基于北斗的大坝安全在线监测的解决方案

    一、背景

        旺村水电站为提高大坝安全管理效率与精准度，保障电站安全稳定运行，对大坝安全监测系统进行全面自动化升级改造，采用北斗高精度定位技术监测变形，在测压孔安装渗压计实现渗流渗压监测自动化，搭建监测自动化采集管理系统，同时将系统与已建监测系统及信息管理系统整合，实现与上级平台对接，规范数据报送。

    二、方案和成效

       一是全面升级改造原有监测系统，针对改造前人工观测（如全站仪测量）存在的效率低（单次测量需 2 人 / 天，覆盖全坝需 3 天）、数据滞后（每周仅 1 次观测，异常难以及时发现）、误差大（±5 毫米，难以精准捕捉细微变形）等痛点，在旺村水电站土坝坝顶（间隔 50 米 / 个）、船闸闸室（关键结构处共 8 个）等核心区域，精准布设 28 个北斗监测点；创新采用 “棱镜 + 北斗监测点” 一体化设计，北斗系统实现自动化实时监测，棱镜保留人工应急观测功能，构建 “自动为主、人工为辅” 的北斗自动化监测体系，监测频率提升至每 30 分钟 1 次，数据误差控制在 ±1 毫米内；

       二是优化测量流程与数据采集体系，在大坝周边地势较高且视野开阔处增设 3 个后视观测墩，保障北斗定位信号稳定性；部署 2 台高精度全站仪（测量精度 0.5 秒级）与 1 套工业级系统服务器（支持 7×24 小时运行），安装北斗定位数据解算软件、监测数据管理软件及预警分析软件，实现数据自动解算、存储与可视化展示；同时将 28 个传统人工测压孔全部改造为自动化监测孔，安装投入式渗压计（测量范围 0-50mH₂O，精度 ±0.1% FS），通过系统后台可自由设置测量周期（最短 10 分钟 / 次）与监测任务（如变形监测、渗压监测单独或同步开展），数据采集效率提升 80%；

       三是实现多系统深度整合与数据无缝对接，将新建的北斗自动化监测系统，与已建的混凝土坝段自动化监测系统（含应力、温度监测模块）、大坝安全信息管理系统（含历史数据存储与报表生成功能）进行技术整合，统一数据格式与通信协议，形成覆盖全坝体的 “变形 - 渗流 - 应力 - 温度” 多参数监测网络；完成与集团总部监测平台及国家能源局大坝中心监管平台的对接，按照 “每日定时报送 + 异常实时推送” 的模式规范数据传输，数据报送准确率达 100%，为上级部门远程监管与决策提供可靠数据支撑 。

    三、创新点

       一是创造显著的经济与管理效益，通过北斗自动化监测系统，保障水电站全年稳定发电（年发电量提升约 2%，增加收益超 100 万元），为周边农田灌溉、工业生产提供稳定水源，助力相关产业发展；监测数据误差从 ±5 毫米降至 ±1 毫米，监测周期从每周 1 次缩短至每 30 分钟 1 次，大幅提升监测精准度与时效性；同时减少人工巡检与数据录入人员 4 名，每年直接降低人工成本 9 万元，间接节省因数据滞后导致的隐患排查成本约 15 万元；

       二是履行关键的社会责任与安全保障职能，系统实时采集大坝变形、渗压等数据，当监测指标超出安全阈值（如坝体日变形量＞3 毫米）时，立即通过短信、平台弹窗等方式发出预警，为下游 10 余个村庄、近 5000 名居民争取至少 2 小时的应急疏散时间，有效防止坝体溃决等事故扩大，避免次生灾害造成的人员伤亡与财产损失，近 3 年成功预警 3 次小规模渗压异常，保障了流域安全；

       三是引领行业技术创新与模式推广，该项目成为集团内首个北斗规模应用的大坝监测项目，推动大数据（监测数据与气象、水文数据融合分析）、人工智能（基于历史数据训练异常识别模型）等技术在大坝安全监测领域的落地应用；已完成 “一种北斗双模监测点装置”“大坝多系统数据整合方法” 等 3 项专利备案，形成可复制的 “北斗 + 大坝监测” 实施标准，为国内同类型水电站（尤其是中小型水电站）的监测系统升级提供了成熟经验，目前已在集团内 3 个兄弟电站推广应用 。