水电站边坡地基雷达监测中断后的监测数据自动化无缝接续方法与流程

本发明涉及水电站高边坡监测，尤其涉及一种水电站边坡地基雷达监测中断后的监测数据自动化无缝接续方法。

背景技术：

1、水电站高边坡的稳定性直接关系到水电站设备设施安全、工作人员及下游居民生命财产安全，地基雷达作为水电站高边坡表面变形全覆盖实时监测的核心设备，能够获取边坡表面位移、危石状态等关键数据，为边坡整体失稳预测、危石坠落预警提供重要数据支撑，是水电站高边坡地质灾害防控的核心技术手段。

2、水电站高边坡多处于高陡、复杂的野外环境，地基雷达在监测过程中，极易因供电线路故障、极端降雨/大风天气、设备临时宕机等因素引发监测中断，导致监测数据出现时间和空间上的断层。目前针对地基雷达监测中断后的数椐接续，主要采用人工介入式处理方法，即雷达复电后，由运维人员手动匹配中断前后的雷达图像特征点、人工补全中断期间的变形数据、手动校准数据时空偏差后拼接至监测数据库，该方法存在诸多技术缺陷：

3、1.人工接续效率极低，从雷达复电到完成数据接续需耗费数小时甚至数天，无法满足水电站高边坡雷达实时监测、及时预警的核心需求，易因数据断层导致地质灾害预警延误；

4、2.人工匹配特征点、计算补偿值存在主观误差，且无统一的量化计算标准，无法精准结合中断期间的环境变化进行变形量修正，接续后数据的准确性差，易导致边坡变形趋势分析、失稳预测出现误判；

5、3.现有方法未针对水电站高边坡强降雨这一重点特殊工况设计专属补偿策略，强降雨期间边坡岩土体因渗流作用会产生额外变形，人工简单插值无法反映真实变形情况，接续数据偏差显著；

6、4.人工接续后的数椐需手动格式转换后才能录入现有雷达监测数据库和3d可视化平台，无法实现数据的无缝对接，增加了运维工作量，且易因格式转换引入新的误差；

7、5.人工接续缺乏统一的精度验证量化方法和判定标准，接续后数据的有效性无法得到精准量化判定，为后续的边坡地质灾害防控埋下安全隐患。

8、综上，现有技术中缺乏一种具备标准化量化计算体系、能够实现水电站高边坡地基雷达监测中断后全流程自动化、高精度、无缝衔接的数椐接续方法，无法保障监测数据的连续性、准确性和时效性，亟待提出一种适配水电站高边坡实际监测工况的自动化数据接续技术方案。 技术实现要素：

9、本发明提供了一种水电站边坡地基雷达监测中断后的监测数据自动化无缝接续方法，以解决现有水电站高边坡地基雷达监测中断后数据接续依赖人工、效率低、误差大、无统一量化计算标准、无法适配强降雨特殊工况等技术问题。

10、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

11、一种水电站边坡地基雷达监测中断后的监测数据自动化无缝接续方法，包括以下步骤：

12、s1：当检测到水电站边坡地基雷达监测中断时，自动提取并保存中断前最后一帧有效雷达监测数据的核心特征和中断相关信息；

13、s2：当水电站边坡地基雷达复电并通过自检后，自动触发接续流程启动指令，通过空间坐标配准误差的量化计算方法完成数据空间校准，同时通过时间轴补全的量化计算方式补全监测中断期间的时间轴空白；

14、s3：获取监测中断期间的环境监测数据，并基于环境监测数据进行工况识别；在常规工况下，通过常规工况理论变形量的量化计算方式计算各特征点中断期间的理论变形量；在强降雨工况下，在常规工况理论变形量基础上增加与降雨强度、降雨时长相关的加权系数，修正强降雨工况下各特征点中断期间的理论变形量；完成中断期间雷达监测数据偏差补偿；

15、s4：提取中断前的各特征点的变形趋势曲线、中断期间的理论变形量和复电后校准的变形量实测数据，对这三类数据进行融合拟合，生成各特征点的连续无断层的边坡表面变形趋势曲线。

16、进一步地，步骤s1中，采用断电感知自动化模块进行监测中断检测，所述断电感知自动化模块与水电站边坡地基雷达的供电模块、数据采集卡进行硬线连接，实时采集供电电压/电流和数据采集链路的数据包传输速率；当供电电压/电流小于预设阈值或数据包传输速率为0，且持续时间大于时间阈值，则判定为监测中断。

17、进一步地，步骤s1中，所述核心特征包括强反射特征点的三维坐标、径向位移速率、预设时段内变形趋势拟合参数，以及时间戳和雷达运行参数；所述中断相关信息包括中断触发类型和中断起始时间。

18、进一步地，步骤s2中，数据空间校准过程包括：

19、调用数字图像相关法算法，将中断前最后一帧雷达监测图像中强反射特征点坐标作为基准模板，在复电后第一帧雷达监测图像中进行特征点匹配，得到匹配点坐标；通过空间坐标配准误差的量化计算方式量化校准误差，通过坐标修正算法将校准误差控制在预设阈值以下，完成数据空间校准；

20、通过时间轴补全的量化计算方式补全监测中断期间的时间轴空白的过程包括：

21、自动同步水电站统一时间基准，通过时间轴补全的量化计算方式补全中断期间的时间轴空白，实现时间维度的无缝对齐，计算方式为：

22、

23、式中，为中断期间补全的时间节点；为雷达常规监测时间间隔；为补全的时间节点数量；为中断起始时间，为复电后第一帧有效雷达监测数据的时间。

24、进一步地，步骤s3中，环境监测数据包括降雨强度、降雨时长、风速、地下水位埋深，通过降雨强度判定是否为强降雨工况；

25、在常规工况下，调用预设的“环境因子-变形偏差”基础模型，通过常规工况理论变形量的量化计算方式计算边坡各特征点的理论变形量，计算方式为：

26、

27、式中，为第个特征点常规工况下的理论变形量；、为环境因子权重系数；为边坡岩土体固有变形系数；为中断期间平均风速；为中断期间地下水位埋深变化量；

28、在强降雨工况下，触发强降雨因子加权补偿子模型，在常规工况理论变形量基础上增加与降雨强度、降雨时长相关的加权系数，修正强降雨工况下各特征点中断期间的理论变形量；强降雨工况下各特征点中断期间的理论变形量计算方式为：

29、

30、

31、式中，为第个特征点强降雨工况下的修正后理论变形量；为降雨强度加权系数；为降雨时长加权系数；为小时降雨强度；为累计降雨时长。

32、进一步地，步骤s4具体包括：

33、提取中断前的各特征点的变形趋势曲线、中断期间的理论变形量和复电后校准的变形量实测数据；

34、通过异常值判定的量化计算方式自动识别复电后校准的变形量实测数据中的无效数据，对无效数据进行剔除，用相邻有效数据的线性插值替代；

35、调用arima-lstm融合拟合的量化计算方式，将中断前的各特征点的变形趋势曲线、中断期间的理论变形量和复电后校准的变形量实测数据进行融合拟合，生成各特征点的连续无断层的边坡表面变形趋势曲线，拟合过程中设置约束条件：拟合曲线的斜率变化率不超于预设阈值；各特征点的连续无断层的边坡表面变形趋势曲线融合拟合过程表示如下：

36、

37、式中：为第个特征点时刻的融合拟合变形量；中断前第个特征点时刻的变形量；为中断期间第个特征点时刻的理论变形量；为复电后第个特征点时刻的变形量；为长短期记忆网络拟合函数，实现中断前与中断期间数据的非线性拟合；为自回归积分滑动平均模型拟合函数，实现中断期间与复电后数据的时间序列拟合。

38、进一步地，步骤s4中还包括：对各特征点的连续无断层的边坡表面变形趋势曲线进行分段标记，分段时，以中断起始时间和复电后第一帧有效雷达监测数据的时间为分割点。

39、进一步地，方法还包括：

40、s5：调取水电站边坡高精度三维地形高程图，将接续后的完整雷达监测数据按空间坐标投影至水电站边坡高精度三维地形高程图中，并进行空间匹配精度验证，验证通过时，自动将接续后的完整雷达监测数据按现有雷达监测数据库的标准格式写入数据库并更新数据索引，同时自动同步至3d可视化平台和变形趋势分析系统；验证未通过时，自动标记异常数据并推送至运维端提醒，且不中断整体接续流程，保障数据接续的时效性。

41、进一步地，方法还包括：

42、s6：当中断时长超标时，自动向运维端推送断电告警及接续进度信息；当连续空间匹配精度验证失败时，自动触发向运维端推送人工介入告警。

43、进一步地，步骤s6具体包括：

44、中断时长超标预警：根据水电站高边坡地质风险等级定义对应中断时长阈值，通过中断时长的量化判定方式识别超标情况，超标时自动向运维端推送断电告警及接续进度信息；

45、接续验证连续失败预警：当空间匹配精度验证连续失败预设次数时，自动触发向运维端推送人工介入告警，提示运维人员现场检查雷达设备、特征点状态。

46、本发明提出了一种水电站边坡地基雷达监测中断后的监测数据自动化无缝接续方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：

47、1.融入标准化量化计算体系，实现技术方案精准可落地：突破现有人工接续无统一计算标准的缺陷，在时空校准、偏差补偿、异常值判定、精度验证等核心环节融入量化计算方法，让数据接续全流程可量化、可复现，大幅提升技术方案的严谨性和工程落地性；

48、2.实现全流程自动化，大幅提升数据接续效率：突破传统人工介入的接续模式，从断点识别到数据入库的全流程均由系统自动化完成，响应时间以毫秒级计，雷达复电后数分钟内即可完成数据接续，完全满足水电站高边坡雷达实时监测、及时预警的核心需求，彻底解决预警延误问题；

49、3.提升数据接续精度，适配水电站特殊工况：通过dic算法结合空间配准误差量化计算实现特征点精准匹配，时间轴与水电站统一基准同步，从时空维度保障数据精准性；同时针对水电站高边坡强降雨这一重点工况设计加权补偿量化方式，修正渗流引发的额外变形，解决了现有方法无场景化量化补偿的技术缺陷，大幅提升特殊场景下的接续精度；

50、4.保障监测数据连续性，消除数据断层：结合异常值判定方法自动剔除无效数据，通过arima-lstm融合拟合的量化方式实现变形趋势的平滑拟合，生成连续无断层的变形趋势曲线，完整还原边坡变形过程，为边坡整体失稳预测、危石坠落预警提供连续、真实的数据源，避免因数据断层导致的预测误判；

51、5.无缝对接现有监测系统，降低工程改造成本：本发明基于水电站高边坡现有监测设备和系统实现，无需额外改造硬件、增设监测节点，仅通过软件算法升级即可落地；接续后数据可自动按现有数据库格式入库并同步至3d可视化平台，无需人工格式转换，大幅降低运维工作量，工程实用性强；

52、6.设置兜底预警机制，提升系统可靠性：通过中断时长的量化判定方式识别异常场景，针对中断时长超标、接续验证失败等情况设计自动化预警规则，在全自动化基础上保留人工介入通道，兼顾自动化效率和极端场景下的可靠性，形成“自动化为主、人工为辅”的双重保障；

53、7.适配性广，应用场景全覆盖：本发明适用于水电站高边坡单/多地基雷达监测场景，同时兼容施工期临时监测和运行期长期监测，可满足水电站高边坡全生命周期的雷达监测数据接续需求，推广应用价值高。

技术实现思路