Ứng dụng các công nghệ giám sát online để vận hành hiệu quả nhà máy và hồ chứa thủy điện (ICOLD Bulletin CL 2026) [Bài 3]

CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT TRỰC TUYẾN AN TOÀN ĐẬP

1. TỔNG QUAN

1.1 Định nghĩa

Giám sát an toàn đập được thực hiện nhằm nắm bắt chính xác trạng thái vận hành của đập thông qua việc đo lường và phân tích các tham số tại các vị trí liên quan đến an toàn đập, như thân đập, móng đập và chân đập. 

 [Nguồn: fibergratings.com](https://fibergratings.com/dts-performs-dam-monitoring/?utm_source=openai)].

Công nghệ giám sát trực tuyến an toàn đập là một công nghệ dựa trên máy tính, sử dụng để đo lường tự động, thu thập và xử lý dữ liệu quan sát liên quan đến đập, cũng như thực hiện phán đoán sơ bộ và cảnh báo sớm phân cấp về điều kiện an toàn của đập. 

 [silixa.com](https://silixa.com/sectors/natural-environments/dam-monitoring/?utm_source=openai)]

Hệ thống giám sát trực tuyến an toàn đập bao gồm các thiết bị giám sát, thiết bị thu thập dữ liệu, thiết bị truyền thông dữ liệu, hệ thống máy tính và phần mềm liên quan. Nó được sử dụng để thu thập và xử lý dữ liệu tự động, giám sát trực tuyến, phân tích ngoại tuyến, quản lý thông tin, phán đoán an toàn và hỗ trợ ra quyết định. [eyasco.com] (https://www.eyasco.com/dam-safety-monitoring?utm_source=openai)]

1.2 Mục tiêu và ý nghĩa

Công nghệ giám sát trực tuyến an toàn đập có thể tiết kiệm đáng kể chi phí lao động phát sinh từ việc thu thập dữ liệu an toàn đập, bảo trì thiết bị và phân tích dữ liệu, đồng thời giảm thiểu rủi ro an toàn đối với nhân viên thu thập dữ liệu. Nó có thể được sử dụng để: giám sát trạng thái an toàn của đập nhằm kịp thời phát hiện bất kỳ điều kiện bất thường nào của đập; hiểu xu hướng thay đổi của đập trong tương lai dựa trên dữ liệu cơ bản và phân tích dữ liệu; đánh giá tính toàn vẹn của đập dựa trên dữ liệu có sẵn; và cung cấp cơ sở cho việc ra quyết định của các nhà quản lý nhằm nâng cao trình độ và chất lượng ra quyết định.

 ([mygeoworld.com](https://www.mygeoworld.com/resources/blog/1849-ensuring-dam-safety-with-integrated-monitoring-systems?utm_source=openai))

Đồng thời, việc ứng dụng công nghệ giám sát trực tuyến giúp cải thiện hiệu quả giám sát và mở rộng phạm vi giám sát. So với công việc thủ công, giám sát trực tuyến các đập có thể thu thập dữ liệu chính xác theo thời gian thực, hiểu rõ hơn về trạng thái vận hành của đập, từ đó tiết kiệm chi phí lao động và nâng cao hiệu quả công việc.

1.3 Lịch sử phát triển

Giám sát an toàn đập có thể được truy ngược từ những năm 1890. Vào những năm 1960, Ý, Pháp và Hoa Kỳ đã bắt đầu nghiên cứu về quan sát tự động. ([silixa.com](https://silixa.com/sectors/natural-environments/dam-monitoring/?utm_source=openai))

Vào giữa những năm 1980, với sự phát triển của công nghệ vi điện tử và máy tính, nhiều quốc gia đã phát triển hệ thống thu thập dữ liệu giám sát phân tán.

 ([eyasco.com](https://www.eyasco.com/dam-safety-monitoring?utm_source=openai)) 

Trong những năm gần đây, Ý và Nhật Bản đã lần lượt áp dụng chụp cắt lớp vi tính (CT) trong chẩn đoán tình trạng đập.

 ([mygeoworld.com](https://www.mygeoworld.com/resources/blog/1849-ensuring-dam-safety-with-integrated-monitoring-systems?utm_source=openai))

Nga đã phát triển một mô hình phần tử hữu hạn không gian để nâng cao mức độ giám sát an toàn đập nhằm đảm bảo vận hành an toàn và ổn định của các công trình thủy lực.

Công nghệ giám sát an toàn đập đã trải qua một quá trình phát triển dài: Nó được phát triển từ không có gì và sau đó được nâng cấp từ chức năng đơn lẻ sang chức năng toàn diện và từ chế độ thủ công sang chế độ tự động. 

([webanalytics-ninja.com](https://www.webanalytics-ninja.com/dam-advanced-monitoring-systems/?utm_source=openai))

Quá trình phát triển của nó có thể được chia thành ba giai đoạn: 

(1) Giai đoạn quan sát mẫu thủ công, trong giai đoạn này, nghiên cứu tập trung vào biến dạng thực tế của đập, nhiệt độ và trạng thái ứng suất. Chỉ có một số ít hạng mục quan sát, hầu hết được quan sát thủ công; thiết bị giám sát cơ bản không được sử dụng, và công nghệ tự động hiếm khi được áp dụng. 

(2) Giai đoạn giám sát an toàn tự động, mục đích chính của giám sát đập trong giai đoạn này là đảm bảo vận hành an toàn của đập. Nhiều loại thiết bị giám sát an toàn đập đã phát triển nhanh chóng; đồng thời, hệ thống giám sát tự động tập trung đã tồn tại ở dạng phôi thai. 

(3) Giai đoạn giám sát an toàn dựa trên thông tin, trong giai đoạn này, nhờ sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mới, vật liệu mới và quy trình mới, hệ thống giám sát an toàn tự động phân tán đã được áp dụng rộng rãi, và công nghệ giám sát an toàn đập đã đạt đến độ chín muồi.

Hàng thập kỷ trước, việc thu thập dữ liệu giám sát chủ yếu được thực hiện bằng cách viết tay thủ công. Trong quá trình chuyển mùa lũ và mùa khô, việc thu thập dữ liệu thủ công dễ dẫn đến sai sót sao chép hoặc nhầm lẫn thiết bị. Dựa trên sự phát triển của công nghệ giám sát trực tuyến, việc cập nhật cảm biến và thiết bị, thu thập tự động và quản lý tập trung dữ liệu giám sát đã được thực hiện. Bằng cách so sánh với dữ liệu lịch sử, tham khảo các mô hình thống kê hoặc xác định, tính hợp lệ của dữ liệu có thể được xác minh, và nhân viên thu thập dữ liệu có thể được cử đi kiểm tra trực tiếp nếu cần thiết.

Trong những thập kỷ gần đây, việc xây dựng các công trình thủy lợi và thủy điện đã có bước nhảy vọt ở nhiều quốc gia, và do đó, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ giám sát an toàn đập cũng đang phát triển mạnh mẽ, giúp thiết lập hệ thống giám sát an toàn phù hợp với môi trường làm việc khắc nghiệt trong các dự án thủy lợi và thủy điện. Hệ thống này thường bao gồm các thiết bị giám sát khác nhau, thiết bị đo và đọc thủ công của dữ liệu giám sát, thiết bị thu thập, lưu trữ và truyền tải dữ liệu tự động, v.v. Đồng thời, công nghệ xử lý và khai thác dữ liệu giám sát và trình độ kỹ thuật của phân tích và đánh giá an toàn dựa trên dữ liệu như vậy cũng ngày càng được cải thiện. ([waterpowermagazine.com](https://www.waterpowermagazine.com/analysis/upgrading-dam-safety-systems-11094593/?utm_source=openai))

 

2. CÔNG NGHỆ CHÍNH

2.1 Thu thập dữ liệu

2.1.1 Công nghệ cảm biến

Dựa trên các nguyên lý hoạt động khác nhau, có thể phân loại thành năm loại, cụ thể là cảm biến điện trở vi sai, cảm biến điện trở áp điện, cảm biến cảm ứng, cảm biến điện dung và cảm biến dây rung; Nó cũng có thể được chia thành cảm biến nhúng và cảm biến lắp ngoài theo vị trí chôn cất của chúng. Với các chức năng khác nhau, những cảm biến này đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu cho giám sát an toàn đập. 

([silixa.com](https://silixa.com/sectors/natural-environments/dam-monitoring/?utm_source=openai))

(1) Thiết bị nhúng

Thiết bị nhúng đề cập đến cảm biến được chôn bên trong đập để giám sát các đại lượng vật lý liên quan đến cấu trúc đập; nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực giám sát an toàn đập. 

([eyasco.com](https://www.eyasco.com/dam-safety-monitoring?utm_source=openai))

Thiết bị nhúng chủ yếu được sử dụng để giám sát ứng suất-nén bên trong, dòng chảy thấm và áp suất, nứt, dịch chuyển và nhiệt độ của đập. Cảm biến dây rung và cảm biến điện trở vi sai, cũng thuộc loại thiết bị nhúng, hiện nay được sử dụng rộng rãi. Ngoài ra, để giám sát bất kỳ biến dạng nào trên đập đắp, các thiết bị như ống lắng và đồng hồ dịch chuyển ngang loại dây căng được sử dụng để giám sát lún bên trong và dịch chuyển ngang của thân đập.

Gần đây, sự phát triển của công nghệ mới đã dẫn đến sự xuất hiện của các loại cảm biến nhúng mới, chẳng hạn như cảm biến lưới Bragg sợi quang và cảm biến điện từ.

Nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào ứng dụng kỹ thuật của cảm biến lưới Bragg sợi quang và cảm biến sợi quang phân tán dựa trên OTDR. 

([fibergratings.com](https://fibergratings.com/dts-performs-dam-monitoring/?utm_source=openai))

(2) Thiết bị lắp ngoài

Các thiết bị giám sát lắp ngoài, với đặc điểm bảo trì và thay thế dễ dàng, thường được lắp trên bề mặt bên ngoài của các tòa nhà, hầm đập hoặc bề mặt sườn dốc để giám sát biến dạng, thấm, ứng suất-nén và các yếu tố môi trường. Các thiết bị giám sát lắp ngoài điển hình cho sử dụng kỹ thuật chủ yếu bao gồm thiết bị tọa độ thẳng đứng, thiết bị căng dây, thiết bị cân bằng tĩnh, hệ thống định vị laser, thiết bị đo đập và GNSS. 

([eyasco.com](https://www.eyasco.com/dam-safety-monitoring?utm_source=openai))

Hình 2-1: Sơ đồ hệ thống giám sát độ thẳng trục bằng laser

Hình 2-1 minh họa sơ đồ hệ thống giám sát độ thẳng trục bằng laser trong môi trường chân không tại một nhà máy thủy điện ở Trung Quốc. Hệ thống này bao gồm các thành phần chính sau:

1. Cảm biến độ thẳng trục: Được lắp đặt trên bề mặt bên ngoài của đập hoặc trong hầm đập, cảm biến này đo lường độ lệch và biến dạng của cấu trúc đập.

2. Hệ thống laser: Sử dụng chùm tia laser để chiếu và đo lường độ lệch của các bộ phận cấu trúc, giúp xác định chính xác vị trí và độ thẳng trục của các thành phần.

3. Thiết bị thu thập và truyền tải dữ liệu: Thu thập dữ liệu từ các cảm biến và hệ thống laser, sau đó truyền tải thông tin này đến trung tâm điều khiển để phân tích và xử lý.

4. Trung tâm điều khiển và giám sát: Nơi dữ liệu được phân tích, đánh giá và đưa ra các quyết định về bảo trì hoặc điều chỉnh cần thiết để đảm bảo an toàn cho đập.

Việc sử dụng hệ thống giám sát độ thẳng trục bằng laser trong môi trường chân không giúp tăng cường độ chính xác và độ tin cậy trong việc theo dõi tình trạng của đập, từ đó đảm bảo an toàn cho các công trình thủy điện.

2.1.2 Công nghệ tự động hóa

Công nghệ tự động hóa trong giám sát an toàn đập sử dụng công nghệ thông tin để thực hiện việc thu thập và xử lý tự động dữ liệu quan sát liên quan đến đập. Công nghệ này có thể được sử dụng để phán đoán sơ bộ về trạng thái an toàn của đập và cảnh báo phân cấp khi cần thiết, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo vận hành an toàn của đập.

Khi công nghệ tự động hóa ngày càng phát triển và trưởng thành, nhiều hệ thống tự động đã được áp dụng trong giám sát an toàn đập, bao gồm hệ thống giám sát tự động phân tán được sử dụng rộng rãi. Các đặc điểm chính của hệ thống này bao gồm:

1. Hệ thống phân tán: Bằng cách sử dụng cấu trúc phân tán, đơn vị điều khiển đo lường (MCU) có thể được lắp đặt gần cảm biến, giúp giảm thiểu sự suy giảm tín hiệu và nhiễu từ bên ngoài.

2. Cấu trúc mô-đun hóa: Mô-đun thu thập tự động bao gồm các mô-đun như mô-đun dây rung, mô-đun điện trở vi sai, mô-đun điện dung, mô-đun cảm ứng, mô-đun điện trở, mô-đun kỹ thuật số và mô-đun hỗn hợp.

3. Phương thức truyền thông đa dạng: Truyền thông có thể được thực hiện thông qua các phương tiện như có dây, không dây, vệ tinh và sợi quang.

4. Phương thức cấp nguồn đa dạng: Hệ thống tự động thường hỗ trợ nhiều phương thức cấp nguồn, bao gồm điện xoay chiều, điện một chiều, năng lượng mặt trời và điện lưới.

 

2.2 Tích hợp hệ thống

Vào đầu những năm 1990, việc ứng dụng máy tính và phát triển công nghệ mạng đã thúc đẩy giám sát tự động và kỹ thuật số, làm cho việc truyền tải dữ liệu giám sát theo thời gian thực qua mạng trở nên khả thi. Việc ứng dụng công nghệ tích hợp hệ thống giúp thiết lập hệ thống giám sát an toàn đập, bao gồm các hoạt động như giám sát an toàn, quản lý cảnh báo sớm, kiểm tra tuần tra, giám sát video, thiết kế và xây dựng, vận hành và bảo trì, gia cố và các hoạt động khác nhằm đảm bảo vận hành an toàn của đập.

Ví dụ, tại Trung Quốc, các hệ thống giám sát an toàn đập với chức năng quản lý cảnh báo sớm đã được đưa vào sử dụng. Các hệ thống này có thể thiết lập và quản lý các giá trị ngưỡng cảnh báo của tất cả các thiết bị giám sát thông qua cài đặt ngưỡng cảnh báo, bao gồm các hạng mục giám sát, mã thiết bị, mức độ cảnh báo, ngưỡng cảnh báo, quản lý báo động, v.v.; hỗ trợ cảnh báo sớm đa cấp và nhiều phương thức cảnh báo, nhằm thực hiện quản lý thông tin báo động ở tất cả các cấp, đồng thời cung cấp cơ sở dữ liệu cho việc tối ưu hóa các giá trị ngưỡng báo động của các tham số giám sát khác nhau.

2.2.1 Công nghệ tích hợp mô-đun

Tích hợp mô-đun có nghĩa là dần dần thêm các mô-đun thiết kế độc lập theo một số quy tắc kết nối để hình thành một hệ thống hoặc quy trình phức tạp hơn. Việc thiết lập hệ thống giám sát an toàn đập thường sử dụng công nghệ tích hợp mô-đun để nắm bắt thông tin liên quan thông qua thiết kế các nhu cầu đặc biệt, nhằm đánh giá trạng thái an toàn của các công trình thủy lợi và giám sát an toàn của đập. Nó thường bao gồm mô-đun thu thập dữ liệu, mô-đun lưu trữ dữ liệu và mô-đun phân tích dữ liệu.

Công nghệ tích hợp mô-đun có thể thích ứng tốt với cấu trúc tương tác của mỗi mô-đun trong hệ thống giám sát an toàn đập, cũng như hành vi tương tác giữa hệ thống và người dùng. Ví dụ, tại Nga, để nâng cao mức độ giám sát nhằm đảm bảo an toàn cho các công trình thủy lợi, một hệ thống đã được phát triển. Phần mềm của hệ thống phần cứng và phần mềm (HSS) được phát triển dựa trên các phương pháp lập trình. Trong khuôn khổ của mô-đun tính toán bao gồm trong HSS, các mô hình phần tử hữu hạn không gian được phát triển. HSS là một vỏ mô-đun bao gồm ba thành phần trong chế độ hoạt động cơ bản: hệ thống thông tin và chẩn đoán tích hợp (IDS), mô-đun tính toán (CM) và mô-đun chuyên gia (EM). IDS thực hiện các chức năng sau: thu thập và xử lý dữ liệu giám sát, trình bày dữ liệu cho người dùng, chuyển các chỉ số và yếu tố được kiểm soát sang mô-đun chuyên gia. Mô-đun tính toán bao gồm các mô hình toán học không gian thống nhất và cục bộ. Mô-đun chuyên gia là một đơn vị đánh giá trạng thái của HF dựa trên việc so sánh dữ liệu thực tế nhận được từ IDS và kết quả thu được theo các kịch bản tính toán sử dụng các mô hình toán học. Đồng thời, mô-đun chuyên gia có thể được tích hợp hoàn toàn vào mô-đun tính toán để tối ưu hóa mã nguồn và tăng tốc quá trình đánh giá trạng thái HF.

Hình 2-2 minh họa cấu trúc mô-đun của một hệ thống tích hợp

Hình 2-2 minh họa cấu trúc mô-đun của một hệ thống phần cứng và phần mềm, cùng với sơ đồ triển khai quy trình. Hệ thống này bao gồm ba thành phần chính:

1. Hệ thống thông tin và chẩn đoán tích hợp (IDS): Chịu trách nhiệm thu thập và xử lý dữ liệu giám sát, hiển thị thông tin cho người dùng và chuyển các chỉ số cần kiểm soát sang mô-đun chuyên gia.

2. Mô-đun tính toán (CM): Bao gồm các mô hình toán học không gian thống nhất và cục bộ, thực hiện các phép tính cần thiết dựa trên dữ liệu thu thập được.

3. Mô-đun chuyên gia (EM): Đánh giá trạng thái của hệ thống bằng cách so sánh dữ liệu thực tế từ IDS với kết quả thu được từ mô-đun tính toán, từ đó đưa ra các khuyến nghị hoặc cảnh báo cần thiết.

Cấu trúc mô-đun này cho phép hệ thống hoạt động hiệu quả và linh hoạt, với khả năng cập nhật hoặc thay thế từng mô-đun mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Điều này giúp nâng cao độ tin cậy và hiệu suất của hệ thống giám sát an toàn đập.

 

2.2.2 Công nghệ nền tảng đám mây

Nền tảng đám mây dựa trên mô hình SaaS (Phần mềm như một dịch vụ) áp dụng kiến trúc điện toán đám mây, với các đặc điểm như ảo hóa, độ tin cậy cao, tính phổ quát mạnh mẽ, khả năng mở rộng tốt và dịch vụ theo yêu cầu. Nền tảng này tương thích với nhiều tiêu chuẩn công nghiệp và phần mềm sử dụng giao thức giao diện chuẩn có thể dễ dàng kết nối với các nền tảng khác.

Công nghệ nền tảng đám mây, có thể được áp dụng trong các dự án đập để giám sát an toàn cho nhiều đập chứa nước, giúp giảm đáng kể chi phí giám sát đập, vận hành, bảo trì và quản lý, hỗ trợ người dùng quản lý hiệu quả hơn dữ liệu kỹ thuật và làm cho việc giám sát đập trở nên hiệu quả, thuận tiện và đáng tin cậy hơn. Một số chức năng dựa trên nền tảng đám mây, như quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và hiển thị dữ liệu, tích hợp tài nguyên dữ liệu của các dự án đập khác nhau, cho phép người dùng tận dụng tối đa giá trị thông tin của dữ liệu giám sát.

2.2.3 Công nghệ ứng dụng di động

Với việc cập nhật liên tục các thiết bị đầu cuối di động, bao gồm điện thoại thông minh và máy tính bảng, những ưu điểm như tỷ lệ sử dụng cao, dễ mang theo và không bị ràng buộc về thời gian và không gian đã được tận dụng trong quản lý thông tin. Việc tích hợp các ứng dụng di động trên nền tảng Android và iOS vào hệ thống giám sát an toàn đập cho phép giám sát trực tuyến theo thời gian thực trên thiết bị di động, thu thập dữ liệu, truy vấn thông tin phân loại và kiểm tra tuần tra di động.

Là một phương thức quản lý thông tin mới cho an toàn đập, việc ứng dụng thiết bị đầu cuối di động có thể khắc phục nhược điểm về ràng buộc thời gian và không gian của thiết bị đầu cuối quản lý, đáp ứng nhu cầu của người dùng về thông tin giám sát theo thời gian thực; việc sắp xếp riêng biệt giữa ứng dụng phía trước và dữ liệu máy chủ phía sau có thể đảm bảo quản lý hiệu quả và an toàn dữ liệu kinh doanh, tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên thông tin. Ngoài ra, việc tích hợp thiết bị đầu cuối di động, thiết bị đầu cuối PC và ứng dụng web giúp hiện thực hóa nhiều thiết bị đầu cuối cho mỗi hồ chứa và ứng dụng đa dạng, tăng cường khả năng phục vụ của hệ thống giám sát an toàn đập.

2.3 Ứng dụng hệ thống

2.3.1 Ứng dụng quản lý an toàn vòng đời toàn diện của nhóm đập hồ chứa

Quản lý an toàn trong lĩnh vực tài nguyên nước và thủy điện trong giai đoạn xây dựng và vận hành có sự khác biệt về môi trường làm việc, trọng tâm và phương pháp. Do đó, việc thiết lập một hệ thống kiểm soát chất lượng và an toàn toàn diện kết hợp thu thập thông tin, truyền tải, xử lý, lưu trữ và ứng dụng có thể cải thiện khả năng cảnh báo sớm, ra quyết định và lãnh đạo của bộ phận quản lý xây dựng.

Quản lý toàn diện vòng đời áp dụng cho giám sát toàn cảnh nhóm đập hồ chứa, quản lý an toàn thủy lực, quản lý an toàn khu vực hồ chứa, đo lường và báo cáo chế độ nước, bảo vệ đất và nước, thảm họa địa chất, thiết bị kết cấu kim loại, v.v. Bằng cách sử dụng các công nghệ tiên tiến như Điện toán Đám mây, Dữ liệu Lớn và Internet Vạn Vật, quản lý toàn diện vòng đời có thể được thực hiện để tích hợp và phân tích thông tin liên quan đến chất lượng và an toàn trong suốt vòng đời của một dự án, và hiện thực hóa kiểm soát quá trình chất lượng xây dựng dự án, đánh giá trạng thái an toàn của dự án và quản lý vận hành lâu dài, từ đó đảm bảo vận hành an toàn của dự án.

2.3.2 Ứng dụng giám sát biến dạng sườn dốc hồ chứa

Các sườn dốc không ổn định và lở đất có thể ảnh hưởng đến an toàn của đập và các công trình phụ trợ của nó, tuy nhiên, nguyên nhân kích hoạt sự mất ổn định có thể liên quan đến dao động của mực nước hồ chứa (tích nước hoặc xả nhanh), sự kiện địa chấn hoặc biến đổi khí hậu. Giám sát biến dạng sườn dốc hồ chứa là một đánh giá động về sự ổn định và trạng thái sức khỏe của sườn bằng cách giám sát các tham số cơ học hoặc hình học của bề mặt và cơ thể bên trong sườn, nhằm dự đoán xu hướng phát triển và cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc vận hành ổn định của khu vực hồ chứa và đập.

Việc giám sát biến dạng sườn dốc hồ chứa thường bao gồm giám sát lún, giám sát dịch chuyển, giám sát nghiêng, giám sát nứt, giám sát thấm, v.v., nội dung giám sát cơ bản nhất trong số đó là giám sát dịch chuyển và lún bề mặt. Sự phát triển trong công nghệ nano đã dẫn đến sự phát triển của các cảm biến bề mặt và dưới bề mặt nhỏ hơn, rẻ hơn, đáng tin cậy hơn và chức năng hơn (chẳng hạn như, cảm biến áp lực hoặc cảm biến dây rung, nghiêng kế tại chỗ, máy đo mưa, máy đo chảy/nứt) mà, cùng với việc thu thập và truyền tải dữ liệu không dây, đã cải thiện đáng kể tính kịp thời và độ tin cậy của giám sát trực tuyến sườn đập. Công nghệ vệ tinh và viễn thám cung cấp khả năng nhận diện lở đất và khối không ổn định. Trong số đó, công nghệ viễn thám đất (chẳng hạn như, quét laser, LiDAR, v.v.) có thể quan sát các khu vực cụ thể và có đặc điểm là tần suất thu thập cao và cấu hình linh hoạt. Công nghệ viễn thám vệ tinh và trên không đã mở rộng phạm vi giám sát, mang lại khả năng nhận diện sự mất ổn định sườn dốc hồ chứa, với việc tăng cường độ phân giải thời gian và không gian, chúng sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong giám sát lở đất, đánh giá mối nguy hiểm và đánh giá rủi ro.

Ngoài ra, việc cập nhật các công nghệ mới, bổ sung cho các phương pháp truyền thống như quan sát thủ công và xác minh, chúng ta có thể thực hiện kiểm tra tuần tra, giám sát theo dõi, dự đoán và cảnh báo sớm về sườn đập, từ đó tránh được thảm họa, giảm thiểu tổn thất tai nạn, kiểm tra thiết kế kỹ thuật, đảm bảo an toàn kỹ thuật và cung cấp giám sát trực tuyến cho khu vực hồ chứa và đập.

2.3.3 Ứng dụng mô hình số trong đập

Ứng dụng mô hình số trong đập là một ứng dụng công nghệ đổi mới kết hợp các ưu điểm của mô hình số và công nghệ hình ảnh hóa, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho giám sát và quản lý trực tuyến của đập. Dựa trên nguyên lý của mô hình số, nó có thể ánh xạ các dữ liệu như trạng thái làm việc, yếu tố môi trường và trạng thái thiết bị của một đập vào mô hình số, bằng cách thiết lập một mô hình số của đập.

Với sự trợ giúp của các cảm biến khác nhau, thông qua việc thu thập, làm sạch và lọc dữ liệu theo thời gian thực, mô hình số của đập có thể kết nối liền mạch thế giới vật lý với thế giới số, hiện thực hóa sự tương tác giữa thế giới thực và thế giới ảo thông qua công nghệ đồ họa 3D và công nghệ hình ảnh hóa dữ liệu, giúp người dùng hiểu dữ liệu của đập một cách trực quan hơn, và đồng thời, dựa trên khả năng xử lý và phân tích dữ liệu mạnh mẽ, cung cấp thông tin đập theo thời gian thực toàn diện và đa chiều cho tham khảo của các nhà ra quyết định, nhằm nhận diện các rủi ro tiềm ẩn trước và thực hiện các biện pháp cải thiện tương ứng.

2.3.4 Phân tích dữ liệu và đánh giá an toàn

Phân tích dữ liệu giám sát an toàn đập và đánh giá an toàn chủ yếu liên quan đến nghiên cứu dựa trên dữ liệu giám sát về điều kiện vận hành, quy tắc vận hành, xu hướng thay đổi của các bất thường của đập. Phân tích dữ liệu giám sát chủ yếu bao gồm kiểm tra thống kê, quản lý dư thừa, quản lý mất mát và lỗi, v.v.

[Quản lý dư thừa đảm bảo rằng nhiều nguồn dữ liệu hoặc hệ thống có sẵn để xác minh và kiểm tra chéo thông tin, nâng cao độ tin cậy của dữ liệu. Trong giám sát quá trình, việc đạt được sự dư thừa có thể thông qua việc sử dụng nhiều cảm biến đo cùng một tham số, cho phép xác nhận chéo và phát hiện lỗi].

Các phương pháp thường được sử dụng để kiểm tra thống kê dữ liệu giám sát bao gồm phương pháp phân tích thống kê, phương pháp phân tích dựa trên mạng nơ-ron nhân tạo, phương pháp phân tích dựa trên phần tử hữu hạn, phương pháp phân tích dựa trên lý thuyết xám và phương pháp phân tích dựa trên lọc Kalman. Đối với quản lý dữ liệu dư thừa, trong giai đoạn đầu xây dựng hệ thống, dữ liệu dư thừa có thể được kiểm tra và phân tích bằng cách thiết lập các đặc tính dư thừa của dữ liệu và kết hợp với các phương pháp phân tích liên quan, từ đó làm sạch dữ liệu và cải thiện chất lượng dữ liệu. Đối với quản lý mất mát và lỗi dữ liệu, bắt đầu từ nguồn dữ liệu, có thể thực hiện làm sạch và xử lý dữ liệu sơ bộ trong quá trình thu thập. Trong quá trình truyền tải dữ liệu, có thể chú ý đến các vấn đề như giao diện dữ liệu, cấu hình tham số và dao động mạng. Việc tránh mất mát và lỗi dữ liệu cũng có thể được giải quyết bằng cách thiết lập các quy tắc cho làm sạch, chuyển đổi và lưu trữ dữ liệu.

Về phân tích dữ liệu giám sát và phát triển công nghệ đánh giá an toàn, người ta đã nghiên cứu dữ liệu giám sát mẫu vòng đời toàn diện dựa trên đối tượng, tích hợp tài nguyên thông tin của thư viện mô hình, thư viện thời gian thực, thư viện lịch sử và thư viện phương pháp, sử dụng kiến

 

3. ỨNG DỤNG TRONG VẬN HÀNH TỔNG HỢP CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ HỒ CHỨA

3.1 Giám sát trạng thái theo thời gian thực

 

Trong quá trình vận hành đập, các biến đổi thường diễn ra chậm và tinh tế. Công nghệ giám sát trực tuyến giúp hiểu rõ mối quan hệ giữa điều kiện làm việc thực tế của đập và các yếu tố tác động môi trường, cũng như nhận biết phạm vi dao động và quy luật thay đổi của các biến quan sát. Khi phát hiện bất thường, có thể kịp thời áp dụng biện pháp khắc phục để ngăn chặn sự chuyển biến từ mức độ định lượng sang mức độ định tính, tránh xảy ra tai nạn nghiêm trọng. Trong các tình huống đặc biệt như lũ lụt và động đất, công nghệ giám sát trực tuyến có thể được sử dụng để đánh giá kịp thời trạng thái an toàn của đập.

3.2 Cung cấp dữ liệu cơ bản

Dữ liệu cơ bản là không thể thiếu cho việc phát triển công nghệ giám sát an toàn đập trực tuyến. Việc cung cấp dữ liệu cơ bản cho phép thực hiện nghiên cứu lý thuyết và thử nghiệm mô hình. Ngoài ra, trong thiết kế kỹ thuật đập, việc phân tích và đánh giá trạng thái tương lai của đập không thể hoàn toàn phù hợp với điều kiện thực tế của công trình. Việc thu thập dữ liệu cơ bản có thể xác nhận tính đúng đắn của kết quả thiết kế và đánh giá độ lệch giữa thiết kế và điều kiện thực tế, từ đó cải thiện hiểu biết và hoàn thiện các lý thuyết liên quan. Phân tích dữ liệu cơ bản giúp tiết lộ thông tin thực tế, hiểu rõ tác động của các yếu tố chính và phụ đến trạng thái đập, cũng như quá trình thay đổi và xu hướng phát triển của đập.

3.3 Đánh giá hiệu suất tổng thể

Lượng lớn dữ liệu thu được từ giám sát an toàn đập trực tuyến cung cấp cơ sở cho việc đánh giá hiệu suất tổng thể. Nhiều thực tiễn kỹ thuật đã chứng minh rằng dữ liệu cơ bản của đập chứa nhiều thông tin về điều kiện kết cấu của thân đập. Đánh giá hiệu suất tổng thể giúp xác định chính xác và hiệu quả các yếu tố không chắc chắn liên quan đến an toàn đập, và thực hiện đánh giá hiệu suất cụ thể của các yếu tố chẩn đoán như phòng chống lũ, thấm và kết cấu. Sự phát triển của các công nghệ mới cho phép thực hiện đánh giá hiệu suất tổng thể của đập. Các phương pháp và mô hình đánh giá khác nhau có thể thực hiện đánh giá toàn diện khoa học về sức khỏe của đập. Đồng thời, đánh giá hiệu suất tổng thể có thể mang lại lợi ích kinh tế cho công trình thủy lợi trong khi đảm bảo vận hành ổn định liên tục của đập.

3.4 Hỗ trợ ra quyết định

Việc triển khai công nghệ giám sát trực tuyến cho an toàn đập và huy động các nguồn thông tin và hệ thống phân tích có thể hỗ trợ các nhà ra quyết định phát hiện vấn đề và hình thành mục tiêu ra quyết định, từ đó nâng cao trình độ và chất lượng ra quyết định.

4. TRIỂN VỌNG

Giám sát an toàn đập trực tuyến bao gồm thu thập, quản lý, xử lý và đánh giá trực tuyến dữ liệu giám sát. Hiện nay, các thiết bị giám sát an toàn đập truyền thống tương đối chín muồi và hệ thống thu thập dữ liệu phân tán được áp dụng rộng rãi, đã cung cấp đảm bảo kỹ thuật chính xác và đáng tin cậy cho việc thu thập dữ liệu giám sát an toàn đập. Về việc thu thập dữ liệu trực tuyến, việc phát triển các thiết bị giám sát mới và cảm biến thông minh sẽ là xu hướng quan trọng trong tương lai. Ví dụ, việc ứng dụng các công nghệ như cảm biến dịch chuyển dọc sợi quang có thể hiện thực hóa giám sát trực tuyến dịch chuyển dọc bề mặt và bên trong thân đập; các cảm biến thông minh có đầu ra kỹ thuật số, tương tác người-máy và truyền tải không dây sẽ được phát triển để cải thiện độ tin cậy của hệ thống. Công nghệ trí tuệ nhân tạo sẽ cung cấp cho các thiết bị giám sát an toàn đập các chức năng tự chẩn đoán, tự hiệu chuẩn, tự nhận dạng, tự học và tự xuất.

Về quản lý, xử lý và đánh giá trực tuyến dữ liệu giám sát an toàn đập, hiện đã có phần mềm quản lý dữ liệu tương đối chín muồi, đã thực hiện sơ bộ việc đánh giá và cảnh báo sớm dữ liệu giám sát theo thời gian thực. Quản lý dữ liệu tập trung và phát triển một nền tảng phân tích dữ liệu khoa học sẽ là một hướng phát triển khác. Dữ liệu lớn, điện toán đám mây, Internet Vạn Vật, Mô hình số và các công nghệ khác sẽ được sử dụng đầy đủ để hiện thực hóa quản lý tập trung của nhóm đập trong một lưu vực và thậm chí là dữ liệu giám sát an toàn đập trên toàn quốc. Đồng thời, một nền tảng quản lý dữ liệu với các chức năng như đánh giá chính xác, phản hồi kịp thời và hiển thị thông tin toàn cảnh theo thời gian thực sẽ được phát triển để chia sẻ dữ liệu với các hệ thống khác trong nhà máy thủy điện. Nền tảng này sẽ thúc đẩy tích hợp các hệ thống chức năng, tối ưu hóa vận hành chung và cải thiện lợi ích kinh tế và sinh thái của đập trên cơ sở đảm bảo an toàn đập.

[xem tiếp Bài 4- Công nghệ giám sát trực tuyến động đất khu vực hồ chứa].