基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统，具体涉及水利工程领域，用于解决现有对水闸脱空的监控常常仅利用单一的监测仪器对水闸附近土壤进行分析控制，对水闸附近的土壤状态监测常常存在不准确性和表面性，难以实现对水闸脱空风险的精准的监控的问题；包括数据采集单元、环境分析单元、状态分析单元、长期影响单元、直观反馈单元和显示终端；通过公式化的处理、归一化的分析以及信号整合输出的方式，对水闸附近土壤的状态进行分析处理，从而实现了对水闸脱空风险的等级划分，能够对水闸脱空进行精准监控。能够对水闸脱空进行精准监控。能够对水闸脱空进行精准监控。

【技术实现步骤摘要】
基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及水利工程
，更具体地说，本专利技术涉及基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统。

技术介绍

[0002]水闸是修建在河道、堤防或河口上的重要水工建筑物，通过闸门启闭控制水位、调节流量，具有挡水和泄水的双重作用。而建于深厚软弱地基上的水闸，为提高地基承载力和减小沉降量，基础通常采用钻孔灌注桩处理，使其满足水闸上部结构安全要求，但由于刚性桩基础和地基软土层之间沉降变形不协调，往往造成地基土层与闸底板出现脱空现象，且处于水下隐蔽位置早期难以发现，直至在上下游水位差作用下形成连通的集中渗漏通道，给水闸的运行带来严重安全隐患。因此，对建于软弱地基上的水闸闸底板脱空情况进行实时监测，及时发现和消除安全隐患，确保水闸安全运行至关重要。
[0003]现有对水闸脱空的监控常常仅利用单一的监测仪器对水闸附近土壤进行分析控制，对水闸附近的土壤状态监测常常存在不准确性和表面性，难以实现对水闸脱空风险的精准的监控。
[0004]因此，本专利技术提出一种基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法及系统，通过公式化的处理、归一化的分析以及信号整合输出的方式，对水闸附近土壤的状态进行分析处理，从而实现了对水闸脱空风险的等级划分，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，包括如下步骤：步骤S10，获取水闸附近土壤的土壤湿润度量值、渗透率值和板结量值sh，依据公式：求得水荷载影响系数，、、分别为土壤湿润度量值、渗透率值和板结量值的权重因子系数，且＞＞＞1，其中，i＝{1，2，3
……
n}，且i表示区域个数；步骤S20，获取水闸附近土壤的土壤压力差与土壤变形次数，并将其进行归一化分析，求得水闸附近各区域土壤的状态系数；步骤S30，将水荷载影响系数与水闸附近各区域土壤的状态系数进行整合分析处
理，据此生成零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号。
[0007]在一个优选的实施方式中，在步骤S30中，具体的整合分析处理的操作步骤如下：步骤S31，设置水荷载影响系数W的梯度参照值R
V
1与R
V
2以及设置水闸附近各区域土壤的状态系数的梯度参照值R
V
3与R
V
4，其中，R
V
1>R
V
2，R
V
3>R
V
4；步骤S32，将水荷载影响系数W带入梯度参照值R
V
1与R
V
2中1进行比对分析：当水荷载影响系数W大于R
V
1时，则生成高风险等级水荷载信号；当水荷载影响系数W大于R
V
2小于R
V
1时，则生成低风险等级水荷载信号；当水荷载影响系数W小于R
V
2时，则生成零风险等级水荷载信号；步骤S33，将水闸附近各区域土壤的状态系数带入梯度参照值R
V
3与R
V
4中进行比对分析：当水闸附近各区域土壤的状态系数大于R
V
3时，则生成高风险等级自身状态信号；当水闸附近各区域土壤的状态系数大于R
V
4小于R
V
3时，则生成低风险等级自身状态信号；当水闸附近各区域土壤的状态系数小于R
V
4时，则生成零风险等级自身状态信号；步骤S34，采集分析同一土壤区域的水荷载影响风险信号以及自身状态风险信号：若同一土壤区域水荷载影响风险信号以及自身状态风险信号均为零风险等级信号，则生成零风险脱空信号；若水荷载影响风险信号以及自身状态风险信号一个为零风险等级信号，另一个为低风险等级信号，则生成低风险脱空信号；其他情况下，则生成高风险脱空信号。
[0008]在一个优选的实施方式中，在步骤S30后，还包括步骤S40：统计水闸附近各土壤区域中零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号的数量和，生成水闸整体区域的状态信号。
[0009]在一个优选的实施方式中，在步骤S40中，具体的生成水闸整体区域的脱空风险状态步骤如下：步骤S41，将零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号的数量和分别标定为S1、S2和S3，并将其进行数据比对分析；若S1≥S2+S3时，则生成水闸整体区域状态良好信号；若S1≥S2+S3时，则生成水闸整体区域状态差信号。
[0010]在一个优选的实施方式中，在步骤S40后，还包括步骤S50；在水闸整体区域状态良好的土壤区域上根据对水闸脱空具有长期累积效应的影响因素进行定向评估分析处理。
[0011]在一个优选的实施方式中，在步骤S50中，对水闸脱空具有长期累积效应的影响因素进行定向评估分析处理具体步骤如下：步骤S51，获取水闸附近区域一段时间内的降雨量以及土地温度；步骤S52，分别设置降雨量以及土地温度的标准阈值TH1和TH2，
根据公式：；获得某一段时间内的降雨量浮动系数；并根据公式：；获得某一段时间内的土地温度浮动系数；式中，k＝{1，2，3
……
m}，需要说明的是，k表示为未来某一阶段的单位时间，为该阶段时间内的降雨量浮动系数，为该阶段时间内的降雨总量，为该阶段时间内的土地温度浮动系数，为该阶段时间内的土地平均温度；步骤S53，分别设置降雨量浮动系数与土地温度浮动系数的浮动参考值C1与C2，比将其进行比对；若降雨量浮动系数大于浮动参考值C1，且该阶段时间内的降雨总量大于降雨量标准阈值，则生成该段时间的降雨量提示预警信号；若土地温度浮动系数大于浮动参考值C2，则生成该段时间的土地温度提示预警信号。
[0012]基于数字孪生的水下工程结构智能检测系统，用于实现上述任意所述的基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，包括数据采集单元、环境分析单元、状态分析单元、长期影响单元、直观反馈单元和显示终端；所述数据采集单元，用于采集水闸自身所处的环境信息、水闸自身的状态信息以及采集对水闸脱空具有长期累积效应的影响因素数据，并将其分别发送至环境分析单元、状态分析单元以及长期影响单元；所述环境分析单元，用于对接收的水闸自身所处的环境信息进行选地定向评估分析处理，并结合状态分析单元的评估分析生成零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号，并将生成的零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号均发送至直观反馈单元；所述状态分析单元，用于对接收的水闸自身的状态信息进行选地定向评估分析处理，并结合环境分析单元的评估分析生成零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号，并将生成的零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号均发送至直观反馈单元；所述直观反馈单元，用于统计水闸附近土壤各零风险脱空信号、低风险本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S10，获取水闸附近土壤的土壤湿润度量值、渗透率值和板结量值sh，依据公式：求得水荷载影响系数，、、分别为土壤湿润度量值、渗透率值和板结量值的权重因子系数，且＞＞＞1，其中，i＝{1，2，3
……
n}，且i表示区域个数；步骤S20，获取水闸附近土壤的土壤压力差与土壤变形次数，并将其进行归一化分析，求得水闸附近各区域土壤的状态系数；步骤S30，将水荷载影响系数与水闸附近各区域土壤的状态系数进行整合分析处理，据此生成零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号；在步骤S30中，具体的整合分析处理的操作步骤如下：步骤S31，设置水荷载影响系数W的梯度参照值R
V
1与R
V
2以及设置水闸附近各区域土壤的状态系数的梯度参照值R
V
3与R
V
4，其中，R
V
1>R
V
2，R
V
3>R
V
4；步骤S32，将水荷载影响系数W带入梯度参照值R
V
1与R
V
2中1进行比对分析：当水荷载影响系数W大于R
V
1时，则生成高风险等级水荷载信号；当水荷载影响系数W大于R
V
2小于R
V
1时，则生成低风险等级水荷载信号；当水荷载影响系数W小于R
V
2时，则生成零风险等级水荷载信号；步骤S33，将水闸附近各区域土壤的状态系数带入梯度参照值R
V
3与R
V
4中进行比对分析：当水闸附近各区域土壤的状态系数大于R
V
3时，则生成高风险等级自身状态信号；当水闸附近各区域土壤的状态系数大于R
V
4小于R
V
3时，则生成低风险等级自身状态信号；当水闸附近各区域土壤的状态系数小于R
V
4时，则生成零风险等级自身状态信号；步骤S34，采集分析同一土壤区域的水荷载影响风险信号以及自身状态风险信号：若同一土壤区域水荷载影响风险信号以及自身状态风险信号均为零风险等级信号，则生成零风险脱空信号；若水荷载影响风险信号以及自身状态风险信号一个为零风险等级信号，另一个为低风险等级信号，则生成低风险脱空信号；其他情况下，则生成高风险脱空信号。2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，其特征在于：在步骤S30后，还包括步骤S40；统计水闸附近各土壤区域中零风险脱空信号、低风险脱空信号以及高风险脱空信号的数量和，生成水闸整体区域的状态信号。3.根据权利要求2所述的基于数字孪生的水下工程结构智能检测方法，其特征在于：在步骤S40中，具体的生成水闸整体区域的脱空风险状态步骤如下：
步骤S4...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈峰，彭冬，胡翔，宫少博，郭凡荣，
申请(专利权)人：江苏筑升土木工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：