边 超 王璐璐

(南水北调中线信息科技有限公司，北京 100038)

南水北调中线干线工程是一项跨流域、长距离的特大型调水工程，工程不仅具有线路长、覆盖范围大、地域分布广的特点，且涉及专业极多，对自动化集成控制要求高。为确保建筑物安全，可靠掌握水工建筑物的工作性态，满足工程实时监测和快速反馈需求，必须建立高效、稳定且满足南水北调工程实际情况的安全监测自动化系统[1]。南水北调安全监测自动化系统主要包括四部分:数据采集与控制子系统、网络通信子系统、供电子系统和防雷接地子系统，选择CR1000系列高性能数据采集器为核心的自动化系统设备，建立分布式监测数据自动采集系统[2]，有效解决了监测范围广、测点数量庞大、工程规模巨大等问题。

目前，南水北调工程安全监测自动化系统已整体有效运行近10年，安全监测自动化系统集成电路电子产品面临质量极限，存在数据失真风险，为确保安全监测自动化系统可靠有效，按照《大坝安全监测自动化技术规范》(DL/T 5211—2019)要求，结合工程实际规定每年进行至少1次全部测点人工比测工作。目前南水北调工程采用精度指标法[3]进行人工比测工作，由于《大坝安全监测自动化技术规范》对人工比测部分进行重新修订，需结合南水北调工程安全监测自动化系统实际情况，对方差分析法、精度指标法进行重新分析讨论。笔者在进行南水北调中线干线工程安全监测自动化系统人工比测的过程中发现，《大坝安全监测自动化技术规范》(DL/T 5211—2019)中人工比测方法存在诸多问题，而精度指标法则为南水北调工程安全监测自动化系统人工比测适宜性方法，并结合工程实际对精度指标法进行了适用性细化。

1 规范标准人工比测不适宜性

1.1 规范比测规定

《大坝安全监测自动化技术规范》(DL/T 5211—2019)为进行内观仪器人工比测的方差分析，采用测点试运行期自动化监测和人工监测相同时间、相同测次的测值分别组成自动化测值序列Xzi和人工测值序列Xri。每次进行人工及自动化对比测量时的连续测读数宜为3～9次，记录对应测量过程中的中间值Xzi、Xri。按式(1)计算两个序列之间的偏差δi，按式(2)计算比测偏差序列的均方差δ，按式(3)计算比测偏差控制值σ，取δ≤2σ。

δi=|Xzi-Xri|

(1)

(2)

(3)

式中i——第i次比测；

n——总比测次数；

σz——自动化测量精度；

σr——人工测量精度。

按式(4)、式(5)计算本次对比测量时该测点的标准差eri、ezi；按式(6)、式(7)计算运行时间内该测点的标准差算数平均值er、ez。

(4)

(5)

(6)

(7)

C值按表1查询。

表1 极差系数查询

1.2 规范标准中存在的问题

依照南水北调中线工程安全监测自动化系统2020年及2021年人工比测实际工作情况，总结发现规范标准存在如下实际问题。

1.2.1 无法获取试运行期间内相同次数与相同时间的测值

南水北调工程安全监测自动化系统人工比测基于先采集自动化数据或先采集人工数据均不影响数据准确性，规定人工自动化连续测读4次满足规范标准要求。以先进行人工读数为例，人工读数由于振弦读数仪存在读数延迟或无效读数，完成一支仪器4次读数时长大于1min，后需进行2～3min自动化系统设置，再进行自动化读数；反之先进行自动化读数，变更人工读数也需清除前序自动化读数脚本，系统设置仍需2～3min，总之单支仪器自动化人工读数至少间隔在3min以上，对于高灵敏度传感器来说，其所采集的数据可能出现瞬时变化，无法满足相同时间条件规定。

1.2.2 进行多序列测读，人工成本巨大

面对南水北调工程规模大、线路长、仪器种类数量繁多的情况，在不考虑是否满足相同时间的情况下，按照人、车辆等现有实际情况，完成单次单序列人工比测工作需1个月，每增加一组序列采集，工作时长翻倍，按照每年2次人工比测，采集3序列，人工比测工作需6个月，若需采集更多序列，易出现无法满足工程维护实际条件的情况，局限性大。

1.2.3 公式修订无效,实际效果不良

人工比测合格性评判为误差在精度范围内即判定合格，方差分析法满足δ≤2σ则合格。《大坝安全监测自动化技术规范》(DL/T 5211—2019)对误差值与精度值控制无效，适用性有待考究。

a.仪器状态良好，δ误差值控制方式适得其反。

b.引入标准差e，未对精度值σ起到实际作用。

2 南水北调工程人工比测适用方法完善内容

南水北调工程安全监测自动化系统人工比测工作于2020年正式启用精度指标法对仪器进行合格性评判，合格率符合系统实际情况，并在实践过程中对精度指标法进行了完善。完善内容包括以下四项：一是对于钢弦式传感器，频模通道和温度通道均满足精度要求的，传感器比测结果为合格；频模通道合格，温度测值不合格但附近有可替代的温度测值或温度测值存在常差，传感器的读数是有效、可用的，也应判为合格。二是人工比测前必须进行测站接地电阻测试。三是对于整编物理量计算不采用温度修正的仪器可不对温度通道进行比测。四是严格控制不纳入仪器，对于可确定失效仪器不纳入统计处理，失效仪器表现为：人工自动化均无读数，可直接判定失效；人工自动化数据跳动剧烈，可判定失效；人工自动化读数明显超频模范围，可判定失效。其他留观仪器均纳入统计，保证合格率真实性。

3 南水北调工程自动化系统人工比测方差分析法与精度指标法结果比较分析

以南水北调工程涞涿管理处安全监测自动化系统人工比测作为样本，采用精度指标法进行人工比测发现不合格仪器分为以下几类：人工读数稳定，自动化无读数/跳数/超限值/经验错误值；人工无读数/跳数/超限值/经验错误值，自动化读数稳定；温度计温度差值超限不合格；人工自动化读数超精度限制。精度指标法可识别频模大范围波动、自动化人工读数差值为常差等异常情况，需注意人工自动化读数尽可能选择在同一时间点，因为部分仪器精度高，对原始数据质量要求较高。比如部分应变计型号为BGK4200，精度为1.2模数，控制值较小，易发生错判。按照精度指标法进行数据分析，有效仪器639支，582支合格，合格率为91.07%。按照方差分析法对涞涿管理处数据进行分析，统计结果如下：接入有效仪器639支，188支合格，合格率为29.42%，方差法无法体现安全监测自动化系统实际运行状态。

按照《大坝安全监测自动化技术规范》(DL/T 5211—2019)的规定，应用方差分析法进行南水北调工程自动化系统人工比测，对大部分仪器来说，放大了误差值δ，并未有效放大精度控制值σ，无法满足对南水北调安全监测自动化系统有效评价的要求。

南水北调工程振弦传感器装有热敏电阻[4]，可同时测量该传感器所在部位温度数值，但经过长期运行，温度通道损坏失效情况较多，理论上应与传感器绝缘性能有关，但数据并不支持理论说法，仍在研究讨论当中。

4 结 语

本次南水北调工程安全监测自动化系统人工比测方法研究是继制定精度指标法后的进一步深化，对规范标准换版后的方差分析进行了说明，进一步细化完善了精度指标法，通过实例证明了精度指标法适用于南水北调工程的实际情况。