一种高效性的水工大坝安全预警系统的制作方法

1.本发明涉及大坝安全预警领域，尤其涉及一种高效性的水工大坝安全预警系统。


背景技术：

2.大坝是国家防护工程体系中的重要组成部分，在工业和饮用供水、农业灌溉和发电等方面都有比较显著的效益，如何保证这些已建成和将要建成的大坝在外界各种力量作用下的健康运行，是一个关系民生发展的重要问题。大坝安全监测系统是人们了解大坝运行状态和安全状况的有效手段,也是保证其安全运行的重要措施之一；
3.中国专利公开号为cn106918365a的专利文件公开了如下内容，采用模型组合对大坝安全进行预测，包括模型库建立模块、权重确定模块、组合确定模块和评价模块，所述模型库建立模块用于建立备选模型库，其中包含多个监测模型，所述权重确定模块用于为所述备选模型库中的各个监测模型设置权重，所述组合确定模块用于根据所述权重确定关于所述各个监测模型的最优模型组合，所述评价模块用于对所述最优模型组合性能进行评价。本发明的有益效果为：实现了高可靠性大坝安全监测。
4.但是，现有技术中还存在以下问题：
5.1、在大坝安全监测中对于历史数据的应用较少；
6.2、在大坝安全监测中未对安全预警的精度进行修正；
7.在实际情况中，由于大坝评价的影响因素是多样性的，因此，利用相似大坝运行参数以及历史运行参数对当前预警精度干预是非常有必要的，当相似大坝出现运行风险时，对当时的环境参量进行获取，并结合监测大坝实时的环境参量对当前预警精度进行干预能够有效的预知安全风险，做到提前预警的效果。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本发明提供一种高效性的水工大坝安全预警系统，其包括：
9.数据获取模块，其包括布设在监测大坝周围的温度传感器、湿度传感器、若干渗透压传感器以及若干渗流量传感器，用以实时监测所述监测大坝的周围环境温度、周围环境湿度、大坝渗透压以及大坝渗流量；
10.数据存储模块，其与云端数据平台相连接，其内部存储有若干大坝的特征信息以及历史数据；
11.数据处理模块，其与所述数据获取模块以及数据处理模块连接并完成数据交换，其根据监测大坝周围的环境温度、环境湿度、渗流量以及渗透压实时计算安全评价系数a，并在所述安全评价系数a大于第一预设阈值a1时发出预警；
12.以及，所述数据处理模块根据大坝的特征信息划分相似大坝，并在所述监测大坝的相似大坝中选定对照大坝，根据对照大坝的历史数据以及特征信息的相似等级对所述第一预设阈值进行修正。
13.进一步地，所述数据处理模块根据所述数据获取模块获取的数据按照以下公式计
算安全评价系数a，
[0014][0015]
其中：a表示t表示监测大坝周围的环境温度，t0表示预设环境温度对比值，c表示监测大坝周围的环境湿度，c0表示预设环境湿度对比值，p表示监测大坝当前渗流量，p0表示预设渗流量对比值，l表示监测大坝当前渗透压，l0表示预设渗透压对比值；
[0016]
所述数据处理模块将所述安全评价系数a与第一预设阈值进a1进行比对，
[0017]
当a＞a1时，所述数据处理模块发出预警信息。
[0018]
进一步地，所述数据存储模块内预先存储若干大坝的特征信息，所述特征信息包括大坝的蓄水量信息、长度信息、坝体平均高度信息、坝体平均厚度信息、所处地区的月平均降雨量信息、所处地区的月平均温度信息；
[0019]
所述数据处理模块根据大坝的特征信息划分相似大坝，比较各大坝的特征信息，当多个大坝中任选两个大坝对应的特征信息之间的差异百分比k小于预设差异百分比k0时，判定所述多个大坝相似，将相似大坝的特征集合储存至同一信息集合内，形成若干相似大坝信息集合，所述差异百分比k按照如下公式计算，
[0020][0021]
其中，b1(x)表示第一大坝对应特征信息内的第x个信息，b2(x)表示第二大坝对应特征信息内的第x个信息。
[0022]
进一步地，所述数据处理模块内预设离散对比参量f1以及f2，0＜f1＜f2，所述数据处理模块按照如下公式计算相似大坝信息集合中任一特征信息的离散参量f，
[0023][0024]
其中，b1表示任一特征信息内的蓄水量信息，b2表示任一特征信息内的长度信息，b3表示任一特征信息内的坝体平均高度信息，b4表示任一特征信息内的坝体平均厚度信息，b5表示任一特征信息内的所处地区的月平均降雨量信息，b6表示任一特征信息内的月平均温度信息，b10表示所述相似大坝信息集合内全部特征信息的对应的蓄水量信息的平均值，b20表示所述相似大坝信息集合内全部特征信息的对应的长度信息的平均值，b30表示所述相似大坝信息集合内全部特征信息的对应的坝体平均高度信息的平均值，b40表示所述大坝信息集合内全部特征信息的对应的坝体平均厚度信息，b50表示所述大坝信息集合全部特征信息的对应的月平均降雨量信息的平均值，b60表示所述大坝信息集合月平均温度信息的平均值；
[0025]
所述数据处理模块根据所述相似大坝信息集合的各个特征信息对应的离散参量f对特征信息划分相似等级，其中，
[0026]
对于所述相似大坝集合bi内的任一特征信息，
[0027]
当f≥f2时，所述数据处理模块将所述特征信息划分为第一相似等级；
[0028]
当f1≤f＜f2时，所述数据处理模块将所述特征信息划分为第二相似等级；
[0029]
当f＜f1时，所述数据处理模块将所述特征信息划分为第三相似等级。
[0030]
进一步地，所述数据处理模块内预设第二预设阈值a2，a2＜a1，所述数据处理模块根据所述数据获取模块获取的数据实时计算大坝对应的安全评价系数a，
[0031]
当所述大坝对应的安全评价系数a大于所述第二预设阈值a2时，所述数据处理模块从所述数据存储模块中进行检索，判定所述大坝是否存在相似大坝，其中，
[0032]
若所述大坝存在相似大坝，则对所述第一预设阈值进行修正；
[0033]
若所述大坝不存在相似大坝，则不对所述第一预设阈值进行修正。
[0034]
进一步地，所述数据处理模块对所述第一预设阈值进行修正，从所述监测大坝的相似大坝中选定对照大坝时，调用存储所述监测大坝对应特征信息的相似大坝信息集合，并判定所述监测大坝的相似大坝对应的历史数据中是否出现安全评价系数a大于所述第二预设阈值a2的情况，若出现，则标记对应相似大坝，若被标记相似大坝的数量大于2，则将被标记相似大坝的特征信息对应的离散参量与所述监测大坝的特征信息对应的离散参量做差，选取差值最小的离散参量对应的相似大坝作为对照大坝，调用所述对照大坝出现安全评价系数a的历史最大值amax时所述对照大坝周围环境的湿度、温度、渗流量以及渗流压力，并计算所述对照大坝和所述相似大坝的重合度，并根据所述对照大坝以及监测大坝的相似等级确定所述第一预设阈值的修正量。
[0035]
进一步地，所述数据处理模块按根据对照大坝周围环境的湿度、温度、渗流量以及渗流压力以及所述监测大坝当前的环境的湿度、温度、渗流量以及渗流压力按照如下公式计算重合度e，
[0036][0037]
其中，t1表示监测大坝当前的周围环境温度，t2表示调用的对照大坝周围环境温度，c1表示监测大坝当前的周围环境湿度，c2表示调用的对照大坝周围环境湿度，p1表示监测大坝当前的渗流量，p2表示调用的对照大坝渗流量，l1表示监测大坝当前的渗流压力，l2表示调用的对照大坝渗流压力；
[0038]
当e≥e2时，所述数据处理模块将所述第一预设阈值a1修正至a1’，设定a1’＝a1-(a01
△a×
α)；
[0039]
当e1≤e＜e2时，所述数据处理模块将所述第一预设阈值a1修正至a1’，设定a1’＝a1-(a02
△a×
α)；
[0040]
当e＜e1时，所述数据处理模块将所述第一预设阈值a1修正至a1’，设定a1’＝a1-(a03
△a×
α)；
[0041]
其中，e1表示预设第一重合度对比参量，e2表示预设第二重合度对比参量，a01表示第一预设修正量，a02表示第二预设修正量，a03表示第三预设修正量，a03＞a02＞a01,α为变化参量，
△
a＝amax-a1。
[0042]
进一步地，所述数据处理模块根据所述对照大坝和监测大坝相似等级对应的计算参量确定α，确定时，设定所述第一相似等级对应计算参量为1，所述第二相似等级对应计算参量为2，所述第三相似等级对应计算参量为3，
[0043]
当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级对应计算参量之和等于2时，α取0.5，当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级相同，且相似等级对应计算参量之和等于4或6时α
取0.4，当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级不同，且相似等级对应计算参量之和等于3或5时α取0.3，当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级不同，且相似等级对应计算参量之和等于4时α取0.2。
[0044]
进一步地，所述数据处理模块中存储的历史数据包括所述各大坝各时刻对应的安全评价系数a以及各时刻对应的大坝周围环境湿度、大坝周围环境温度、大坝渗流量以及大坝渗透压力。
[0045]
进一步地，所述云端数据平台每隔预设时间更新各大坝的特征信息以及历史数据。
[0046]
与现有技术相比，本发明通过设置数据获取模块，数据存储模块以及数据处理模块，实时获取监测大坝周围的湿度、温度渗透压以及渗透压力，并在数据存储模块中存储若干大坝的特征信息和历史数据，通过数据处理模块计算安全评价系数与预设阈值比对发出预警，数据处理模块根据大坝的特征信息划分相似大坝，并在所述监测大坝的相似大坝中选定对照大坝，根据对照大坝的历史数据以及特征信息的相似等级对所述第一预设阈值进行修正，通过划分相似大坝，考虑相似大坝的历史数据对当前的监测精度进行干预，并根据相似等级调整干预量，有效的预知安全风险，做到提前预警的效果，提高了大坝安全监测预警的精确性。
[0047]
尤其，本发明通过在数据存储模块内存储若干大坝的特征数据以及历史数据，存储的特征数据对于大坝的特征具有表征性，同时利用信息差异的方式划分相似大坝，能够使得不同的大坝有效的区分，在对第一预设阈值修正时，以相似大坝为基准，能够有效避免不相似大坝的数据干扰，使得干预效果更精准，进而进一步提高监测预警的精确性。
[0048]
尤其，本发明通过数据处理模块将相似大坝的特征数据储存至相似大坝数据集合内，方便数据处理，同时，通过计算离散参量f能够较好的在相似大坝数据集合中区分相似程度，对相似大坝再次进行划分，使得划分更佳精确，使得干预效果更佳精准，进而精确的提前发出预警，提高了大坝安全监测的精确性。
[0049]
尤其，本发明数据处理模块设置第二预设阈值，第二预设阈值比第一预设阈值小，在还未到达预警标准时对预警的精度进行修正，使用相似大坝的历史数据对监测精度进行干预，进而有效的预知安全风险，做到提前预警的效果，提高了大坝安全监测预警的精确性。
[0050]
尤其，本发明数据处理模块在选定对照大坝时根据历史数据中安全评价系数是否出现超过第二预设阈值的情况选定，并调用当时对应的环境数据，并与当前的环境数据进行比较重合度，选定修正参量，在相似大坝的基础上进一步的选定较为相似的环境数据进行比对，使得对当前预警精度的干预更佳准确，能够有效的预知风险，提高大坝安全监测预警的准确性。
附图说明
[0051]
图1为本发明实施例提供的高效性的水工大坝安全预警系统示意图；
[0052]
图2为本发明实施例提供的高效性的水工大坝安全预警系统修正预设第一阈值逻辑示意图。
具体实施方式
[0053]
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
[0054]
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
[0055]
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0056]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0057]
实施例1
[0058]
请参阅图1所示，其为本实施例所提供的高效性的水工大坝安全预警系统示意图，本发明的一种高效性的大坝安全监测系统包括：
[0059]
数据获取模块，其包括布设在监测大坝周围的温度传感器、湿度传感器、若干渗透压传感器以及若干渗流量传感器，用以实时监测所述监测大坝的周围环境温度、周围环境湿度、大坝渗透压以及大坝渗流量；
[0060]
数据存储模块，其与云端数据平台相连接，其内部存储有若干大坝的特征信息以及历史数据；
[0061]
数据处理模块，其与所述数据获取模块以及数据处理模块连接并完成数据交换，其根据监测大坝周围的环境温度、环境湿度、渗流量以及渗透压实时计算安全评价系数a，并在所述安全评价系数a大于第一预设阈值a1时发出预警；
[0062]
以及，所述数据处理模块根据大坝的特征信息划分相似大坝，并在所述监测大坝的相似大坝中选定对照大坝，根据对照大坝的历史数据以及特征信息的相似等级对所述第一预设阈值进行修正。
[0063]
具体而言，本发明对于所述数据存储模块以及数据处理模块的具体形式不做限定，其为成熟现有技术，所述数据处理模块可以是一个数据库，只需能存储数据即可，而数据处理模块可以是一个计算机，只需能完成数据接收和数据发送即可。
[0064]
具体而言，本发明对传感器的布设方式不做限定，其同样为成熟现有技术，其只需符合本领域技术人员认知并能发挥其监测对应数据的功能即可。
[0065]
具体而言，所述数据处理模块根据所述数据获取模块获取的数据按照以下公式计算安全评价系数a，
[0066][0067]
其中：a表示t表示监测大坝周围的环境温度，t0表示预设环境温度对比值，c表示
监测大坝周围的环境湿度，c0表示预设环境湿度对比值，p表示监测大坝当前渗流量，p0表示预设渗流量对比值，l表示监测大坝当前渗透压，l0表示预设渗透压对比值；
[0068]
所述数据处理模块将所述安全评价系数a与第一预设阈值进a1进行比对，
[0069]
当a＞a1时，所述数据处理模块发出预警信息。
[0070]
具体而言，本发明对于预设环境温度对比值t0，预设环境湿度对比值c0,预设渗流量对比值p0以及预设渗透压对比值l0的选定，根据不同大坝设定不同的大坝承受的渗流量以及渗透压作为预设渗流量对抑制po以及预设渗透压对比值l0，而对于预设温度对比值t以及预设湿度对比值c0则通过大数据获取，其为监测大坝当年的年平均温度和监测大坝当年的年平均湿度。
[0071]
具体而言，所述数据存储模块内预先存储若干大坝的特征信息，所述特征信息包括大坝的蓄水量信息、长度信息、坝体平均高度信息、坝体平均厚度信息、所处地区的月平均降雨量信息、所处地区的月平均温度信息；
[0072]
所述数据处理模块根据大坝的特征信息划分相似大坝，比较各大坝的特征信息，当多个大坝中任选两个大坝对应的特征信息之间的差异百分比k小于预设差异百分比k0时，判定所述多个大坝相似，将相似大坝的特征集合储存至同一信息集合内，形成若干相似大坝信息集合，所述差异百分比k按照如下公式计算，
[0073][0074]
其中，b1(x)表示第一大坝对应特征信息内的第x个信息，b2(x)表示第二大坝对应特征信息内的第x个信息，例如特征信息内的第一个信息为蓄水量信息，特征信息内的第二个信息为长度信息...以此类推，特征信息内的六个信息为所处地区的月平均温度信息。
[0075]
具体而言，在数据存储模块内存储若干大坝的特征数据以及历史数据，存储的特征数据对于大坝的特征具有表征性，同时利用信息差异的方式划分相似大坝，能够使得不同的大坝有效的区分，在对第一预设阈值修正时，以相似大坝为基准，能够有效避免不相似大坝的数据干扰，使得干预效果更精准，进而进一步提高监测预警的精确性。
[0076]
具体而言，所述数据处理模块内预设离散对比参量f1以及f2，0＜f1＜f2，所述数据处理模块按照如下公式计算相似大坝信息集合中任一特征信息的离散参量f，
[0077][0078]
其中，b1表示任一特征信息内的蓄水量信息，b2表示任一特征信息内的长度信息，b3表示任一特征信息内的坝体平均高度信息，b4表示任一特征信息内的坝体平均厚度信息，b5表示任一特征信息内的所处地区的月平均降雨量信息，b6表示任一特征信息内的月平均温度信息，b10表示所述相似大坝信息集合内全部特征信息的对应的蓄水量信息的平均值，b20表示所述相似大坝信息集合内全部特征信息的对应的长度信息的平均值，b30表示所述相似大坝信息集合内全部特征信息的对应的坝体平均高度信息的平均值，b40表示所述大坝信息集合内全部特征信息的对应的坝体平均厚度信息，b50表示所述大坝信息集合全部特征信息的对应的月平均降雨量信息的平均值，b60表示所述大坝信息集合月平均温度信息的平均值；
[0079]
所述数据处理模块根据所述相似大坝信息集合的各个特征信息对应的离散参量f
对特征信息划分相似等级，其中，
[0080]
对于所述相似大坝集合bi内的任一特征信息，
[0081]
当f≥f2时，所述数据处理模块将所述特征信息划分为第一相似等级；
[0082]
当f1≤f＜f2时，所述数据处理模块将所述特征信息划分为第二相似等级；
[0083]
当f＜f1时，所述数据处理模块将所述特征信息划分为第三相似等级。
[0084]
具体而言，请参阅图2所示，通过数据处理模块将相似大坝的特征数据储存至相似大坝数据集合内，方便数据处理，同时，通过计算离散参量f能够较好的在相似大坝数据集合中区分相似程度，对相似大坝再次进行划分，使得划分更佳精确，使得干预效果更佳精准，进而精确的提前发出预警，提高了大坝安全监测的精确性。
[0085]
具体而言，所述数据处理模块内预设第二预设阈值a2，a2＜a1，所述数据处理模块根据所述数据获取模块获取的数据实时计算大坝对应的安全评价系数a，
[0086]
当所述大坝对应的安全评价系数a大于所述第二预设阈值a2时，所述数据处理模块从所述数据存储模块中进行检索，判定所述大坝是否存在相似大坝，其中，
[0087]
若所述大坝存在相似大坝，则对所述第一预设阈值进行修正；
[0088]
若所述大坝不存在相似大坝，则不对所述第一预设阈值进行修正。
[0089]
具体而言，数据处理模块设置第二预设阈值，第二预设阈值比第一预设阈值小，在还未到达预警标准时对预警的精度进行修正，使用相似大坝的历史数据对监测精度进行干预，进而有效的预知安全风险，做到提前预警的效果，提高了大坝安全监测预警的精确性。
[0090]
具体而言，所述数据处理模块对所述第一预设阈值进行修正，从所述监测大坝的相似大坝中选定对照大坝时，调用存储所述监测大坝对应特征信息的相似大坝信息集合，并判定所述监测大坝的相似大坝对应的历史数据中是否出现安全评价系数a大于所述第二预设阈值a2的情况，若出现，则标记对应相似大坝，若被标记相似大坝的数量大于2，则将被标记相似大坝的特征信息对应的离散参量与所述监测大坝的特征信息对应的离散参量做差，选取差值最小的离散参量对应的相似大坝作为对照大坝，调用所述对照大坝出现安全评价系数a的历史最大值amax时所述对照大坝周围环境的湿度、温度、渗流量以及渗流压力，并计算所述对照大坝和所述相似大坝的重合度，并根据所述对照大坝以及监测大坝的相似等级确定所述第一预设阈值的修正量。
[0091]
具体而言，所述数据处理模块按根据对照大坝周围环境的湿度、温度、渗流量以及渗流压力以及所述监测大坝当前的环境的湿度、温度、渗流量以及渗流压力按照如下公式计算重合度e，
[0092][0093]
其中，t1表示监测大坝当前的周围环境温度，t2表示调用的对照大坝周围环境温度，c1表示监测大坝当前的周围环境湿度，c2表示调用的对照大坝周围环境湿度，p1表示监测大坝当前的渗流量，p2表示调用的对照大坝渗流量，l1表示监测大坝当前的渗流压力，l2表示调用的对照大坝渗流压力；
[0094]
当e≥e2时，所述数据处理模块将所述第一预设阈值a1修正至a1’，设定a1’＝a1-(a01
△a×
α)；
[0095]
当e1≤e＜e2时，所述数据处理模块将所述第一预设阈值a1修正至a1’，设定a1’＝
a1-(a02
△a×
α)；
[0096]
当e＜e1时，所述数据处理模块将所述第一预设阈值a1修正至a1’，设定a1’＝a1-(a03
△a×
α)；
[0097]
其中，e1表示预设第一重合度对比参量，e2表示预设第二重合度对比参量，a01表示第一预设修正量，a02表示第二预设修正量，a03表示第三预设修正量，a03＞a02＞a01,α为变化参量，
△
a＝amax-a1。
[0098]
具体而言，所述数据处理模块根据所述对照大坝和监测大坝相似等级对应的计算参量确定α，确定时，设定所述第一相似等级对应计算参量为1，所述第二相似等级对应计算参量为2，所述第三相似等级对应计算参量为3，
[0099]
当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级对应计算参量之和等于2时，α取0.5，当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级相同，且相似等级对应计算参量之和等于4或6时α取0.4，当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级不同，且相似等级对应计算参量之和等于3或5时α取0.3，当所述对照大坝与所述监测大坝相似等级不同，且相似等级对应计算参量之和等于4时α取0.2。
[0100]
具体而言，数据处理模块在选定对照大坝时根据历史数据中安全评价系数是否出现超过第二预设阈值的情况选定，并调用当时对应的环境数据，并与当前的环境数据进行比较重合度，选定修正参量，在相似大坝的基础上进一步的选定较为相似的环境数据进行比对，使得对当前预警精度的干预更佳准确，能够有效的预知风险，提高大坝安全监测预警的准确性。
[0101]
具体而言，所述数据处理模块中存储的历史数据包括所述各大坝各时刻对应的安全评价系数a以及各时刻对应的大坝周围环境湿度、大坝周围环境温度、大坝渗流量以及大坝渗透压力。
[0102]
具体而言，所述云端数据平台每隔预设时间更新各大坝的特征信息以及历史数据。
[0103]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。