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标题: 智能监测技术在大坝安全中的应用与展望 [打印本页]

作者: Chenj8 时间: 2025-8-25 09:06
标题: 智能监测技术在大坝安全中的应用与展望
大坝安全是关乎国计民生的大事，因此大坝监测技术的发展一直备受关注。近期，这个领域有不少值得关注的热点话题和进展，它们主要围绕着智能化、集成化和精准化的方向发展。
一、 “天空地水工”一体化监测体系构建
“天空地水工”一体化监测感知体系是当前大坝监测的重要发展方向，它借助多种技术手段实现全方位、立体化的监测。

体系构成与规模：我国目前已基本建成一个规模庞大的体系，它涵盖了31颗遥感卫星、100余部测雨雷达、超过4800架无人机、13.3万处地面水文报汛站以及30多万处工程安全监测点。这使得大坝监测从以往依赖固定站点和断面的模式，迈向了“立体时代”。

“五基”协同监测：该体系融合了五种监测方式：

天基：通过遥感和卫星技术，实现大尺度的全局监测感知。

空基：借助无人机、高塔搭载测雨雷达等设备，完成中小尺度的高精度动态监测感知。

地基：通过地面监测设施设备，聚焦关键区域点位要素的精准实时监测感知。

水基：专门针对河湖库水体、水中、水下水利要素的监测感知。

工基：聚焦水利工程内外部要素的监测感知。

应用成效：这一体系在今年“七下八上”的防汛关键期发挥了重要作用，为水旱灾害防御决策提供了强大的数据支撑。例如，在黄河调水调沙水库调度中，通过RTK、无人机及卫星遥感等手段获取的海量数据，通过“原型黄河、模型黄河、数字孪生黄河”联动，精准预测了工程险情和河势演变趋势。

二、 AI与智能诊断算法
人工智能（AI）技术在大坝安全监测领域的应用正在深度渗透，显著提升了数据分析的效率和预警的准确性。

AI代理模型与智能诊断：华能澜沧江公司正在研究基于AI的高碾压混凝土重力坝动力响应快速计算与分析方法。该方法通过构建混凝土坝有限元动力响应数据库，并基于数据库与原型监测数据训练AI模型，能够实现大坝在震后应力、位移等响应数据的快速预测，从而大幅提高震后动力分析计算的效率。

“超级安全大脑”：白鹤滩水电站的安全监测自动化系统接入了高达11,287个（套）监测设备，其规模创全球水电站之最。这套系统能够在短短3分钟内完成对水电站的全面自动化“体检”，各项指标均满足并优于规范要求，达到了国际领先水平，为世界巨型水利水电工程的自动化安全监测提供了“中国方案”。

智能识别与预警：许多智能巡检系统都集成了AI图像识别算法。例如，常州某电客车智能巡检系统对缺陷的识别准确率据称可超过98%。在消防巡检领域，还有系统通过机器学习模型对历史数据进行训练，以预测高风险区域与时段，实现“预防为主、精准防控”。

三、智能巡检机器人与无人装备
智能巡检机器人和各类无人装备的应用，正在改变传统主要依赖人工的巡检模式，提高了效率，降低了风险。

巡检机器狗/机器人：在广西大藤峡水利枢纽，有银白色的机器狗化身为水库“巡检员”。它们深度融合人工智能技术，集成多种功能传感器，可在无人值守的情况下实时监测廊道结构安全，精准排查裂缝、渗漏、积水等异常情况，主动识别准确率据称超过99.5%。此外，磁吸爬壁式智能无损检测机器人、全域爬壁巡检机器人等也广泛应用于坝体检测。

无人机自主巡检：无人机在水库巡检中发挥着“空中哨兵”的作用。例如，江苏常州的“多基智巡”无人机自主巡检平台，通过“无人值守远程调度+自动充电+自主巡查+自动识别”的一体化智能体系，实现了对水库水位、坝体裂缝、周边植被等数据的实时采集，据称将水库巡检效率提升了60%以上，并使关键数据采集频率得以大幅提升。

无人船与水下机器人：虽然搜索结果中未详细展开，但无人船和水下机器人也是“水基”监测的重要组成部分，可用于水下地形测绘、坝体水下部分检测等任务，是构建“天空地水工”一体化监测体系不可或缺的一环。

四、渗漏监测与缺陷精准识别
大坝的渗漏监测一直是安全监控的核心之一，近期技术的发展更侧重于精准识别和定量评价。

流量均差法：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司申请了一项名为“一种采用流量均差法定量评价渗漏缺陷程度的分析方法及其应用”的专利（公开号CN120524072A）。该方法根据各蓄水区间的坝后量水堰流量数据，计算流量均差指标，用以判断渗漏缺陷发生的区域以及定量评价渗漏缺陷的程度，从而指导后续的缺陷排查和消缺工作。

高精度GNSS位移监测：高精度的位移监测仪器能够实现毫米级的定位精度，准确捕捉大坝微小的位移变化。这类仪器通常具备良好的野外环境适应性，采用耐腐蚀、抗老化材料，配备太阳能供电系统和专用避雷针，支持4G或以太网等多种数据传输方式，安装便利，不受地域地形限制，适用于山区、峡谷等偏远地区的水库大坝。

五、极端工况下的安全监测与应急保障
确保大坝在极端工况（如强震、断网、断电）下的安全监测能力，是近期备受关注的热点。

强震风险快速评估与应急功能：华能澜沧江公司的项目致力于构建高碾压混凝土重力坝强震风险快速评估与防震减灾应用平台，并特别强调要优化系统部署方案，增加物理模型地震触发的智能化判别、评估结果短信发送、断电保护及北斗短报文发送等功能，以满足强震导致断网断电等极端情况下的稳定运行要求。

北斗卫星通信技术的应用：北斗系统在应急通信保障中发挥着关键作用。例如，在今年5月湖南省桃源县牛车河镇遭遇极端强降雨导致全镇一度断网断电时，得益于龙凤山站点新增的北斗卫星信道支持，监测数据得以持续传输，保障了预警链条的不间断。

六、数字孪生与模型融合
数字孪生技术为大坝创建了虚拟世界的“双胞胎”，实现物理实体与数字模型的交互映射。

数字孪生水利建设：“天空地水工”一体化监测感知体系是数字孪生水利的重要基础和组成部分，为其提供全面、准确、实时的数据（算据）支撑。这些数据有助于对流域、水网、水利工程全要素和水利治理管理全过程进行数字映射、智能模拟和前瞻预演。

多模型耦合与预演：数字孪生平台集成了多种专业模型进行模拟分析。例如，数字孪生西辽河平台汇接了1.7万余处监测站点的数据，再通过二维水动力模型推演河道过流能力、线路、水量，以寻求调水的最优解。浙东引水工程则为14个特色水网专业模型和3个智能识别模型提供精准算据支撑。白鹤滩水电站也计划以“超级安全大脑”为核心，加快数字孪生等新一代信息技术与大坝安全管理的融合创新。

大坝监测技术正朝着更加智能化、集成化、精准化的方向飞速发展，各种新技术、新装备的融合应用，极大地提升了对大坝安全状态的感知、分析和预警能力。

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