水电站高精度监测设备研制及大坝群监控预警的解决方案

     一、背景

        我国水库大坝数量多、建设水平高，但运行安全保障技术滞后，面对极端环境坝群安全风险监控预警能力弱，且水库分布散、环境复杂、自动化监测水平低、现场人员专业技能不足，坝群安全集控监管难，为此项目围绕水电站坝群运行管控需求，聚焦关键难题，形成集感知 - 评估 - 预警于一体的成套技术，研发相关设备与技术，实现核心设备国产化替代。

     二、方案和成效

        一是构建大坝安全监测关键技术体系，针对混凝土坝、土石坝、面板堆石坝等不同坝型，研发外观变形高精度智能监测技术及设备，包括北斗全自动监测站（定位精度≤1 毫米）、光纤应变传感器（测量范围 - 2000με 至 2000με）、渗压监测仪（精度 ±0.1% FS）等；改进监测设备核心部件（如北斗接收机天线、传感器封装材料）生产工艺，提升设备抗干扰（抗电磁干扰等级≥IP67）与耐极端环境（-30℃至 70℃）能力，实现监测核心设备 100% 国产化，设备采购成本较进口同类产品降低 45%；

        二是融合应用大数据多模型动态耦联分析技术，基于全国 50 余座大坝的历史监测数据（累计超 100 万条），构建坝群运行安全监控指标库（涵盖变形、渗流、应力等 20 余项指标）与多维度模型簇（含趋势预测、异常诊断模型），研发大坝结构高保真仿真模型（模拟精度达 90%），可快速诊断坝体裂缝、渗漏等缺陷隐患（诊断时间＜1 小时），并动态量化评估坝体安全风险（风险等级分为蓝、黄、橙、红四级），使大坝隐患发现时效提升 80%；

        三是推进监测设备规模化部署与标准化运维管理，在全国 100 余座水电站大坝（含三峡、溪洛渡等大型水电站）部署北斗监测终端、光纤传感器等装备，构建全国性大坝群智能管控平台，实现监测数据实时汇聚（更新频率 15 分钟 / 次）与远程可视化管理；制定北斗位移监测站运维标准，明确日常检查（每周 1 次）、数据处理（每日 1 次）、软硬件更新（每半年 1 次）及人员技术支持（2 小时内响应）等要点，配备移动运维终端（支持现场数据校准与故障排查），使设备故障率控制在 2% 以内，保障监测系统稳定运行 。

     三、创新点

        一是拓展北斗监测技术的行业应用场景边界，突破传统大坝监测局限，研发的北斗监测终端可广泛应用于地质灾害滑坡（监测精度≤2 毫米）、水库大坝（外观变形监测）、桥梁（挠度监测）、高层建筑（沉降监测）等多场景位移监测，通过定制化算法适配不同监测体特性，提升监测体安全管理与智能预警水平，目前已在全国 23 个省份推广应用，市场占有率达 18%，应用前景广阔；

        二是创新监测设备技术功能，设计 “北斗 + 4G / 卫星” 双模通信自主切换功能，当 4G 信号中断时自动切换至北斗短报文通信（通信速率 1200bps），解决偏远地区通信短板；开发 Smos-network 无线组网技术，支持多传感器（最多 50 个）自组网传输，减少布线成本 60%；新增前端分布式解算功能，在监测终端本地完成数据初步解算，降低云端算力压力；同时集成 RDSS 模块，满足应急情况下（如地震）的定位与报文传输需求；

        三是实现大坝监测核心设备全面国产化替代，通过改进监测装置核心部件（如北斗高精度主板、传感器敏感元件）生产工艺，攻克精密制造与校准技术难题，研发出覆盖变形、渗流、应力等多参数的监测系列装置，打破国外品牌在高精度监测设备领域的技术垄断，使大坝监测设备自主可控率从 30% 提升至 100%，同时降低设备后期运维成本（年运维成本降低 50%），提升我国大坝安全监测的自主保障能力 。