水电站机电技术
Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station
第44卷第5期2021年5月
27
Vol.44 No.5
王茁霖
（辽宁西北供水有限责任公司，辽宁沈阳110000）
摘要：针对目前水电站大坝安全监测存在数据不能实时计算分析、展示，长期运行产生大量数据难以管理且需
要投入大量人力计算分析等问题，设计基于Flask 框架的大坝监测数据自动化处理系统，为大坝监测数据分析提供 接口，实现数据查询、计算、绘图、实时监控及数据、图形远程展示等功能。结果表明，基 于Flask 框架的大坝监测数
据自动化处理系统，数据实时反馈效果好，操作便捷，数据读取展示性能好、可视化程度高，可实现大坝实时安全监 测。
关键词：Flask ；大坝；监测；数据处理；自动化
中图分类号:TP277
文献标识码：B 文章编号:1672-5387 （2021）05-0027-04
DOI : 10.13599/j ki.11-5130.2021.05.008
0引言
水利工程安全对下游居民的正常生产、生活有
重要的影响。随着计算机技术的发展，大坝安全管 理信息化建设已经成为现实。利用现代计算机技术,
对大坝安全运行状态进行监测，同时，进行数据处 理、分析。通过搭建信息化平台，可降低水库安全管
理工作的难度，远程实现大坝管控。目前，已有较多 的水利工程搭建了信息化管理平台，如：玛纳斯河流
域灌区、都江堰灌区、黄壁庄水库、淇河盘石头水库、
双塔水库⑴等。各项水利枢纽在近期改造、建设过 程中，均引入了 “信息化”、“智慧化”监测系统，建设
完成后，实现了水利工程安全自动化监测，险情预警 等功能，有效保障了水利工程的正常运行“役针对
目前水电站大坝安全监测存在数据不能实时计算分 析、展示，长期运行产生大量数据难以管理且需要投
入大量人力计算分析等问题，设计基于Flask 框架
的大坝监测数据自动化处理系统，为大坝监测数据 分析提供接口，实现数据查询、计算、绘图、实时监控
及数据、图形远程展示等功能。
1框架与技术介绍
1.1 Flask 框架
Flask 属于微框架（micro-framework ），基于
Python 开发并且依赖jinja2模板和Werkzeug WSGI
服务，框架十分轻量，更新时依赖比较少，数据处
理速度快。Werkzeug 是Socket 服务端，用于接收
HTTP 请求并对请求进行预处理，然后触发Flask 框
架。交互的内容比较简单时只需要开发人员基于
Flask 框架提供的功能对请求进行相应的处理，并返
回给用户；如果返回的数据内容结构复杂程度高，需
要通过jinja2模板两步操作实现数据的传送即：先
将融合了数据的模板预先渲染处理，接着将渲染完 成的字符串返回给浏览器皿。
1.2 Flask 实现流程介绍
从Web 程序的一般流程来看，当客户端想要 获取动态资源时，这个时候就会发起一个HTTP 请
求（比如用浏览器访问一个URL ），此时Web 应用 程序就会在服务器后台进行相应的业务处理（比如
对数据库进行操作或是进行一些计算操作等），取 出用户需要的数据，生成相应的HTTP 响应（如果
访问的是静态资源，服务器则会直接返回用户所 需的资源，不会进行业务处理）。整个处理工程如 图］所示。
收稿日期：2021-03-19
作者简介：王茁霖（1990-），男，助理工程师，从事水利工程建设与 管理工作。
28
水电站机电技术
第44卷
图1处理流程图
在实际的应用中，不同的请求可能会调用相同 的处理逻辑。这里有着相同业务处理逻辑的HTTP
请求可以用同一类URL 来标识，接着在后台定义一 个获取URL 函数，用来获取请求中相应的数据，此 外还需要建立URL 和函数之间的一一对应关系。
这就是Web 开发中所谓的路由分发，如图2所示：
I
密据Y 亦)-URL1 乂处理逻辑A 》
数据列响应2 ) | C HTTP 请求］片［（HTTP 请求2 ）4
I ' I ；
［ I （ HTTP 请求3片服12
--------« 响应3 ）
iCHDI iCZD-.CHDj
服务器端
喜户端矩阵键盘程序
图2多相同请求处理流程
1.3 HTML5核心技术
HTML (Hyper Text Markup Language)指的是超四头精雕机
文本标记语言，浏览器网页上所有的显示内容都是
通过一系列HTML 标签进行描述。它包括一系列 标签如文本段落标签(<p>)、图片标签(<img>)、标题 标签(<hl>\<h2>\<h3>\<h4>)等。通过这些标签可
以将网络上的文档格式统一，使分散的Internet 资
源连接为一个逻辑整体，被认为是互联网的核心技
术之一。HTML5是最新一代的HTML 语言标准，语 法特征更加明显，对原有的功能进行调整和修改，通 过对新需求的分析，融合进了其他的标签，如画布标
签(<canvas>)，本文监测数据的显示便是基于画布标 签，这一标准为所有开发人员提供标准化工作基础。 此外，HTML5提高了网络服务应用的轻便性和独立
性，减少了插件依赖。
2系统开发环境2.1结构的选择
系统的软件设计采用B/S 架构，B/S 是一种 以Web 技术为基础的新型的MIS(Management
Information Systems)系统平台模式。基于C/S 架构 用户需要在本地计算机上安装专门的客户端程序, 软件分布功能弱，无法实现快速部署安装和配置。
B/S 架构优点在于无需安装应用程序，而只需安装
通用的浏览器软件；安装过程更加简便、网络结构更 加灵活。
2.2系统运行环境与开发工具的选择
考虑到系统的移植性和跨平台性，本系统选
择 IntelliJ IDEA 的 J2EE( Java2 Platform Enterprise
Edition)平台，使用IDEA 作为B/S 模式的开发工具。
J2EE 是一个适用于企业级计算的支持多层、分布式
应用的平台，它具有安全性、可移植性、健壮性、多层
次结构等特点，能够通过JDBC 方便连接各类数据
库，调用各类接口。根据目前网页平台制作的流程, 选用开发环境及开发工具如表1所示。
表1开发环境表
前端开发语言
HTML 、CSS 、JavaScript 服务器运行环境 JAVA SDK> Tomcat 9.0.17
后端开发环境
InteUiJ IDEA 2018.3.4
3系统业务功能设计
根据大坝监测数据自动化处理系统的应用需
求，通过对需求分析和业务设计分析，进行全方位阐 述系统的功能设计。
3.1数据准备
3.1.1数据来源
某实际工程在建设早期没有在坝体内部安装监 测仪器，随着工程运行时间的不断增加，运行管理人
员通过人工观测方式来掌握工程的运行状态已逐渐
显得力不从心。因此逐步转向自动化监测。从工程 自动化监测改造之初，通过对监测仪器的布置，接口 的设置，数据存储格式设计，前台页面功能设计等实 现监测数据采集、存储、处理及可视化展示。
3.1.2数据存储
传统的数据分析是人工在Excel 软件中对数据
进行计算分析绘图处理，在多张表格之间进行数据 复制粘贴与索引，相当麻烦而且容易出错。
本文采用的网页端读取数据，不涉及到人工对
数据的处理。在监测仪器的埋设过程中，将监测仪 器的接口与数据读取程序的接口进行对接，远程设
置仪器的数据读取间隔时间，监测仪器读取完监测 数据后，将读取的监测数据以预先拟定好的数据结
第5期王茁霖：某水电站大坝监测数据自动化处理系统设计29
构以文本文件(.txt)形式存放到计算机相应位置。首次读取数据时将生成相应名称的数据文件，当不断读取新数据时程序会将最新的数据不断追加到相应的数据文件中生成最新数据文件[7'8]o
3.2数据读取
本系统不涉及后台数据库，开发周期简短，便捷迅速。数据读取首先要从本地读取txt文件，然后将读取出的字符进行处理，生成对应字符的数值，然后做进一步处理，图3为文件读取流程。
(获取1x1文件)
图3文件读取流程
3.3数据展示
监测数据是评价大坝运行状况的可靠依据，实时并能够远程在线展示监测数据意义十分重要。依据监测数据的时间序列将监测数据显示在表格内，具体步骤为：把读取完成后截取的数据由字符转变成数值；遍历转换完成后的列表；将列表里的数值与时间和测控单元号进行字符拼接；将拼接完成的字符添加到表格内形成规整、可视化的数据格式。图4为监测数据在页面上的展示图。
3.4图形绘制
图形展示相对比数据展示更加直观，更能把握监测数据的走势，这对于掌握大坝运行状况十分重要。
3.4.1单测点全时段显示
大坝的各坝段并不是单独独立存在的，一个坝段的变化反应的是坝体整体的变化，因此单个测点的全时段监测数据对于掌握单个监测仪器所对应的位置处数据变化至关重要，数据的时间前后对比对掌握大坝整体运行状态十分重要。图5为单测点全时段的监测数据时程图。
图4监测数据
mm
,0.
2M1937:372019/12/306:55:532019A2/302023^92019/12/317^5:222019/12/3120:11232020/1/1&33:29$
图5单测点全时段监测数据
3.4.2多测点全时段显示胃电图仪
单测点监测数据的显示只能反应当前监测仪器处的相关监测数据变化，我们需要多个仪器进行空间对
比才能更加直观的得出监测数据的变化进而得出坝体运行状况，例如顺河向位移分析，我们需要将所有坝段内同_高程的监测仪器所监测得到的数据进行对比，这样才能反应出大坝顺河向的整体位移情况，图6为多测点全时段监测数据图。
mm
30水电誌机电技术第44卷
3.4.3报警信息展示
焊条烘干炉展示监测数据的目的是为了得到大坝运行的状况，大坝良好的运行状况对应着合理的监测数据范围。可以预先设置好大坝运行良好的监测数据范围，通过自动化的数据计算判断出哪些数据是异常或者超标，进而自动判断出坝体的监测仪器出现问题或者大坝的某个部位出现问题，然后做出相应处理措施。
4结论
系统采用的是Flask框架开发模式，既不需要上传数据，保证了数据的可靠性、安全性，又极大的提高了数据的处理效率，简化了管理的复杂度，节省了大量人力物力成本；同时数据的实时展示、警报设置便于对大坝的安全状况做出更加客观、专业的评价，实现了监测数据的可视化及大坝安全监测管理的信息化和网络化。但是对于不同厂站间的数据借鉴、对比与传输和整个流域内工程监测数据的智能管控还难以实现，数据孤岛现象等还有待进一步研究。
参考文献：
导播系统
⑴许永祥，袁建军，刘磊，等.双塔水库安全监测综合信息化
系统开发及应用[J].人民长江,2019(S2)：229-232.
[2]高键，张智涌，刘明锦，等.四川省智慧水利体系构建与关
键技术研究|J].四川水力发电,2020,39⑸：93-9&
[3]邹明忠.基于混合云架构的江阴市智慧水利一体化应用
门户探索与实践[J].中国水利,2020(15)：78-79.
[4]陈胜，姜晓明，赵丽平，等.江西省小流域智慧防汛系统的
应用技术研究|J].水利信息化,2020(3)：34-3&
[5]王梓，夏凯.基于SSM框架的水质监测数据管理系统研
究[J].计算机时代,2018,7(7)：25-27,31.
[6]沈宏伟.基于Flask的企业内网安全系统的设计与实现
[D]，北京：北京交通大学,201&
[7]郭振英.三峡工程建设运行效益的研究及评价[J].长江
技术经济,2019,3(4)：4-9,
[8卢纯.百年三峡治水楷模工程典范大国重器——三峡工程的百年历程、伟大成就、巨大效益和经验启示[J].人民长江,2019,50(11)：1-17,
(上接第14页)
有功
155.3
148.9
1424
136.0
129.5
123.0
暗访设备116.6
110.1
103.6
972
90.7
-----------桨叶主接----------有功
图例”----------导叶主接
图5导叶桨叶操作录波图
图6导叶固定、桨叶机手动调节对有功的影响录波图
4小结
通过以上举例阐述，水轮发电机组在水流反推力的作用下，会产生较大基础振动和轴系的摆动，通过运用电厂站内的主要监测设备可以及时地了解机组运行状况掌握机组运行是否存在劣化趋势，对于电厂站的稳定生产有着重要意义。本文针对水流状态的变化影响水轮发电机组的稳定性阐述了相关现象描述及处置方式，对通过电厂站内服役的在线监测系统的有效数据分析快速査定位相同类现象的原因及处理提供有效借鉴。
参考文献：
[1]李锐，杜志洲，杨佳刚，等.中国水电开发现状及前景展望
|J].水科学与工程技术,2019(6)：73-7&
[2]章明.水电机组在线监测与状态检修Q]，新疆有金属，
2011(S2)：173-174.
[3]李丹，李正贵.水轮机空气围带磨损导致水导摆度增大的
故障分析Q].水电站机电技术,2017,40(S1)：22-25. [4]宋厚彬.协联曲线修改对灯泡贯流式水轮机组的影响[J].
甘肃科学学报,2010,22(4):145-149.
[5]韦刚.某大型轴流转桨式水轮机组振动异常分析[J].红
水河,2020,39(2)：111-113.
[6]王辉斌，邹桂丽，莫剑，等.协联优化对轴流转浆式水轮
发电机组运行稳定性的影响[J].水力发电,2011,37(10):
76-78.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议