本發(fā)明涉及一種監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，具體涉及一種地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
背景技術：
：地震條件下大壩的安全性態(tài)評估涉及水工結構物、巖土體、水、地震等多場耦合作用，作用機制異常復雜，單純的結構正分析理論很難直接應用于工程實踐，存在結構過于復雜、分析模型難于簡化、邊界條件難于確定、公式推導不便等困難；縮尺模型試驗，在模型與原型的可比性、“尺寸效應”等方面存在困擾；數值模擬由于計算參數很難準確獲取、不連續(xù)面力學特性難于描述、計算邊界條件很難與實際情況相符等因素導致計算結果的準確度和可信度也大打折扣。而大壩安全監(jiān)測是水庫大壩運行管理過程中的一項基本工作，通過監(jiān)測表征大壩等水工建筑物結構性態(tài)的各關鍵信息(如變形、應力應變、滲流等)來評估大壩的安全狀態(tài)。靜力學條件下，大壩的上述各物理量信息變化相當緩慢，呈靜態(tài)特征，通常采取每天1～2次進行周期性監(jiān)測即可滿足需要，一般由大壩安全監(jiān)測自動化采集裝置按設定的起測時間啟動一次數據采樣，然后傳輸至計算機進行成果計算、數據存儲，已有的大壩安全監(jiān)測方法對數據采樣速度要求不高，現有的監(jiān)測方法完成一次多測點數據采集周期普遍在1分鐘以上。而當大壩處于地震工況時，各物理量在短時間內(地震持續(xù)時間一般1分鐘左右)急速變化，已有的大壩安全監(jiān)測方法無法捕捉到振動前后及過程中的數據信息。現有的大壩安全監(jiān)測方法主要是針對靜態(tài)條件下設計，采取基于時間的周期性定時觸發(fā)或手動方式進行數據監(jiān)測，而非在線式連續(xù)高速監(jiān)測，對于地震工況下的數據監(jiān)測，這種監(jiān)測方法存在一些不足：(1)無法完整監(jiān)測振動過程的數據信息。觸發(fā)式監(jiān)測方式具有一定的滯后性，從震動狀態(tài)的獲取，到觸發(fā)監(jiān)測的啟動執(zhí)行，再到數據監(jiān)測的采樣過程，均需耗費一定的時間，因而無法監(jiān)測震動前、震動過程初段的數據信息；(2)數據監(jiān)測采樣速度無法滿足要求。靜態(tài)監(jiān)測方法數據采樣速率較低，連續(xù)監(jiān)測采樣間隔普遍在1分鐘以上，而地震持續(xù)時間大部分僅僅1分鐘左右，因此，現有監(jiān)測方法的數據采樣速度根本無法捕捉震動過程中的數據變化。因此，現有的大壩安全監(jiān)測方法無法實現對地震前后及振動過程的完整監(jiān)測，不能滿足地震條件下大壩安全信息的動態(tài)監(jiān)測要求。技術實現要素：本發(fā)明為了解決現有技術中存在的上述缺陷和不足，提供了一種地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，在實現了常規(guī)靜態(tài)監(jiān)測同時，也實現了對地震條件下大壩安全的動態(tài)監(jiān)測。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測裝置，包括動態(tài)監(jiān)測傳感器，用于感知反應大壩動力學安全性態(tài)的參數信息，參數信息包括變形、應變和滲流；數據采集器，用于對動態(tài)監(jiān)測傳感器信號進行在線采樣，并通過通訊網絡向上位機監(jiān)測系統(tǒng)傳輸、交換數據；地震檢測裝置，用于捕捉地震狀態(tài)，若檢測到地震發(fā)生時，向通訊網絡中廣播地震事件；上位機監(jiān)測系統(tǒng)，用于對數據采集器發(fā)送的數據進行處理，并對監(jiān)測裝置進行管理控制；數據庫，用于存儲檢測數據及參數信息。進一步，所述的通訊網絡包括主通訊網絡和備通訊網絡。進一步，所述數據庫包括數據暫存區(qū)、地震事件數據存儲區(qū)和常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；所述數據采集器按設定頻次對動態(tài)監(jiān)測傳感器的信號進行采樣，并將數據寫入數據暫存區(qū)，數據暫存區(qū)的數據按時間序列滾動更新；常規(guī)檢測狀態(tài)下，即未發(fā)生地震時，數據采集器按設定頻次將數據從數據暫存區(qū)復制存儲到常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；當地震發(fā)生時，數據采集器從通訊網絡中接收到地震檢測裝置播送的地震信息，地震信息包括地震開始時刻T1和震級，將地震發(fā)生前一段時間t1、地震期間和地震結束時刻T2后一段時間t2的數據從數據暫存區(qū)復制存儲到地震事件數據存儲區(qū)，從而完整地監(jiān)測地震前后及地震過程中的數據。進一步，數據暫存區(qū)的數據為實時更新，所需的數據存儲容量Q為：Q＝fs·T·m·Co其中，fs為采樣頻率，單位：個/秒；T為監(jiān)測時間，單位：秒；m為接入裝置的測點數；co為單個測點數據的大小，單位：字節(jié)/個；地震事件數據存儲區(qū)包括對余震的數據存儲，主震發(fā)生后的時間t，余震發(fā)生次數n(t)的計算公式為：n(t)=K(c+t)p]]>其中，K、c、p是系數；通訊網絡的通訊速率C的計算公式如下：C＝m·fs·CO其中，m為監(jiān)測的測點數。進一步，所述動態(tài)監(jiān)測傳感器、數據采集器和地震檢測裝置為同一時標，且具有獨立時鐘，通過上位機監(jiān)測系統(tǒng)定期同步時間信息。本發(fā)明還提供一種地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測方法，包括如下步驟：步驟一，通過動態(tài)監(jiān)測傳感器感知反應大壩動力學安全性態(tài)的參數信息，并將參數信息發(fā)送給數據采集器，參數信息包括變形、應變和滲流；步驟二，數據采集器對動態(tài)監(jiān)測傳感器信號進行在線采樣，并將采集到的數據存儲在數據庫中，且根據地震是否發(fā)生，改變數據采集器的監(jiān)測頻次；步驟三，通過地震檢測裝置捕捉地震狀態(tài)，若檢測到地震發(fā)生時，向通訊網絡中廣播地震事件，數據采集器從通訊網絡中接收地震信息，一方面將數據存儲在數據庫，另一方面通過通訊網絡向上位機監(jiān)測系統(tǒng)傳輸，由上位機監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)控。進一步，所述的通訊網絡包括主通訊網絡和備通訊網絡。進一步，所述數據庫包括數據暫存區(qū)、地震事件數據存儲區(qū)和常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；所述數據采集器按設定頻次對動態(tài)監(jiān)測傳感器的信號進行采樣，并將數據寫入數據暫存區(qū)，數據暫存區(qū)的數據按時間序列滾動更新；常規(guī)檢測狀態(tài)下，即未發(fā)生地震時，數據采集器按設定頻次將數據從數據暫存區(qū)復制存儲到常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；當地震發(fā)生時，數據采集器從通訊網絡中接收到地震檢測裝置播送的地震信息，地震信息包括地震開始時刻T1和震級，將地震發(fā)生前一段時間t1、地震期間和地震結束時刻T2后一段時間t2的數據從數據暫存區(qū)復制存儲到地震事件數據存儲區(qū)，從而完整地監(jiān)測地震前后及地震過程中的數據。進一步，數據暫存區(qū)的數據為實時更新，所需的數據存儲容量Q為：Q＝fs·T·m·Co其中，fs為采樣頻率，單位：個/秒；T為監(jiān)測時間，單位：秒；m為接入裝置的測點數；co為單個測點數據的大小，單位：字節(jié)/個；地震事件數據存儲區(qū)包括對余震的數據存儲，主震發(fā)生后的時間t，余震發(fā)生次數n(t)的計算公式為：n(t)=K(c+t)p]]>其中，K、c、p是系數；通訊網絡的通訊速率C的計算公式如下：C＝m·fs·CO其中，m為監(jiān)測的測點數。進一步，所述動態(tài)監(jiān)測傳感器、數據采集器和地震檢測裝置為同一時標，且具有獨立時鐘，通過上位機監(jiān)測系統(tǒng)定期同步時間信息。本發(fā)明所達到的有益技術效果：本發(fā)明解決了靜態(tài)監(jiān)測方法無法滿足地震條件下的監(jiān)測要求的問題，在實現常規(guī)靜態(tài)監(jiān)測需求的同時，實現了對地震條件下大壩安全的動態(tài)監(jiān)測，方案清晰簡單，易于實現，具有較高的實用價值。附圖說明圖1本發(fā)明之地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測裝置組成框圖；圖2本發(fā)明之數據采集器對采集到的數據進行存儲的流程框圖；具體實施方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，本發(fā)明提供一種地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測裝置，包括動態(tài)監(jiān)測傳感器，用于感知反應大壩動力學安全性態(tài)的參數信息，參數信息包括變形、應變和滲流；數據采集器，用于對動態(tài)監(jiān)測傳感器信號進行在線采樣，并通過通訊網絡向上位機監(jiān)測系統(tǒng)傳輸、交換數據；地震檢測裝置，用于捕捉地震狀態(tài)，若檢測到地震發(fā)生時，向通訊網絡中廣播地震事件；上位機監(jiān)測系統(tǒng)，用于對數據采集器發(fā)送的數據進行處理，并對監(jiān)測裝置進行管理控制；數據庫，用于存儲檢測數據及參數信息。考慮到通訊網絡延伸分布廣，地震具有一定的破壞性，網絡一旦中斷，數據采集器將無法接收到地震事件信息，因此所述的通訊網絡包括主通訊網絡和備通訊網絡。數據采集器采用連續(xù)在線高速采樣、時間觸發(fā)轉儲的檢測方式，實現對整個地震過程的動態(tài)監(jiān)測，具體過程如圖2所示，所述數據庫包括數據暫存區(qū)、地震事件數據存儲區(qū)和常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；所述數據采集器按設定頻次對動態(tài)監(jiān)測傳感器的信號進行采樣，并將數據寫入數據暫存區(qū)，數據暫存區(qū)的數據按時間序列滾動更新，即先進先出，保持最新一段時間的數據；數據暫存區(qū)的數據為實時更新，所需的數據存儲容量Q為：Q＝fs·T·m·Co其中，fs為采樣頻率，單位：個/秒；T為監(jiān)測時間，單位：秒；m為接入裝置的測點數；co為單個測點數據的大小，單位：字節(jié)/個；常規(guī)檢測狀態(tài)下，即未發(fā)生地震時，數據采集器按設定頻次，如1次/天，將數據從數據暫存區(qū)復制存儲到常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；當地震發(fā)生時，數據采集器從通訊網絡中接收到地震檢測裝置播送的地震信息，地震信息包括地震開始時刻T1和震級，將地震發(fā)生前一段時間t1、地震期間和地震結束時刻T2后一段時間t2的數據從數據暫存區(qū)復制存儲到地震事件數據存儲區(qū)，從而完整地監(jiān)測地震前后及地震過程中的數據。地震持續(xù)的時間通常較短，大部分地震持續(xù)時間約為1分鐘左右，考慮一定的余量，一次地震事件的記錄時間按照2分鐘估算。大地震過后通常會有若干次較大的余震，對余震也需要進行監(jiān)測。通常震級越大，余震就越多，余震的次數一般會隨主震后的時間推移而逐漸衰減。地震事件數據存儲區(qū)包括對余震的數據存儲，主震發(fā)生后的時間t，余震發(fā)生次數n(t)的計算公式為：n(t)=K(c+t)p]]>其中，K、c、p是系數；通訊網絡的通訊速率C的計算公式如下：C＝m·fs·CO其中，m為監(jiān)測的測點數；當地震發(fā)生時，必須采用足夠密集的測次方能捕捉到地震工況下的大壩工作性態(tài)變化，這就對動態(tài)監(jiān)測的采樣頻率提出了要求。當地震波在場地土中傳播時，由于不同性質界面多次反射的結果，僅有處于場地特征周期的地震波強度會得到增強，而其余周期的地震波則被削弱。為了減小地震引起的共振作用，實際建筑結構的自振周期一般會大于設計特征周期?！端そㄖ锟拐鹪O計規(guī)范GB5073-2000》中指出，設計特征周期Tg與場地類別有關，即場地類別越高、越軟，Tg越大。從保守角度出發(fā)，考慮在I類場地上，即堅硬場地，通常大壩建造在此類場地上的設計特征周期Tg為0.2s，其它類別場地的設計特征周期均高于該值。理論上當采樣頻率為最高頻率的2倍時就能完整保留原始信號的信息，一般在工程實用中取采樣頻率為最高頻率的5～10倍。因此采樣周期可選取為特征周期的十分之一即0.02s，也就是說采樣頻率宜選用50Hz方可滿足在震動環(huán)境下的I類場地動態(tài)監(jiān)測數據采集需求，如表1所示。為效監(jiān)測地震對監(jiān)測對象的短期破壞影響，地震事件后的一段時間內，如一周，數據采集器可以以較高的監(jiān)測頻次，如1次/分鐘進行數據采樣保存。表1不同場地類別特征周期和采樣頻率關系場地類別IIIIIIIV特征周期Tg(s)0.20.30.40.65采樣頻率(Hz)50352520所述動態(tài)監(jiān)測傳感器、數據采集器和地震檢測裝置為同一時標，以便于分析各效應量測值與地震特性量以及其它變量之間的時間對應關系，且具有獨立時鐘，通過上位機監(jiān)測系統(tǒng)定期同步時間信息。本發(fā)明還提供一種地震條件下大壩安全動態(tài)監(jiān)測方法，包括如下步驟：步驟一，通過動態(tài)監(jiān)測傳感器感知反應大壩動力學安全性態(tài)的參數信息，并將參數信息發(fā)送給數據采集器，參數信息包括變形、應變和滲流；步驟二，數據采集器對動態(tài)監(jiān)測傳感器信號進行在線采樣，并將采集到的數據存儲在數據庫中，且根據地震是否發(fā)生，改變數據采集器的監(jiān)測頻次；步驟三，通過地震檢測裝置捕捉地震狀態(tài)，若檢測到地震發(fā)生時，向通訊網絡中廣播地震事件，數據采集器從通訊網絡中接收地震信息，一方面將數據存儲在數據庫，另一方面通過通訊網絡向上位機監(jiān)測系統(tǒng)傳輸，由上位機監(jiān)測系統(tǒng)進行實時監(jiān)控?？紤]到通訊網絡延伸分布廣，地震具有一定的破壞性，網絡一旦中斷，數據采集器將無法接收到地震事件信息，因此所述的通訊網絡包括主通訊網絡和備通訊網絡。數據采集器采用連續(xù)在線高速采樣、時間觸發(fā)轉儲的檢測方式，實現對整個地震過程的動態(tài)監(jiān)測，具體過程如圖2所示，所述數據庫包括數據暫存區(qū)、地震事件數據存儲區(qū)和常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；所述數據采集器按設定頻次對動態(tài)監(jiān)測傳感器的信號進行采樣，并將數據寫入數據暫存區(qū)，數據暫存區(qū)的數據按時間序列滾動更新，即先進先出，保持最新一段時間的數據；數據暫存區(qū)的數據為實時更新，所需的數據存儲容量Q為：Q＝fs·T·m·Co其中，fs為采樣頻率，單位：個/秒；T為監(jiān)測時間，單位：秒；m為接入裝置的測點數；co為單個測點數據的大小，單位：字節(jié)/個；常規(guī)檢測狀態(tài)下，即未發(fā)生地震時，數據采集器按設定頻次，如1次/天，將數據從數據暫存區(qū)復制存儲到常規(guī)監(jiān)測數據存儲區(qū)；當地震發(fā)生時，數據采集器從通訊網絡中接收到地震檢測裝置播送的地震信息，地震信息包括地震開始時刻T1和震級，將地震發(fā)生前一段時間t1、地震期間和地震結束時刻T2后一段時間t2的數據從數據暫存區(qū)復制存儲到地震事件數據存儲區(qū)，從而完整地監(jiān)測地震前后及地震過程中的數據。為效監(jiān)測地震對監(jiān)測對象的短期破壞影響，地震事件后的一段時間內，如一周，數據采集器可以以較高的監(jiān)測頻次，如1次/分鐘進行數據采樣保存。地震持續(xù)的時間通常較短，大部分地震持續(xù)時間約為1分鐘左右，考慮一定的余量，一次地震事件的記錄時間按照2分鐘估算。大地震過后通常會有若干次較大的余震，對余震也需要進行監(jiān)測。通常震級越大，余震就越多，余震的次數一般會隨主震后的時間推移而逐漸衰減。地震事件數據存儲區(qū)包括對余震的數據存儲，主震發(fā)生后的時間t，余震發(fā)生次數n(t)的計算公式為：n(t)=K(c+t)p]]>其中，K、c、p是系數；通訊網絡的通訊速率C的計算公式如下：C＝m·fs·CO其中，m為監(jiān)測的測點數；所述動態(tài)監(jiān)測傳感器、數據采集器和地震檢測裝置為同一時標，以便于分析各效應量測值與地震特性量以及其它變量之間的時間對應關系，且具有獨立時鐘，通過上位機監(jiān)測系統(tǒng)定期同步時間信息。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3