一种大坝全生命周期多源感知安全分析预警方法及系统与流程

本发明涉及安全监测与智能预警，尤其涉及一种大坝全生命周期多源感知安全分析预警方法及系统。

背景技术：

1、随着水利工程安全监测和智能大坝建设的发展，大坝安全管理逐渐由单一人工巡检、单点传感采集向多源感知、自动分析、风险预警和应急联动方向发展；在大坝建设期、首次蓄水期、初蓄期以及长期运行期内，通常需要布设变形计、渗压计、应力计、水位计、温度计、雨量计以及视频监测设备等多类感知装置，用于采集坝体变形、坝基渗流、结构应力、水位变化、温度变化和降雨影响等监测数据；由于建设期和运行期的大坝安全关注重点不同，建设期多采用临时感知测点辅助施工过程监控，运行期则以永久监测测点作为长期安全评价依据，因此不同阶段的测点编号、布设位置、采样频率、监测口径、评价基准和数据格式往往存在差异。

2、现有的大坝安全监测系统通常侧重于多源数据接入、监测数据展示、单项阈值报警或者基于运行期永久测点的安全评价，虽然能够在一定程度上实现监测数据汇集和异常预警，但在建设期临时感知测点向运行期永久监测测点切换时，缺少针对同一坝段、同一结构安全控制对象的测点语义接续和风险状态传递机制；建设期已经形成的累计变形、渗流残余响应或者应力残余响应，容易因运行期永久监测测点重新设定评价基准而被弱化、遗漏或者重新解释为正常初始状态，导致同一坝段安全状态在全生命周期评价过程中出现阶段基准重置型风险记忆断层，进而造成运行期安全分析结果失真、风险等级低估和分级预警滞后。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的建设期临时感知测点与运行期永久监测测点之间缺乏测点语义接续和风险状态传递机制，导致同一坝段建设期阶段遗留响应在运行期评价基准重置过程中被弱化或者遗漏，造成安全分析结果失真和分级预警滞后的缺点，而提出的一种大坝全生命周期多源感知安全分析预警方法及系统。

2、为了解决现有技术存在的问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种大坝全生命周期多源感知安全分析预警方法，包括：

4、s1、获取大坝建设期临时感知测点和运行期永久监测测点的测点信息及监测数据，按照坝段、结构部位、监测物理量和安全控制对象构建同坝段全生命周期测点语义单元，并生成标准化测点序列；

5、s2、在所述同坝段全生命周期测点语义单元内，根据所述标准化测点序列确定临时测点序列和永久测点序列，并形成临时—永久测点接续组；

6、s3、对所述临时—永久测点接续组中的临时测点序列进行有效性筛选，并基于对应监测物理量的响应模型提取阶段遗留响应；

7、s4、判断永久测点序列的运行期评价起点是否包含所述阶段遗留响应，并根据判断结果确定同坝段风险记忆量；

8、s5、将所述同坝段风险记忆量引入所述永久测点序列，构建带风险记忆的运行期安全评价序列；

9、s6、根据所述带风险记忆的运行期安全评价序列生成分级预警结果。

10、优选地，所述测点信息包括测点编号、所属坝段、结构部位、埋设位置、高程、测量方向、监测物理量、传感器类型、采样时刻、安装阶段和启停状态；所述监测数据包括变形数据、渗流数据、应力数据、水位数据、温度数据、降雨数据以及施工阶段或者蓄水阶段的工程状态数据。

11、优选地，生成标准化测点序列，包括：

12、对所述建设期临时感知测点和运行期永久监测测点的监测数据进行协议转换、时间排序和物理量统一，得到与同坝段全生命周期测点语义单元对应的标准化测点序列；

13、所述标准化测点序列包括监测测值、测点阶段标识、采样时刻、水位、温度、降雨和施工阶段或者蓄水阶段状态。

14、优选地，形成临时—永久测点接续组，包括：

15、在同坝段全生命周期测点语义单元内，根据标准化测点序列中的测点阶段标识，将建设期临时感知测点对应的数据确定为临时测点序列，将运行期永久监测测点对应的数据确定为永久测点序列；

16、在临时感知测点与永久监测测点属于同一坝段或者同一结构安全控制区域、监测物理量相同或者根据测点信息中的结构部位、埋设位置、高程和测量方向能够换算为同一安全评价量、埋设位置或者测量方向具有对应关系、临时感知测点的停测时刻与永久监测测点的启用基准时刻具有先后接续关系或者二者存在重叠观测时段的情况下，形成临时—永久测点接续组。

17、优选地，对所述临时—永久测点接续组中的临时测点序列进行有效性筛选，并基于对应监测物理量的响应模型提取阶段遗留响应，包括：

18、从所述临时测点序列中剔除由设备断线、恒值卡死、超量程、重复上传或者时间戳错误造成的无效测值，得到有效临时测点序列；

19、对变形类监测物理量，采用水压—温度—时效统计模型对有效临时测点序列进行分解，得到随时间积累的不可逆响应；

20、对渗流类监测物理量，以水位、降雨和时效作为解释变量建立渗流响应模型，得到不能由水位、降雨和时效正常变化解释的渗流残余响应；

21、对应力类监测物理量，以由水位、温度和施工阶段或者蓄水阶段状态表征的荷载作用作为解释变量建立应力响应模型，得到不能由所述荷载作用正常变化解释的应力残余响应；

22、将所述不可逆响应、渗流残余响应或者应力残余响应确定为阶段遗留响应。

23、优选地，根据判断结果确定同坝段风险记忆量，包括：

24、获取临时—永久测点接续组中的永久监测测点启用基准时刻，并提取永久测点序列在所述启用基准时刻对应的基准测值；

25、当永久测点序列的运行期评价起点已包含所述阶段遗留响应时，将同坝段风险记忆量确定为不改变永久测点序列的零修正量；

26、当永久测点序列的运行期评价起点未包含所述阶段遗留响应时，根据所述阶段遗留响应生成同坝段风险记忆量。

27、优选地，根据所述阶段遗留响应生成同坝段风险记忆量，包括：

28、当临时测点序列与永久测点序列存在重叠观测时，根据重叠观测期内二者之间的测值差异关系，对阶段遗留响应进行接续校正，得到同坝段风险记忆量；

29、当临时测点序列与永久测点序列不存在重叠观测时，根据临时感知测点与永久监测测点的埋设位置、高程、测量方向以及有效临时测点序列中同一监测物理量的历史变化趋势，对阶段遗留响应进行接续校正，得到同坝段风险记忆量。

30、优选地，构建带风险记忆的运行期安全评价序列，包括：

31、以永久监测测点启用基准时刻的基准测值作为运行期永久测点序列的起算测值，确定永久测点序列相对于所述起算测值的运行期变化量；

32、将所述同坝段风险记忆量与所述运行期变化量叠加，得到带风险记忆的运行期安全评价序列；

33、对变形类监测物理量，将所述带风险记忆的运行期安全评价序列作为变形趋势评价序列；

34、对渗流类监测物理量，将所述带风险记忆的运行期安全评价序列作为渗流稳定评价序列；

35、对应力类监测物理量，将所述带风险记忆的运行期安全评价序列作为应力安全评价序列，并根据坝体结构或者材料允许应力和由所述应力安全评价序列确定的应力评价值计算应力安全系数。

36、优选地，生成分级预警结果，包括：

37、根据所述带风险记忆的运行期安全评价序列计算变形趋势残差、渗流响应残差和应力安全系数；

38、根据由监测物理量对应的安全阈值和预警等级形成的预警规则，判断所述变形趋势残差、渗流响应残差或者应力安全系数是否满足分级预警条件；

39、在满足分级预警条件时，生成分级预警结果；

40、所述分级预警结果包括同坝段全生命周期测点语义单元、监测物理量、当前风险等级、触发风险等级的带风险记忆的运行期安全评价值以及应力类监测物理量对应的应力安全系数。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、本发明通过获取建设期临时感知测点和运行期永久监测测点的测点信息及监测数据，按照坝段、结构部位、监测物理量和安全控制对象构建同坝段全生命周期测点语义单元，并在该语义单元内形成临时—永久测点接续组，使建设期临时测点与运行期永久测点不再仅以设备编号或者数据表形式割裂存储，而是能够围绕同一坝段、同一结构安全控制对象建立连续对应关系；能够解决建设期与运行期测点语义、采样频率、评价口径和基准设置不一致导致的数据链断裂问题，为大坝全生命周期安全状态的连续分析提供统一的数据基础。

43、2、本发明进一步通过对临时测点序列进行有效性筛选，基于变形、渗流和应力对应的响应模型提取阶段遗留响应，并判断运行期永久测点的评价起点是否包含该阶段遗留响应，在未包含时生成同坝段风险记忆量并引入永久测点序列，从而构建带风险记忆的运行期安全评价序列；能够避免运行期永久监测测点启用时因评价基准重置而弱化或者遗漏建设期已经形成的累计变形、渗流残余响应和应力残余响应，使运行期变形趋势评价、渗流稳定评价、应力安全评价及分级预警能够承接建设期遗留安全状态，提高大坝安全分析结果的准确性和预警及时性。