基本信息
- 项目名称：
- 水库大坝变形上下游激光自动巡测技术研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该课题研究了水库大坝变形的自动观测技术，通过在大坝的上下游设立观测基点，利用激光对大坝坝体表面变形进行自动巡回观测，克服了传统观测和激光准直线法的局限性，适合混凝土坝、土坝、曲线坝、直线坝、折线坝等不同坝型。
- 详细介绍：
- 水库大坝变形上下游激光自动巡测模型设计 水库大坝变形上下游激光自动巡测总体构想是：利用激光技术、计算机技术，对水库大坝表面变形进行三维、自动化、巡回观测，进而分析大坝垂直沉降、水平位移的变化，反映出大坝安全、稳定状态和潜在的安全隐患。 （1）利用激光发射器向大坝发射激光脉冲，并以激光发射器所在位置建立基点； （2）利用大坝坝体表面设置的数个观测标点、将激光脉冲反射回来； （3）用激光接收器、接收反射回来的激光脉冲，用激光测距技术测出基点与标点之间的距离； （4）根据激光发射器、接收器所处的高程，激光束与竖直方向的夹角以及垂直坝轴线方向的夹角，可以计算出观测标点的高程，以及标点与基点的方位，进而确定观测标点相对于激光发射器基点的三维位置。如果观测标点发生任何三维位置变化，则能测量计算出其变化量 （5）利用激光发射器和激光接收器底部的转动装置进行往复转动，进而测得坝体表面n个观测标点的三维位置； （6）将测得的坝面观测点的三维数据通过传感器自动输入计算机，利用计算机和编制的程序，在计算机内自动生成坝体表面的三维网格图，从而自动观测坝体表面的变形情况 （7）利用计算机建立观测计算结果自动记录功能、变形提示功能和变形报警功能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：水库是调控水资源的主要工程措施,水库大坝安全是水库管理和运用的最基本和最重要的前提。大坝观测是监视其安全与否的基本手段。由于传统的水库大坝变形观测手段落后和激光技术的发展和应用。所以我试图将激光技术应用于水库大坝变形观测。基本思路：该课题研究了水库大坝变形的自动观测技术，通过在大坝的上下游设立观测基点，利用激光对大坝坝体表面变形进行自动巡回观测，克服了传统观测和激光准直线法的局限性，适合混凝土坝、土坝、曲线坝、直线坝、折线坝等不同坝型。创新点：（1）观测方式的创新。以前的观测基本都是在坝轴线方向利用人为设置的基准线，观测坝顶标点相对基准线的变化，判断标点的位移变化。而水库大坝变形上下游激光自动巡测技术则是在大坝上下游设置观测站和基点，利用激光测距技术，测得标点与基点的距离和相对角度，来得到同一标点的三维变化。（2）观测内容的创新。以往的水库大坝表面变形监测，只是选择几个典型测点进行观测，而水库大坝变形上下游激光自动巡测技术则是在大坝上下游设置观测站和基点，对大坝表面进行全面观测（水下部分的观测还可以进一步研究），并建立水库大坝表面网格，使得大坝表面变形监测更全面、更直观。（3）控制手段的创新。采取计算机全自动控制和自动巡回观测，实现了对大坝的变形进行三维定量计算及分析对比。提高了工作效率，节省了人力、物力、财力，有利于整理、分析、存储和查找。
科学性、先进性
- 水库大坝变形上下游激光自动巡测技术可靠性理论分析（1）观测精度分析激光在检测领域中的应用很广泛，技术含量很高，对社会生产和生活的影响也很大。激光测距是激光最早的应用之一。这是由于激光具有方向性强、亮度高、单色性好等许多优点所决定的。平均实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度。《土石坝安全监测技术规范》（SL60－94）明确规定：水库大坝表面纵向水平位移观测，有条件时可用光电测距仪测量。因此其观测精度是规范所认可的。（2）观测条件和环境分析传统的水库大坝变形观测是在自然条件下进行观测，激光自动观测可以在大坝的上下游设置观测站，将仪器设在室内，实现室内观测，大大地改善了观测条件。另外，激光自动观测对观测距离要求、观测温度要求、观测湿度要求、观测时间要求都比传统人工观测具有优点；抗降雨和异常天气影响能力更强；观测精度更高。
获奖情况及鉴定结果
- 在水利部淮河水利委员会《治淮》杂志2009年刊登。《治淮》国际标准刊号：ISSN1001-9243，国内统一刊号：CN34-1030/TV。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 暂无
作品可展示的形式
- 图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 我国有水库8.5万多座，80%以上是土坝，约40%是险库。工程一旦失事，对下游造成的损失越来越大；贯彻以人为本的思想，党中央、国务院高度重视水库安全管理，将病险水库除险加固作为重要的民生工程。水库加固除险后面临着进一步加强管理和安全监测的问题。传统的观测方法一般是人工观测，不适应现代化管理的要求；激光准直法自动观测一般设置在坝体廊道内，对拱坝、连拱坝、土坝的观测都不实用，而水库大坝变形上下游激光自动巡测技术则很好地解决了这一问题。如果全国的水库中有一半使用这一技术，全国就是4万多座水库；有三分之一使用这一技术，全国就有2.8万多座水库；因此该自动监测技术应用前景十分广泛，且迫切需要。三、经济效益分析随着经济的发展和现代化管理水平的提高，如果全国有三分之一水库使用这一技术，就有2.8万多座水库。每座水库节约的人工费108万元，全国就节约人工费302亿元; 每座水库安装2-4台监测仪, 市场利润平均按10万元, 全国就是280亿元;以上总共可以产生直接经济效益582亿元。效益巨大。
同类课题研究水平概述
- 我国在水库大坝变形观测方面已有相关研究报道。但本课题的研究特点是：1、在水库大坝上下游同时设置观测站对水库大坝表面变形进行观测；2、利用激光测距、测角的办法对水库大坝表面变形进行自动巡测；3、对水库大坝变形进行全表面观测，并建立网格。
