分庫管理工程概況以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工資料等.

（2）原始數(shù)據(jù)分庫　

管理監(jiān)測資料的原始數(shù)據(jù),包括物理量（電阻、電阻比、電感、電容、頻率等）和監(jiān)測效應(yīng)量（變形、揚(yáng)壓力、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）,并應(yīng)保證原始數(shù)據(jù)的真實(shí)性.

（3）整編數(shù)據(jù)分庫　

依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差識別和轉(zhuǎn)換;按結(jié)構(gòu)單元和監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行整編,包括測值統(tǒng)計(jì)表及其過程線圖,以及特征值（如最大值、最小值等）和環(huán)境量（如水位、氣溫、降雨、地下水位等）的統(tǒng)計(jì)等;對測值進(jìn)行初步分析,初步識別異常值以及復(fù)測;編制日報(bào)、月報(bào)和年報(bào),其中,日報(bào)是刊錄測頻高（每日一次或數(shù)次）的自動化監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù).

（4）生成數(shù)據(jù)分庫　

對監(jiān)測資料分析和反分析的成果,結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析的成果,以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的專家知識等進(jìn)行管理,為工程安全分析評價(jià)提供定性和定量的依據(jù).主要包括大壩或各結(jié)構(gòu)單元在各荷載組合工況下的應(yīng)力和位移、壩體溫度場、壩體和壩基滲流場（等勢線和流線）;位移和揚(yáng)壓力的力學(xué)規(guī)律計(jì)算值;各測點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)模型,變形測點(diǎn)和空間位移場的確定性模型和混合模型;變形、應(yīng)力和揚(yáng)壓力的監(jiān)控指標(biāo);歷次異常或險(xiǎn)情的分析評價(jià)成果等.

2.2.3　應(yīng)用軟件　

根據(jù)數(shù)據(jù)庫的邏輯模型,在數(shù)據(jù)庫的軟件平臺上,開發(fā)和研制數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用軟件,主要包括:

（1）菜單編程　對數(shù)據(jù)庫的菜單和各個(gè)分庫的菜單等編制應(yīng)用程序.可以采用下拉式或全屏幕式.

（2）原始數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括與采集系統(tǒng)相聯(lián)的通訊軟件;按結(jié)構(gòu)單元和測控裝置將傳感器監(jiān)測的物理量（電阻、電阻比、電感、電容和頻率等）或數(shù)字量（變形、滲壓、滲流量、應(yīng)力應(yīng)變和溫度等）編制成圖表的軟件.

（3）整編數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括誤差識別和處理程序;將物理量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量（應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)力,以及測控裝置沒有轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的物理量）;按結(jié)構(gòu)單元,將數(shù)字量及其相應(yīng)環(huán)境量編制整編成圖表的軟件;初分析軟件;編制日報(bào)、月報(bào)和年報(bào)的軟件等.

（4）生成數(shù)據(jù)管理的應(yīng)用軟件　包括對監(jiān)測資料分析和反分析成果、結(jié)構(gòu)和滲流分析和反分析成果,以及有關(guān)專家知識等,并編制成相應(yīng)圖表的軟件.

2.3　分析評價(jià)系統(tǒng)[3]

對水利水電工程監(jiān)測和監(jiān)控的目的是,依據(jù)監(jiān)測資料和相應(yīng)的專家知識,對工程的安全狀況作出綜合分析和評價(jià).因此,完整的現(xiàn)代測控系統(tǒng)必須包括分析評價(jià)系統(tǒng).其功能是依據(jù)監(jiān)測資料、結(jié)構(gòu)、滲流等分析和反分析成果,以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理、法規(guī)和規(guī)劃等專家知識,對監(jiān)測資料進(jìn)行分析和評價(jià),從中尋找異常值或不安全因素,并對此進(jìn)行成因分析和輔助決策等.因此,分析評價(jià)系統(tǒng)應(yīng)包括資料評價(jià)、綜合檢查分析、觀測檢查、物理成因分析、專家綜合診斷和輔助決策等部分,其結(jié)構(gòu)和流程分別見圖5和圖6.

[next]

2.3.1　資料評價(jià)　

應(yīng)用時(shí)空分布、力學(xué)規(guī)律、監(jiān)控模型、監(jiān)控指標(biāo)、日常巡查和關(guān)鍵問題等6類評判準(zhǔn)則,對監(jiān)測值進(jìn)行分析評判,從中識別異常值或不安全因素.

2.3.2　檢查分析　

對異常值或不安全因素,通過同一部位的同類監(jiān)測量、相關(guān)監(jiān)測量和環(huán)境量的綜合分析（或相關(guān)分析）檢查,從中識別引起異常值或不安全因素的成因.如由觀測引起的,則進(jìn)入觀測檢查;是由結(jié)構(gòu)和荷載引起的,則進(jìn)入物理成因分析.

2.3.3　觀測檢查　

對由觀測引起的異常測值,首先檢查觀測記錄,然后檢查采集系統(tǒng).對觀測記錄錯(cuò)誤的測值宜進(jìn)行刪除或修改;對監(jiān)測采集系統(tǒng)引起的異常測值,在排除故障后重測并進(jìn)行修正.

2.3.4　物理成因分析　

對由結(jié)構(gòu)和荷載引起的異常值或不安全因素,首先檢查環(huán)境量（或外因）有無產(chǎn)生特殊荷載工況.若有,則分析壩基異常（包括變形、穩(wěn)定和應(yīng)力等）成因,然后分析建筑物異常（變形、應(yīng)力、裂縫等）成因,當(dāng)穩(wěn)定和強(qiáng)度滿足安全要求時(shí),則“異常”或“不安全因素”是由荷載引起的,為結(jié)構(gòu)調(diào)整所致,所以屬基本正常.若無特殊荷載工況,則反分析壩基和壩體的計(jì)算模型和計(jì)算參數(shù)等;然后,正演分析監(jiān)測量,若與實(shí)測值一致,則為計(jì)算條件改變而引起的;并復(fù)核壩基和壩體的穩(wěn)定和強(qiáng)度,若滿足安全要求,則雖為結(jié)構(gòu)引起,但尚屬基本正常;若穩(wěn)定和強(qiáng)度不滿足安全要求,則為異?；螂U(xiǎn)情,隨即進(jìn)入輔助決策.若分析不出物理成因,則進(jìn)入專家綜合診斷.

2.3.5　專家綜合診斷　

對異?；虿话踩蛩氐囊呻y雜癥,即難以分析成因的,進(jìn)行專家綜合診斷,包括對其影響因素和安全度的專家綜合評判.

2.3.6　輔助決策　

依據(jù)異?；螂U(xiǎn)情的程度,首先提出報(bào)警級別,然后提出輔助決策的建議.其中報(bào)警級別分三級,一級為險(xiǎn)情,二級為異常,三級為局部異常.輔助決策建議包括運(yùn)行控制水位和補(bǔ)強(qiáng)加固處理措施的建議等.

2.3.7　支持庫群　

為了給以上分析評價(jià)提供定量依據(jù),該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)庫、方法庫、知識庫和圖庫等支持庫群.

（1）數(shù)據(jù)庫　主要管理監(jiān)測資料及其分析和反分析成果,與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行資料等.

（2）方法庫　依據(jù)安全分析評價(jià)需求,方法庫主要包括監(jiān)測資料分析和反分析軟件包,結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包,綜合分析和評價(jià)程序,以及輔助決策程序等.如本文作者給多座水利水電工程開發(fā)的分析評價(jià)系統(tǒng)中,共設(shè)置40個(gè)程序.其中,監(jiān)測資料分析和反分析軟件包有監(jiān)測資料預(yù)處理、資料分析和反分析等22個(gè)程序;結(jié)構(gòu)和滲流分析軟件包有規(guī)范法的應(yīng)力和穩(wěn)定分析,有限元靜力、動力以及粘彈性和粘彈塑性分析等13個(gè)程序;綜合分析和評價(jià)包括影響因素和安全度評價(jià)等2個(gè)程序;輔助決策包括報(bào)警、洪水反調(diào)節(jié)等3個(gè)程序.從而,總體上能滿足安全分析和評價(jià)的定量分析需要.

（3）知識庫　包括專家語言的定量化知識,隱蔽薄弱部位的設(shè)計(jì)和施工的專家知識,歷次安全定期檢
查以及異常或不安全因素的分析評價(jià)成果等.

（4）圖　庫　包括圖形庫和圖像庫.其中,圖形庫包括分析和評價(jià)過程中的各類圖表;圖像庫包括分析評價(jià)結(jié)論的多媒體演示等.

2.3.8　分析評價(jià)的人工智能技術(shù)　

為了實(shí)現(xiàn)分析評價(jià)的人工智能化,分析評價(jià)系統(tǒng)采用正向推理、反向推理、混合推理和元控制等4種技術(shù).其中,正向推理為已知問題的事實(shí),在知識集中尋找匹配知識,反復(fù)循環(huán)直至找到有解結(jié)論;反向推理為已知或假設(shè)結(jié)構(gòu),從知識集中尋找匹配的解,反復(fù)循環(huán),直至找到匹配的解;混合推理為融合正向和反向推理的原理,有先正向后反向或先反向后正向;元控制是將元知識（即知識的知識）構(gòu)成元知識庫,以求解問題的目標(biāo).

2.4　計(jì)算機(jī)及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由于高新測控技術(shù)是將數(shù)據(jù)采集、信息管理和分析評價(jià)融匯在一起的龐大系統(tǒng)工程,必須在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下才能實(shí)現(xiàn).

2.4.1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　

常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線形、星形和樹形等（見圖7）.其中,總線形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點(diǎn)連在通信總線上;星形結(jié)構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)所有結(jié)點(diǎn)連接在中心結(jié)點(diǎn)上,由中心結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和交換;樹形結(jié)構(gòu)為自頂而下的層次化的擴(kuò)展式結(jié)構(gòu),頂部結(jié)點(diǎn)為根結(jié)點(diǎn),連接2個(gè)以上結(jié)點(diǎn)的稱為支節(jié)點(diǎn),以下為端結(jié)點(diǎn),以根結(jié)點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)核心、支結(jié)點(diǎn)為子網(wǎng)絡(luò)中心、端結(jié)點(diǎn)為面向用戶的桌面.

一般大中型水利水電工程結(jié)構(gòu)單元（如壩段）較多、布置的測點(diǎn)也較多,宜用總線形;對省局（廳）或大網(wǎng)局,由于所屬水利水電工程較多,分布也廣,而需要由局中心控制時(shí),宜用星形結(jié)構(gòu),其中一個(gè)結(jié)點(diǎn)為一座水利水電工程;對特大型水利水電工程.如三峽工程,由于分項(xiàng)工程較多,宜用樹形結(jié)構(gòu)（見圖8）.

2.4.2　計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)平臺　

單個(gè)的水利水電工程一般用局域網(wǎng),可采用高速光纖、載波或微波等網(wǎng)絡(luò)通訊.對省網(wǎng)局（廳）或大型水利水電工程需要有外部技術(shù)支持的,一般采用廣域網(wǎng),亦可采用以太網(wǎng)或Intranet網(wǎng)等.

2.4.3　計(jì)算機(jī)工作方式　

一般采用Ｃ/Ｓ（客戶機(jī)/服務(wù)器）方式.其中,服務(wù)器主要存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)以及與工程安全有關(guān)的設(shè)計(jì)和施工等資料,應(yīng)該有強(qiáng)大的存儲和處理數(shù)據(jù)的功能;其型號和數(shù)量視工程規(guī)模、監(jiān)測項(xiàng)目的多少,由需求分析確定,一般應(yīng)有雙機(jī)或多機(jī)熱備份.客戶機(jī)主要面向用戶的分析評價(jià)和輔助決策等,可由多臺并行計(jì)算機(jī)完成.

3　結(jié)　語

（1）現(xiàn)代化測控技術(shù)應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、管理和分析評價(jià)等功能,以及完成這些功能的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境和通訊網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.

（2）數(shù)據(jù)采集包括傳感器和測控裝置,完成Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換,以便監(jiān)測的數(shù)字量能遠(yuǎn)距離輸送.

（3）信息管理系統(tǒng)具有對監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)采集和管理、整編和處理以及生成等功能,并對涉及工程安全的設(shè)計(jì)、施工資料進(jìn)行管理,以便為分析評價(jià)提供科學(xué)的信息.

（4）分析評價(jià)系統(tǒng)是對監(jiān)測資料進(jìn)行分析評價(jià),從中識別異常值或不安全因素,并對其進(jìn)行成因分析和輔助決策.