一种水利工程异常形变检测方法及系统与流程

本发明涉及水利工程安全监测，具体为一种水利工程异常形变检测方法及系统、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、在水库大坝、坝肩连接带及岸坡水利工程运行监测场景下，受库水涨落、渗流压力传递和温度变化共同影响，结构表面和内部会产生周期位移和残余形变。该场景需要由水位循环诱发的正常滞回形变中识别真实异常形变，且提前发现坝肩连接带局部扩展趋势。

2、目前，现有技术多将水位、温度、时间、位移变化量作为监测输入，结合统计回归、机器学习或阈值判别建立位移预测模型，后依据单测点位移、变化速率或模型残差超限状态发出异常报警。

3、而现有技术在实际应用中存在明显局限性。一方面，现有模型未区分水位上涨、驻留和下降支路，未确定坝肩不同位置的渗流时滞，导致正常滞回差异易被判为异常残差；另一方面，在前述误判基础上，点式残差判别仍只关注单测点越限，缺少连续性、应变对应和跨支路累积判断，导致未越限的局部剪切扩展不易及早识别。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种水利工程异常形变检测方法及系统、电子设备及存储介质，以至少部分解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种水利工程异常形变检测方法，包括：

4、获取水利工程监测数据且划分形变检测单元，得到形变数据；

5、对所述形变数据进行水位循环划分，得到水位支路数据；

6、对所述水位支路数据和形变数据进行时滞匹配，得到时滞形变数据；

7、根据所述时滞形变数据进行滞回建模，得到形变基准；

8、基于所述形变基准进行支路映射，得到正常形变结果；

9、对所述正常形变结果进行残差分离，得到残余形变；

10、根据所述残余形变进行空间闭合分析，得到可信形变结果；

11、基于所述可信形变结果进行前缘识别，得到形变发展结果；

12、根据所述形变发展结果，对所述形变基准进行受控更新，得到异常检测结果。

13、优选的，对所述形变数据进行水位循环划分，得到水位支路数据，包括：

14、由所述形变数据中提取水位变化信息和运行状态信息，得到循环划分基础数据；

15、根据所述循环划分基础数据进行水位变化趋势识别，得到上涨段、驻留段和下降段；

16、对所述上涨段、驻留段和下降段进行连续性校验，得到水位循环段；

17、对所述水位循环段进行边界修正，得到修正循环段；

18、对所述修正循环段进行支路标记，得到水位支路数据。

19、优选的，对所述水位支路数据和形变数据进行时滞匹配，得到时滞形变数据，包括：

20、由所述水位支路数据中提取水位支路变化过程，且由所述形变数据中提取各形变检测单元的形变响应过程；

21、对所述水位支路变化过程和形变响应过程进行时间平移比对，得到支路响应对应关系；

22、根据所述支路响应对应关系确定各形变检测单元对应的响应滞后量；

23、基于所述响应滞后量，对所述形变数据进行时间对齐和支路标记，得到时滞形变数据。

24、优选的，根据所述时滞形变数据进行滞回建模，得到形变基准，包括：

25、对所述时滞形变数据进行支路分组，得到支路形变样本；

26、根据所述支路形变样本进行同水位形变差异统计，得到滞回关系数据；

27、对所述滞回关系数据进行异常样本剔除，得到基准样本数据；

28、基于所述基准样本数据进行水位形变拟合，得到支路拟合关系；

29、对所述支路拟合关系进行连续性校正，得到形变基准。

30、优选的，基于所述形变基准进行支路映射，得到正常形变结果，包括：

31、由所述形变基准中提取各水位支路匹配的基准形变关系；

32、根据所述水位支路数据确定所述形变数据匹配的支路状态；

33、将所述支路状态和基准形变关系进行匹配，得到支路匹配关系；

34、基于所述支路匹配关系，对所述形变数据进行基准映射，得到各形变检测单元的正常形变值；

35、对所述正常形变值进行单元汇总，得到正常形变结果。

36、优选的，基于所述可信形变结果进行前缘识别，得到形变发展结果，包括：

37、对所述可信形变结果进行相邻单元连续性判定，得到连续形变范围；

38、根据所述连续形变范围进行形变强弱排序，得到形变分布关系；

39、基于所述形变分布关系进行边界单元筛选，得到形变前缘位置；

40、对所述形变前缘位置进行时序变化比对，得到前缘移动方向；

41、根据所述形变前缘位置和前缘移动方向进行发展状态判定，得到形变发展结果。

42、优选的，根据所述形变发展结果，对所述形变基准进行受控更新，得到异常检测结果，包括：

43、根据所述形变发展结果，对所述形变基准进行更新区域划分，得到可更新区域和限制更新区域；

44、对所述可更新区域匹配的形变数据进行稳定性筛选，得到基准更新数据；

45、基于所述基准更新数据，对所述形变基准进行局部更新，得到更新形变基准；

46、对所述限制更新区域匹配的形变基准进行保持处理，得到保持形变基准；

47、根据所述更新形变基准、保持形变基准和形变发展结果进行异常状态输出，得到异常检测结果。

48、优选的，对所述上涨段、驻留段和下降段进行连续性校验，得到水位循环段，包括：

49、对所述上涨段、驻留段和下降段进行时间顺序校验，得到顺序校验结果；

50、根据所述顺序校验结果，对相邻段间的水位端点进行衔接判断，得到端点衔接结果；

51、基于所述端点衔接结果，对相邻段间的水位变化方向进行一致性判断，得到方向校验结果；

52、对所述方向校验结果匹配的上涨段、驻留段和下降段进行循环完整性判断，得到完整循环段；

53、根据所述完整循环段进行连续段整合，得到水位循环段。

54、优选的，基于所述基准样本数据进行水位形变拟合，得到支路拟合关系，包括：

55、由所述基准样本数据中提取水位取值和形变取值，得到拟合输入数据；

56、根据所述拟合输入数据进行支路类别分组，得到分组拟合数据；

57、对所述分组拟合数据进行水位区间排序，得到有序拟合数据；

58、基于所述有序拟合数据进行水位形变关系拟合，得到初始拟合关系；

59、对所述初始拟合关系进行支路差异约束，得到支路拟合关系。

60、第二方面，本发明一种水利工程异常形变检测系统，包括：

61、形变数据获取模块，用于获取水利工程监测数据且划分形变检测单元，得到形变数据；

62、水位支路划分模块，用于对所述形变数据进行水位循环划分，得到水位支路数据；

63、时滞匹配模块，用于对所述水位支路数据和形变数据进行时滞匹配，得到时滞形变数据；

64、滞回建模模块，用于根据所述时滞形变数据进行滞回建模，得到形变基准；

65、支路映射模块，用于基于所述形变基准进行支路映射，得到正常形变结果；

66、残差分离模块，用于对所述正常形变结果进行残差分离，得到残余形变；

67、空间闭合分析模块，用于根据所述残余形变进行空间闭合分析，得到可信形变结果；

68、前缘识别模块，用于基于所述可信形变结果进行前缘识别，得到形变发展结果；

69、受控更新模块，用于根据所述形变发展结果，对所述形变基准进行受控更新，得到异常检测结果。

70、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述第一方面中的方法的步骤。

71、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述第一方面中方法的步骤。

72、本发明具备以下有益效果：

73、1、本发明采用水位支路划分、时滞匹配和滞回建模技术方案，达到正常滞回形变分支表征技术效果，实现正常可恢复形变准确分离，解决正常滞回差异易被判为异常残差的不足。

74、2、本发明采用残余形变空间闭合和前缘识别技术方案，达到局部扩展形变连续识别技术效果，实现未越限剪切扩展的提前发现，解决点式残差判别不易识别局部扩展趋势的不足。