土石坝、坝基变形、裂缝及接缝安全性非接触式在线监测解决新途径

大坝，这位曾经屹立不倒的巨人，它的身体由坚实的土石和钢筋混凝土构成。然而，随着时间的推移，每天日晒雨淋，河水冲刷，它的健康状况逐渐恶化。

于是请来了人工监测与普通自动化监测两位医生，但可惜并未引起足够的重视。随着雨水的冲刷和侵蚀，部分隐藏的裂痕逐渐扩大，大坝的身体开始摇摇欲坠。最终，在一次强烈的雨水冲刷下，大坝终于支撑不住，轰然倒塌。

人工监测员们抱怨说，他们尽力了，但是预算有限，人的力量毕竟也有限，难以做到24小时不间断地监测。而且，有时候天气恶劣或者交通不便，他们也很难及时到达现场。

而自动化监测则反驳说，它们虽然能够实时监测，但是也会受环境温度天气的影响，精度相对就下降了，而且预算这么低，测点这么少，怎么能监测完所有的沉降、位移以及裂缝呢？如果人类不及时处理监测到的异常数据，那么自动化监测也就失去了意义。

若是预算再多点就好了、人手再多点就好了、自动化测点再多点就好了、监测精度再高点就好了……人生不能重来，事故不能重演！明明能用更少的预算（更多的测点、更高的精度）把事情做好，却总想着出事故了把锅甩出去。

随着社会的发展，很多水库大坝已经进入老龄化阶段，出现一些裂缝、渗漏渗流以及缺口破损等问题，面对直接关系到下游的人民生命财产及生态安全的大坝安全事故危机，我们能做的就是提前干预、实时安全监测、实时处理、杜绝危险因素的发展。虽然说传统的监测方法虽然在一定程度上能够满足大坝沉降、位移安全监测的需求，但存在监测范围有限、精度不高、实时性差等问题。常规的自动化设备在精度和准确性方面较差，且安装排线及后续运维相对比较麻烦。结构监测渐渐向智能化高、人工劳动力少、精度及实时性高、可视化程度高且成本更低的机器视觉方面靠拢。

大坝监测内容主要包括：①大坝的结构完整性、②大坝表面位移（水平位移、沉降）监测、③裂缝监测、④环境辅助、⑤视频监测，以上主要的监测内容均可通过变焦视觉位移监测仪直接或间接实现，实时保障大坝结构的安全和稳定性。

变焦视觉位移监测仪是一种利用机器视觉技术实现大坝表面位移监测的设备。它通过变焦镜头和高清相机捕捉大坝表面的图像，并利用图像处理算法对图像进行分析，从而实现对大坝位移的精确测量，还可实时查看大坝现场视频画面。该设备具有高精度、高稳定性、实时性强等特点，各方面都遥遥领先于现场人工监测，让其能够为大坝的安全监测提供可靠的数据支持。

本解决方案的特点主要体现在以下几个方面：

1

非接触式

测点无需排线供电，仅安装无源靶标即可

2

精度高

采用先进的机器视觉技术和亚像素图像处理算法，能够实现亚毫米级的高精度位移监测

3

实时性强

能够实时采集和分析数据，为管理人员提供及时的决策支持

4

数据可视化

通过图表、图像等形式展示监测数据。还可观看现场实时视频，便于管理人员直观了解大坝的位移情况。

5

联动控制

可联动控制其他传感器，例如现场声光预警，开关电磁阀，设备开关等，还可联动监测仪抓拍及查看现场实时画面

6

平均成本低

能够覆盖大坝表面的多个断面点位，基于变焦镜头，监测范围广，实现大坝全面监测，平均单测点成本低

①现场勘查

在实施该解决方案前，需要对大坝进行详细的现场勘查，确定合适的监测点位。主机安装位置需开阔通视，最好能看见大坝的所有区域，同时需要尽量稳固的地方，避免对监测数据造成影响。

②监测点位确定

监测断面及监测点的布设参考《土石坝安全监测技术规范》（SL 551）、《混凝土坝安全监测技术规范》（SL 601）及《小型水库雨水情测报和大坝安全监测设施建设与运行管理办法》的要求。一般20米左右布一个点，但考虑大坝安全性，得到更全面的监测数据，可增加测点至10米一个点，甚至5米一个点，相对的靶标成本不像传感器、GNSS那样昂贵，还可自行打印靶标。

同时应考虑到大坝的结构特点、变形规律以及监测需求等因素。

（1）遵循安全监测的相关要求，例如位移监测宜布设在变形量较大的部位，如坝体或坝基表面、坝体内，且应避开主坝上游面、下游面等部位，对于沉降监测宜布设在变形量较小的部位。

（2）监测点位的布置应考虑坝体或坝基稳定情况，一般布设在库岸或岸坡稳定相对较好的部位。

（3）监测点位的布设应考虑运行环境条件，一般布设在地质条件相对稳定且无特殊保护要求的部位

③设备安装与调试

根据确定的监测点位，安装变焦视觉位移监测仪和编码靶标。监测仪一般安装在大坝两端稳固的位置上，因为大坝上均为可活动面，安装时选择稳固位置，若无可靠稳定的区域安装仪器，需浇筑支墩安装（一般为边长600mm立方体混凝土基础）安装变焦视觉位移监测仪，安装完成后，对设备进行方向调整和靶标角度调整，使靶标都在视野范围内，方便后续技术人员远程调试。具体场景的安装方式如下：

（1）大坝结构完整性监测

镜头尽量对准需要监测的坝体、坝基、闸门、管道和泄洪道等关键部位，插上电源，设备自行联网，系统即可自动记录当前关键部位的特征状况，若后续该部位发生变化，监测仪自动抓拍相关照片并进行预警提醒。及时发现裂缝、渗漏渗流以及缺口破损等问题，并采取相应的补救措施。通过监测仪边缘计算，对抓拍前后的照片进行对比分析，可以实时了解大坝的病害程度和完整性，让结构更安全。

（2）大坝表面位移（水平位移、沉降）监测

安装方式相识，也是安装在大坝两端稳固的位置上，然后在大坝测点处安装好靶标，测点靶标尽量安装在视野中央，同时监测仪需要看到所有测点，靶标应尽量正对监测仪且靶标尽量相互错开一点，以保证相互无遮挡。将变焦视觉位移监测仪供电后，即可智能识别视野范围内的靶标，轻松实现大坝测点的水平位移、沉降的自动化监测，这种“长条形”监测项目实测靶标测点可达1000个，理论还可增加靶标测点数量，监测长度可达400米，平均单测点成本非常低。同时监测仪为非接触式测量，测点只需要安装靶标即可，无需拉线布线安装传感器，节省劳动力、成本，方便快捷，巡回扫描监测。若需对某测点高频采集，则其他测点巡回扫描会暂时停止。

（3）大坝裂缝监测

裂缝监测时，监测仪的安装监测方向建议与裂缝的发展方向一致，这样监测的测点数量是最多的，且相对的监测精度是最高的。监测仪也是安装在大坝两端稳固的位置上，尽量能看到整条裂缝，然后在裂缝两侧安装靶标，靶标应尽量正对监测仪且靶标相互无遮挡，后续无需现场人工调试，插电即可实现大坝裂缝自动化监测，还可设置高频采集，获取相应的振动频率。

（4）大坝环境监测

变焦视觉位移监测仪可间接完成其他影响大坝的稳定性因素（降雨量、温湿度、风速、水位、渗流量等），仅需在仪器接口接入环境监测传感器（或其他监测项的传感器）即可，无需外加网关采集器、重新拉线，实现环境监测和位移监测数据综合分析，以不同的角度剖析大坝稳定性，更准确地评估大坝的稳定性，从而采取有效的措施来预防结构灾害的发生。

④日常运行维护与数据监控

系统投入运行后，需要对设备进行定期维护和保养，包括镜头擦拭，杂草的清理等，确保设备的视线无遮挡。同时，监控中心的工作人员需要对接收到的数据进行实时监控和分析，及时发现并处理异常情况。

广东珠三角的水库大坝，该水库兼具防洪、发电与灌溉功能，水库大坝坝体长300米，溢洪道长50m。最大坝高61m，为混凝土面板堆石坝。工程于2019年7月开工，2022年9月完工，目前仍处于初蓄期。为了保证水库的安全运营，需对坝顶表面位移进行监测。项目初期想用的设备是GNSS，但业主要求精度达到零点几毫米，而且考虑20米装一个测点的话，两排也要30个测点，成本非常高，因此换成了变焦视觉位移监测仪，采用2台变焦视觉位移监测仪对坝体2排15个断面的沉降及水平位移进行监测，做到了坝体表面位移监测的全覆盖。

安锐测控研发的变焦视觉位移监测仪为大坝的安全监测提供了全新的技术手段。通过实际应用案例的分析和优势与局限性的讨论，我们可以看到该解决方案在大坝安全监测中具有广阔的应用前景和巨大的潜力。未来，随着技术的不断进步和成本的降低，本解决方案将得到更广泛地应用和推广，为大坝的安全运行提供更加可靠的技术保障。