数字孪生 | 大型水利水电工程智能安全监控预警平台及成套设备

近年来,长江科学院高度重视智慧水利研究工作,在传统水利专业与信息技术的融合发展、信息化基础建设、人才团队建设、专业模型研发、应用系统建设等方面均取得了较大的发展,已形成多项数字孪生水利工程关键技术和核心产品,开展了多个数字孪生流域、数字孪生工程示范建设。院微信公众号分期推出“长江科学院数字孪生技术展示”栏目,展示长江科学院数字孪生水利工程核心技术体系研发及在工程建设与运行管理方面的成效。

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一、技术介绍

针对大型水利水电工程特有的安全监测自动化技术难题,长科院工程安全所运用物联网、大数据、云计算等新一代信息技术,研发了具有自主知识产权的CK系列智能化安全监测成套采集及传感设备,建立了实时、精准、高效的安全监测物联网络及融合智慧管理、专业分析、监控预警的云服务平台系统文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

本技术以“数据感知更可靠、数据传输更高效、监控预警更智能”为总体目标,在信息感知、数据采集及基于数据平台的安全监控预警三个技术层面,通过开展理论技术研究、硬件设备研制、软件平台研发及集成化应用示范等全链条创新研究活动,形成适用于大型水利水电工程智能安全监控预警的成套解决方案。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

(1)研发了适合大型水利水电工程多场景安全监测的智能感知技术。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

(2)研发了适合大型水利水电工程的安全监测智能采集技术。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

(3)研发了大型水利水电工程智能安全监控预警云服务平台技术。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

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CK系列智能化安全监测成套感知和采集硬件设备文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

技术研发历程

理论技术研究及功能模块研发阶段(2013年-2014年)文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

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提出了基于全频段扫描及谱分析算法的振弦仪器频率信号智能采集技术,提升了振弦仪器识振解译能力;基于三向MEMS加速度传感器,提出了加速度—三维坐标—姿态耦合的变形计算方法;结合工程实际研发了基于工业以太网及LoRa无线组网等多种通信方式的数据传输机制,建立了自定义的通信协议,为设备互联互通提供技术基础。
硬件设备研制及软件平台研发阶段(2015年-2017年)
研发了具有自适应自诊断功能的普适型安全监测采集单元,建立了具有高并发同步处理机制的安全监测物联网平台,实现了大型安全监测自动化系统的高效高可靠的数据采集通信;基于MEMS传感器结合提出的变形计算方法研制了阵列式位移计、倾角计等变形监测智能传感设备;研发了基于云端部署、分布式架构的通用化大坝安全智能监控预警平台;技术及产品小规模推广应用。
系统集成化应用阶段(2018年至今)

研发的技术及产品开展集成化推广和迭代升级,贯通了从底层硬件设备到系统软件、智能算法和预警服务等技术环节,为大型水利水电工程智能安全监控预警提供了高效、可靠、适应性强的成套解决方案,实现了大坝安全信息统一管理、专业分析与监控预警,已应用于100余项大型水利水电工程。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

三、技术优势

项目成果已获授权发明专利5项,实用新型专利18项,计算机软件著作权36项,7项技术列入“水利部水利先进实用技术重点推广指导目录”。研究成果已成功应用于乌东德水电站、白鹤滩水电站、溪洛渡水电站、向家坝水电站、丹江口水利枢纽、大藤峡水利枢纽、珠江三角洲水资源配置工程、引江济淮工程等20余项大型水利水电工程,为保障工程建设及运行安全提供了关键性技术支撑,取得了显著的社会经济效益。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

四、应用案例及评价

1.科技成果评价文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

2022年由中国水利学会组织,对“大型水利水电工程智能安全监控预警关键技术及成套系统研发与应用”进行科技成果评价,经以钮新强院士为组长的专家组评价,最终得分为93.6分,评价为“针对大型水利水电工程特有的自动化安全监测技术难题,研发了具有自主知识产权的CK系列智能化安全监测成套采集及传感设备,建立了实时、精准、高效的安全监测物联网络,并建立了融合智慧管理、专业分析、监控预警的智能云服务平台系统。该系统创新地实现了适合大型水利水电工程的安全监测数据的智能高效采集与集成,实现了针对适合于大型水利水电工程不同工作场景变形的智能感知,实现了大型水利水电工程智能监控预警云服务。取得了显著的社会经济效益,具有广泛的推广应用前景。”成果获得2022年度大禹水利科学技术奖科技进步奖三等奖。数字孪生 | 大型水利水电工程智能安全监控预警平台及成套设备CK系列智能安全监控预警云服务软件平台文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html
2.应用效果评价文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

(1)金沙江溪洛渡水电站、向家坝水电站、白鹤滩水电站、小浪底水利枢纽、江垭水利枢纽、丹江口水利枢纽等20余个大型水利水电工程项目,对技术成果评价为“经受恶劣环境考验,系统运行情况良好”、“具有良好的技术应用和推广价值”、“得到我方一致认可”、“实时精准高效”等。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

(2)新疆某工程:获得书面感谢信,评价该技术成果“两次监测预警非常准确及时,起到了良好的预警效果,提供了优质的安全监测服务。”文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

(3)小浪底水利枢纽工程:获得书面感谢信,评价该技术成果“小浪底大坝安全监测管理平台在水库持续高水位运行期间发挥了关键作用,实现了实时监测分析、监控预警功能,有效提升了大坝安全在线监控能力。”文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2209.html

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小浪底大坝安全监测管理平台

(4)三峡建工集团:获得书面感谢信,评价该技术成果“建成了技术先进、功能齐全的大坝安全监测分析系统,实现了大坝安全监测数据的有序交换、整编处理、综合分析、安全预警与三维展示,为三峡建工集团提供了重要的业务支撑平台。”

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三峡建工集团大坝安全监测分析系统

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珠三角水资源配置工程安全监测信息管理系统

五、科技成果

已授权发明专利

(1)基于LoRa技术的传感器采集器、网络系统及通信方法ZL201610661538.6

(2)一种振弦式传感器性能分析装置及方法ZL201710446294.4

(3)一种基于永磁磁通测量的位移传感装置及方法ZL202011158561.6

(4)基于频谱反馈的振弦传感器自适应扫频激励方法及系统ZL202210958082.5

(5)垂线坐标仪自动化标定装置及其标定方法ZL201811222778.1

科技论文

(1)大坝安全监测云服务系统的研发与应用/《中国水利》

(2)小浪底安全监测资料整编分析报告系统设计与应用/《中国水利》

(3)大坝安全监测智能感知与智慧管理技术研究及应用/《长江科学院院报》

(4)基于云平台的大坝安全监测数据管理及分析系统研发与应用/《长江科学院院报》

(5)无线低功耗安全监测采集系统设计与研究/《长江科学院院报》

(6)基于双微处理器的传感器自动采集装置的设计与实现/《长江科学院院报》

(7)基于线阵 CCD 和 CAN 总线通信的引张线仪的设计与实现/《长江科学院院报》

(8)一种振弦差阻复用型读数仪的设计与实现/《电子测量技术》

(9)A Displacement Sensing Method Based on Permanent Magnet and Magnetic Flux Measurement/《Sensors》

(10)Inspection of Cracks in the Piston Rod of a Hydraulic Cylinder Using Injected Alternating Current-Field Measurement/《Water》

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  • 本文由 发表于 2023年3月26日 18:49:03
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