专利名称：混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统与方法
技术领域：
本发明属于水利水电工程的技术领域，具体地涉及一种混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，以及采用该系统的方法。
背景技术：
混凝土大坝属于大体积结构，在大体积混凝土结构内一旦出现裂缝，通过修补等措施以恢复结构的整体性是较困难的，因此大体积混凝土结构的裂缝应以预防为主，在施工过程中通过温度控制等手段来实现。鉴于大坝较长的施工周期及服役期，裂缝问题牵扯因素众多，要完全防止大体积混凝土结构的裂缝，亟需一种实时监测、跟踪反馈分析、温控决策支持的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种实时监测、跟踪反馈分析、温控决策支持的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统。本发明的技术解决方案是这种混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统包括数字动态测温监测单元、现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地MIS (Mobile Information System，移动信息系统)；数字动态测温监测单元安装在混凝土浇筑仓内，实时采集并处理温度数据后将其发送给现场混凝土大坝温度监控单元，现场混凝土大坝温度监控单元将数据进行预处理后通过Web发布服务器经网络发送给混凝土大坝温控防裂分析单元，在混凝土大坝温控防裂分析单元对数据进行仿真计算分析后， 将分析数据和预警信息通过网络发送给现场混凝土大坝温度监控单元和水电站工地MIS， 工程参建方，即业主、设计方及监理方，通过水电站工地MIS实时访问分析数据和预警信息，并将施工建议及预警信息的处理结果反馈给混凝土大坝温控防裂分析单元，然后混凝土大坝温控防裂分析单元定期对数据进行仿真计算分析，从而形成一个循环。还提供了利用该系统的方法，该方法包括数字动态测温监测方法以及温控数字信息采集、分析和预警方法。由于数字动态测温监测单元实时采集并处理混凝土大坝的温度数据，并且数字动态测温监测单元、现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地MIS形成一个封闭的循环，从而精确分析可能裂缝点。
图1示出了根据本发明的数字动态测温监测单元的结构示意图；图2示出了根据本发明的数字测温仪的结构示意图；图3示出了根据本发明的数字梯度仪的结构示意图；图4示出了根据本发明的现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地MIS单元的结构示意图。
具体实施例方式这种混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统包括数字动态测温监测单元、现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地MIS(Mobile Information System，移动信息系统)；数字动态测温监测单元安装在混凝土浇筑仓内，实时采集并处理温度数据后将其发送给现场混凝土大坝温度监控单元，现场混凝土大坝温度监控单元将数据进行预处理后通过Web发布服务器经网络发送给混凝土大坝温控防裂分析单元，在混凝土大坝温控防裂分析单元对数据进行仿真计算分析后，将分析数据和预警信息通过网络发送给现场混凝土大坝温度监控单元和水电站工地MIS单元，工程参建方， 即业主、设计方及监理方，通过水电站工地MIS单元实时访问分析数据和预警信息，并将施工建议及预警信息的处理结果反馈给混凝土大坝温控防裂分析单元，然后混凝土大坝温控防裂分析单元定期对数据进行仿真计算分析，从而形成一个循环。图1示出了根据本发明的数字动态测温监测单元的结构示意图。数字动态测温监测单元包括LN2(^6-T型数字温度测试记录仪a、总线电缆b、LN2026-L型总线接线器C、数字测温仪或数字梯度仪d、RS232连接电缆e、监测信息存储服务器f。其中数字测温仪横河向、顺河向及竖向地布置于浇筑仓的中心，用于监测该浇筑仓混凝土的最高温度及温度变化，数字测温仪还布置于浇筑仓的水管壁上，用于监测通水冷却水温及水管周边混凝土的温度变化，数字测温仪还布置于浇筑仓的表面附近并与大气接触，用于监测浇筑过程中的浇筑仓周边的气温变化；其中数字梯度仪共有6个数字测温传感器，第一个位于浇筑仓表面，其余沿浇筑仓深度方向间隔一定距离，用于监测寒潮、过水、保温等对混凝土的影响，这是由于寒潮、过水、保温等外界条件对混凝土的影响在表面一定深度，并且沿深度呈减小趋势，采用这种布置通过测量温度梯度可用于监测寒潮，过水、保温等对混凝土温度的影响。图2为数字测温仪，由1个数字测温传感器组成，有以下几种应用方式(1)将其布置在浇筑仓的横河向、顺河向及竖向中心位置，用于测量混凝土内部最高温度；( 将其布置在某一浇筑仓表面附近，用于测量浇筑环境气温；C3)将其埋设在水管壁上，用于测量通水水温。图3为数字梯度仪，由6个数字测温传感器组成，典型的间距依次为10cm、15cm、 25cm、50cm、50cm或间隔依次为20cm、30cm、50cm、100cm、100cm，将其直接垂直于浇筑仓表
面，并位于浇筑仓中间位置埋设，或垂直于上下游面埋设，用于监测混凝土表面梯度变化及保温效果，第一支温度计位于浇筑仓表面。图4示出了根据本发明的现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地MIS单元的结构示意图。现场混凝土大坝温度监控单元建在施工现场， 包括现场数据库服务器17、现场管理服务器18、数据处理分析机11、以太网3、现场Web发布服务器15、现场应用服务器14及现场无线报警设备13 ；现场数据库服务器用于接收数字动态测温监测单元的温度数据；现场管理服务器用于处理温度数据；现场Web发布服务器用于将温度数据和处理的温度数据通过以太网发送给混凝土大坝温控防裂分析单元；现场应用服务器用于接收混凝土大坝温控防裂分析单元的分析结果；现场无线报警设备是对混凝土大坝温控防裂分析单元的报警信息进行现场报警；数据分析机用于工程参建方分析以上各种数据及分析结果。混凝土大坝温控防裂分析单元包括分析数据库服务器10、以太网3、仿真分析高性能计算平台8、分析中心服务器19、数据处理分析机11、分析Web远程访问设备9 ；分析数据库服务器用于将现场混凝土大坝温度监控单元的数据进行备份保存及对分析结果进行备份保存；仿真分析高性能计算平台用于根据现场采集数据通过计算模型对施工过程进行仿真分析；分析中心服务器用于对分析结果的发布及处理；分析Web远程访问设备用于通过其端口在不同地点对该系统进行操作；数据处理分析机用于混凝土大坝温控防裂分析单元对数据进行温控防裂的分析分析。水电站工地MIS包括以太网3、MISWeb 远程访问设备1、MIS报警处理单元20、MIS服务器2、业主数据分析处理机5、设计方数据处理分析机6及监理方数据处理分析机7 ；MISWeb远程访问设备用于业主、设计方及监理方访问该系统；MIS服务器用于业主、设计方及监理方存储各种数据；MIS报警处理单元用于确定报警后采取的措施并用该措施进行处理，然后将处理结果反馈给业主、设计方及监理方； 业主数据分析处理机、设计方数据处理分析机及监理方数据处理分析机用于业主、设计方及监理方的数据访问和处理分析。另外，4为防火墙，16为现场温度数据录入笔记本，12为打印机、扫描仪、传真机及刻录机。还提供了利用该系统的方法，该方法包括数字动态测温监测方法和温控数字信息采集、分析和预警方法。数字动态测温监测方法包括以下步骤(1)设置仪器参数，包括设置串口，以便电脑的串口端口号与数字动态测温监测单元的串口端口号一致；设置设备时钟，即设置数字动态测温监测单元的记录时间；读取传感器数，即区分读取数字测温仪与数字梯度仪；设置记录时间间隔，即设置数字动态测温监测单元的数据存储间隔；设置数据保存格式，即设置数据保存的格式；( 传感器操作设置，包括区分数字测温仪和数字梯度仪的传感器设置；设置自动搜索或手动搜索；查询传感器是否存在故障；C3)数据查询， 包括运行状态指示，数字动态测温监测单元与计算机连接设置正常后，运行状态指示灯应该为绿色；单模块操作，用于设置温度数据显示的方式及显示的数据间隔；温度数据显示， 用于数字动态测温监测单元所测得数据的显示；(4)数据处理，包括读时针，将数字动态测温监测单元存储温度数据的记录条数和记录指针读取到人机界面；按条读取所有记录， 将存储在数字动态测温监测单元中的温度数据逐条读取到数据显示区；清零，将数字动态测温监测单元中的记录指针指向零；写指针，改变数字动态测温监测单元的记录条数和记录指针；清空显示区，将数据显示区内的显示数据清零；( 保存成EXCEL文件，将数据显示区内的数据转存成EXCEL文件；(6)用户变更，用于对现场使用用户进行增加或者删除。温控数字信息采集、分析和预警方法包括以下步骤(1)温控信息的查询与录入，温控信息包括公共信息、浇筑信息、水管信息、浇筑仓表面信息、监测信息、封拱信息、系统管理信息、系统设置信息、模块功能信息；( 可视化动态监控图形绘制，将温控信息以图形形象化地显示，图形包括气温动态曲线分布图、综合曲线动态分析图、上游面立视图、通水立视图、永久温度计动态曲线分析图、坝段沿高程的温度分布图、入仓温度和浇筑温度曲线图；C3)温控动态预警，包括监测数据缺少报警；最高温度预警；降温速率预警；浇筑仓超冷预警；浇筑间隔期报警；报警历史数据查询；报警参数设置；(4)温控档案建立，包括每个浇筑仓生命周期内的所有温控信息，用户打开档案时，系统会自动将用户已经添加的信息加载进温控档案中，且已填写信息在提交后变为不可修改，保证数据的安全性。本发明的工作原理是①通过数字动态测温监测单元自动获取的温度数据通过无线网络自动进入到现场混凝土大坝温度监控单元的现场数据库服务器，如果无线网络存在突发故障，可将温度数据自动导入到笔记本电脑，然后通过以太网录入到现场混凝土大坝温度监控单元的现场数据库服务器，然后再由数据处理分析计算机进行数据预处理， 将采集到的温度数据按照不同的设备地址、梯度仪及测温仪编号进行分类，按照采集时间与上次采集到的数据进行对接；最后将处理完毕的数据发送到现场Web发布服务器，通过 Internet发送到混凝土大坝温控防裂分析单元。②在混凝土大坝温控防裂分析单元，首先， 由安装在数据处理分析机上的专家系统软件进行分析、处理、显示、存储，然后由专家系统进行全过程反馈跟踪仿真分析，并向业主、施工、监理等工程参建各方发出分析结果及预警信息；最后，根据仿真分析结果与系统提供的预警信息，由温控专家对大体积混凝土的温度效果做出评价，并提出温度控制的调整方案，以周报的形式，通过hternet反馈给现场混凝土大坝温度监控单元，同时抄送给水电站工地MIS ；水电站的参建各方可以随时通过水电站工地MIS进入到现场混凝土大坝温度监控单元调取温度数据以及混凝土大坝温控防裂分析单元发布来的周报等。③工程参建各方将预警的处理情况及建议通过hternet网络反馈给混凝土大坝温控防裂分析单元。④系统中温控档案还可用于将整个施工工期内所有浇筑仓混凝土进行档案化建设与管理，为以后不同阶段的工程验收及资料管理提供依据及参考。混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统具有以下优势(1)系统集成化，包括软硬件及网络产品的集成、人与系统的集成、温控信息管理系统同社会公众信息系统的集成， 最终组成了“无缝集成”的开放式系统，从而实现友好的“人机交互”界面。( 大坝的信息化数字管理，施工信息的远程监控管理、多方参与的项目协同管理、数字档案化管理。(3) 智能化开放式管理，系统智能化面向日常事务处理，辅助人们完成智能性劳动，在执行过程中，管理员只需懂得自己份内的工作流程，还可根据工作需要进行添加、删减或改变部分模块内容。(4)系统多媒体化管理，包括对数字、文字、图表的综合处理及显示。( 大坝决策型系统的运用，系统运用电子数据交换，通过数据通讯网，在不同的计算机间进行交换和自动化处理。(6)全方位一体化设计与管理，可以方便与大坝建设的业主方、设计方、施工方及监理方进行整合，在管理上以大坝信息管理为中心，大坝相关温控信息流始终贯穿于整个系统。总之，该系统包含了强大的项目管理设计包括了现代信息化、网络传输技术和远程监控技术相结合的项目管理模块，极大的提高了施工实时化、项目化管理的水平和效率。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，其特征在于该系统包括数字动态测温监测单元、现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地移动信息系统MIS;数字动态测温监测单元安装在混凝土浇筑仓内，实时采集并处理温度数据后将其发送给现场混凝土大坝温度监控单元，现场混凝土大坝温度监控单元将数据进行预处理后通过Web发布服务器经网络发送给混凝土大坝温控防裂分析单元，在混凝土大坝温控防裂分析单元对数据进行仿真计算分析后，将分析数据和预警信息通过网络发送给现场混凝土大坝温度监控单元和水电站工地MIS，工程参建方，即业主、设计方及监理方，通过水电站工地MIS实时访问分析数据和预警信息，并将施工建议及预警信息的处理结果反馈给混凝土大坝温控防裂分析单元，然后混凝土大坝温控防裂分析单元定期对数据进行仿真计算分析，从而形成一个循环。
2.根据权利要求1所述的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，其特征在于数字动态测温监测单元包括LN2(^6-T型数字温度测试记录仪、总线电缆、LN2(^6-L型总线接线器、数字测温仪、数字梯度仪、RS232连接电缆、监测信息存储服务器；其中数字测温仪横河向、顺河向及竖向地布置于浇筑仓的中心，用于监测该浇筑仓混凝土的最高温度及温度变化，数字测温仪还布置于浇筑仓的水管壁上，用于监测通水冷却水温及水管周边混凝土的温度变化，数字测温仪还布置于浇筑仓附近并与大气接触，用于监测浇筑过程中的浇筑仓周边的气温变化；其中数字梯度仪共连接6个传感器，第一个位于浇筑仓表面，其余沿浇筑仓深度方向间隔依次为10cm、15cm、25cm、50cm、50cm或间隔依次为20cm、30cm、 50cm、100cm、100cm，用于监测寒潮、过水、保温等对混凝土温度的影响。
3.根据权利要求2所述的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，其特征在于现场混凝土大坝温度监控单元建在施工现场，包括现场数据库服务器、现场管理服务器、数据处理分析机、以太网、现场Web发布服务器、现场应用服务器及现场无线报警设备；现场数据库服务器用于接收数字动态测温监测单元的温度数据；现场管理服务器用于处理温度数据；现场Web发布服务器用于将温度数据和处理的温度数据通过以太网发送给混凝土大坝温控防裂分析单元；现场应用服务器用于接收混凝土大坝温控防裂分析单元的分析结果； 现场无线报警设备是对混凝土大坝温控防裂分析单元的报警信息进行现场报警；数据处理分析机用于工程参建方分析以上各种数据及分析结果。
4.根据权利要求3所述的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，其特征在于混凝土大坝温控防裂分析单元包括分析数据库服务器、仿真分析高性能计算平台、分析中心服务器、分析Web远程访问设备；分析数据库服务器用于将现场混凝土大坝温度监控单元的数据进行备份保存及对分析结果进行备份保存；仿真分析高性能计算平台用于根据现场采集数据通过计算模型对施工过程进行仿真分析；分析中心服务器用于对分析结果的发布及处理；分析Web远程访问设备用于通过其端口在不同地点对该系统进行操作。
5.根据权利要求4所述的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，其特征在于水电站工地MIS单元包括以太网、MIS Web远程访问设备、MIS报警处理单元、MIS服务器、业主数据分析处理机、设计方数据处理分析机及监理方数据处理分析机；MIS Web远程访问设备用于业主、设计方及监理方访问该系统；MIS服务器用于业主、设计方及监理方存储各种数据；MIS报警处理单元用于确定报警后采取的措施并用该措施进行处理，然后将处理结果反馈给业主、设计方及监理方；业主数据分析处理机、设计方数据处理分析机及监理方数据处理分析机用于业主、设计方及监理方的数据访问和处理分析。
6.混凝土坝温控防裂数字式动态监控方法，其特征在于该方法包括数字动态测温监测方法，以及温控数字信息采集、分析和预警方法。
7.根据权利要求6所述的混凝土坝温控防裂数字式动态监控方法，其特征在于数字动态测温监测方法包括以下步骤(1)设置仪器参数，包括设置串口，以便电脑的串口端口号与数字动态测温监测单元的串口端口号一致；设置设备时钟，即设置数字动态测温监测单元的记录时间；读取传感器数，即区分读取数字测温仪与数字梯度仪；设置记录时间间隔，即设置数字动态测温监测单元的数据存储间隔；设置数据保存格式，即设置数据保存的格式；(2)传感器操作设置，包括区分数字测温仪和数字梯度仪的传感器设置；设置自动搜索或手动搜索；查询传感器是否存在故障；(3)数据查询，包括运行状态指示，数字动态测温监测单元与计算机连接设置正常后，运行状态指示灯应该为绿色；单模块操作，用于设置温度数据显示的方式及显示的数据间隔；温度数据显示，用于数字动态测温监测单元所测得数据的显示；(4)数据处理，包括读时针，将数字动态测温监测单元存储温度数据的记录条数和记录指针读取到人机界面；按条读取所有记录，将存储在数字动态测温监测单元中的温度数据逐条读取到数据显示区；清零，将数字动态测温监测单元中的记录指针指向零；写指针， 改变数字动态测温监测单元的记录条数和记录指针；清空显示区，将数据显示区内的显示数据清零；保存成EXCEL文件，将数据显示区内的数据转存成EXCEL文件；(5)用户变更，用于对现场使用用户进行增加或者删除。
8.根据权利要求6或7所述的混凝土坝温控防裂数字式动态监控方法，其特征在于 温控数字信息采集、分析和预警方法包括以下步骤(1)温控信息的查询与录入，温控信息包括公共信息、浇筑信息、水管信息、浇筑仓表面信息、监测信息、封拱信息、系统管理信息、系统设置信息、模块功能信息；(2)可视化动态监控图形绘制，将温控信息以图形形象化地显示，图形包括气温动态曲线分布图、综合曲线动态分析图、上游面立视图、通水立视图、永久温度计动态曲线分析图、 坝段沿高程的温度分布图、入仓温度和浇筑温度曲线图；(3)温控动态预警，包括监测数据缺少报警；最高温度预警；降温速率预警；浇筑仓超冷预警；浇筑间隔期报警；报警历史数据查询；报警参数设置；(4)温控档案建立，包括每个浇筑仓生命周期内的所有温控信息，用户打开档案时，系统会自动将用户已经添加的信息加载进温控档案中，且已填写信息在提交后变为不可修改，保证数据的安全性。
全文摘要
公开了一种实时监测、跟踪反馈分析、温控决策支持的混凝土坝温控防裂数字式动态监控系统，包括数字动态测温监测单元、现场混凝土大坝温度监控单元、混凝土大坝温控防裂分析单元、水电站工地MIS；测温监测单元安装在混凝土浇筑仓内，实时采集并处理温度数据后将其发送给监控单元，其将数据进行预处理后通过Web发布服务器经网络发送给混凝土大坝温控防裂分析单元，在分析单元对数据进行仿真计算分析后，将分析数据和预警信息通过网络发给监控单元和工地MIS，工程参建方通过工地MIS实时访问分析数据和预警信息，并将施工建议及预警信息的处理结果反馈给分析单元，然后分析单元定期对数据仿真计算分析而形成循环。及利用该系统的方法。
文档编号G05B19/418GK102279593SQ201110095698
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月15日 优先权日2011年4月15日
发明者刘有志, 刘毅, 孙宝平, 张国新, 张磊, 朱伯芳, 李松辉, 王振红, 邱永荣, 郭晨, 黄涛 申请人:中国水利水电科学研究院