一种基于数字孪生的水利监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的水利监测方法，具体涉及数字孪生领域，通过硬件设备采集水文水利数据，构建数字孪生体即智慧水利模型平台，预测未来时间段的运行参数；水利监测系统云平台通过目标区域的硬件设备采集的数据生产数据报表或曲线图，实时监测目标区域；根据智慧水利模型平台的运行状态覆盖率、孪生组件覆盖率、实时效率和预测准确率，计算出智慧水利模型平台的有效可信度；并根据智慧水利模型平台的有效可信度G和预定义的有效可信度阈值G

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的水利监测方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生
，更具体地说，本专利技术涉及一种基于数字孪生的水利监测方法。

技术介绍

[0002]众所周知，我国是一个河流、湖泊众多的国家。随着民众经济的飞速发展，水利工程在民众经济中所起的作用越来越大，而在水利工程中影响最大、最主要、最广泛的是防汛问题；近年各种灾汛新闻爆发，其中让人印象最深刻的河南暴雨事件让人不得不重视水利工程的防汛工作。
[0003]现有的水利监测系统主要用于监视河流、湖泊、水库的水利运行情况，及时反应各水域的水文特征，便于相关部门做出安排，防范洪涝灾害事故的发生；其具有快速查看数据、超限自动报警、自动记录上传等优点。使用者无须到达水位站，在电脑或手机就可以查看到详细数据，方便快捷又准确。
[0004]但是其在实际使用时，仍旧存在较多缺点，如现有的水利监测系统仅能及时防范，并不能提前预测并进行防范措施，虽然相较于传统的监测更方便更及时，但是在实际防范效率上依旧存在延迟，洪涝灾害事故一旦发生便是分秒必争，晚一秒轻则造成经济损失重则造成人员伤亡，严重影响国民经济的发展，社会的稳定。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供一种基于数字孪生的水利监测方法，通过硬件设备采集水文水利数据，构建数字孪生体即智慧水利模型平台，预测未来时间段的运行参数；水利监测系统云平台通过目标区域的硬件设备采集的数据生产数据报表或曲线图，实时监测目标区域；根据智慧水利模型平台的运行状态覆盖率、孪生组件覆盖率、实时效率和预测准确率，计算出智慧水利模型平台的有效可信度；并根据智慧水利模型平台的有效可信度G和预定义的有效可信度阈值G
阈
进行对比判断，符合预期进行预警提醒；从而水利监测系统云平台响应调度工作人员对预警提醒的区域进行实地勘测，提前做好防范措施，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：
[0007]步骤S1、将水利监测系统所处区域记为目标监测区域，将目标监测区域按照相等面积划分方式划分成各监测子区域，并将目标监测区域内各监测子区域依次编号为1，2，...，n；
[0008]步骤S2、根据各目标监测区域的各监测子区域内设置的雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器以及监控摄像头，24小时实时采集对应的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据以及实际地理硬件设备情况数据，通过无线网络，传输数据至水利监测系统云平台，传输频率精确至一秒一次；
[0009]步骤S3、通过水利监测系统云平台对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数
据、水温数据进行平均值、标准方差、变异系数以及偏态系数计算；
[0010]步骤S4、通过水利监测系统云平台计算的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据的平均值、标准方差、变异系数以及偏态系数，生产数据报表或曲线图，以秒为单位自动更新数据，记录水文气象数据；
[0011]步骤S5、根据目标监测区域范围、硬件设施和上述获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据，构建数据孪生体，并将其记作智慧水利监测模型平台，其中智慧水利监测模型平台是水利监测系统云平台的一个子系统；
[0012]步骤S6、根据智慧水利监测模型平台，通过修改雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器相关参数，对其进行仿真测试和验证，计算智慧水利监测模型平台的运行状态覆盖率、孪生组件覆盖率、实时效率以及预测准确率；
[0013]步骤S7、根据智慧水利模型平台的运行状态覆盖率、孪生组件覆盖率、实时效率和预测准确率，计算出智慧水利模型平台的有效可信度，并和预定义一个有效可信度阈值G
阈
进行对比判断；其中G
阈
为一个常数；
[0014]步骤S8、根据智慧水利模型平台的有效可信度G和预定义的有效可信度阈值G
阈
进行对比判断；其中G＞G
阈
时，表示智慧水利模型平台的有效可信度G符合预期，其预测运行参数可以信任，该平台可根据预测的运行参数进行相应预警提醒；G≤G
阈
时，表示智慧水利模型平台的有效可信度G不符合预期，其预测运行参数不能信任；
[0015]步骤S9、根据智慧水利模型平台的符合预期的有效可信度，通过水利监测系统云平台调度工作人员对预警提醒的区域进行实地勘测提前做好防范措施，以及通过目标区域的硬件设备采集的数据生产数据报表或曲线图，实时监测目标区域。
[0016]在一个优选地实施方式中，所述将目标监测区域按照相等面积划分方式划分成各监测子区域，其监测子区域需要大于三份，并在各目标监测区域的各监测子区域内设置的硬件设备，包括雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器以及监控摄像头。
[0017]在一个优选地实施方式中，所述24小时实时采集的具体采集方式为：根据目标监测区域的各监测子区域的雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器以及监控摄像头，通过无线网络分别采集水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据以及实际地理硬件设备情况，并将其分别记作为A
i
，B
i
，C
i
，D
i
，E
i
，其中i＝1，2，...，n，i表示为第i个子区域编号。
[0018]在一个优选地实施方式中，所述对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据进行平均值计算的计算公式为：
[0019]其中X表示平均值，Xi包括水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据，λ表示为影响因子。
[0020]在一个优选地实施方式中，所述对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据进行标准方差计算的计算公式为：
[0021]其中S表示标准方差，Xi包括水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据，λ表示为影响因子。
[0022]在一个优选地实施方式中，所述对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、
水温数据进行变异系数计算的计算公式为：
[0023]其中CV表示变异系数，S表示标准方差，X表示平均值，λ表示为影响因子。
[0024]在一个优选地实施方式中，所述对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据进行偏态系数计算的具体处理过程如下：
[0025]根据各监测子区域水位数据的平均值和标准方差，可得出其偏态系数计算公式为：
[0026]其中SK表示为偏态系数，S表示为标准方差，表示权重因子，Xi包括水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据，λ表示为影响因子。
[0027]在一个优选地实施方式中，所述智慧水利监测模型平台的具体运行状态覆盖率和孪生组件覆盖率计算过程如下：
[0028]根据修改雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器的相关参数，评估得到智慧水利模型平台的孪生组件覆盖率计算公式为：
[0029]其中Z表示为孪生组件覆盖率，k1，k2，k3，k4分别本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的水利监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将水利监测系统所处区域记为目标监测区域，将目标监测区域按照相等面积划分方式划分成各监测子区域，并将目标监测区域内各监测子区域依次编号为1，2，...，n；步骤S2、根据各目标监测区域的各监测子区域内设置的雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器以及监控摄像头，24小时实时采集对应的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据以及实际地理硬件设备情况数据，通过无线网络，传输数据至水利监测系统云平台，传输频率精确至一秒一次；步骤S3、通过水利监测系统云平台对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据进行平均值、标准方差、变异系数以及偏态系数计算；步骤S4、通过水利监测系统云平台计算的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据的平均值、标准方差、变异系数以及偏态系数，生产数据报表或曲线图，以秒为单位自动更新数据，记录水文气象数据；步骤S5、根据目标监测区域范围、硬件设施和上述获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据，构建数据孪生体，并将其记作智慧水利监测模型平台，其中智慧水利监测模型平台是水利监测系统云平台的一个子系统；步骤S6、根据智慧水利监测模型平台，通过修改雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器相关参数，对其进行仿真测试和验证，计算智慧水利监测模型平台的运行状态覆盖率、孪生组件覆盖率、实时效率以及预测准确率；步骤S7、根据智慧水利模型平台的运行状态覆盖率、孪生组件覆盖率、实时效率和预测准确率，计算出智慧水利模型平台的有效可信度，并和预定义一个有效可信度阈值G
阈
进行对比判断；其中G
阈
为一个常数；步骤S8、根据智慧水利模型平台的有效可信度G和预定义的有效可信度阈值G
阈
进行对比判断；其中G＞G
阈
时，表示智慧水利模型平台的有效可信度G符合预期，其预测运行参数可以信任，该平台可根据预测的运行参数进行相应预警提醒；G≤G
阈
时，表示智慧水利模型平台的有效可信度G不符合预期，其预测运行参数不能信任；步骤S9、根据智慧水利模型平台的符合预期的有效可信度，通过水利监测系统云平台调度工作人员对预警提醒的区域进行实地勘测提前做好防范措施，以及通过目标区域的硬件设备采集的数据生产数据报表或曲线图，实时监测目标区域。2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测方法，其特征在于：所述将目标监测区域按照相等面积划分方式划分成各监测子区域，其监测子区域需要大于三份，并在各目标监测区域的各监测子区域内设置的硬件设备，包括雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器以及监控摄像头。3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测方法，其特征在于：所述24小时实时采集的具体采集方式为：根据目标监测区域的各监测子区域的雨量计、水质传感器、流量计、温度传感器以及监控摄像头，通过无线网络分别采集水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据以及实际地理硬件设备情况，并将其分别记作为A
i
，B
i
，C
i
，D
i
，E
i
，其中i＝1，2，...，n，i表示为第i个子区域编号。4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测方法，其特征在于：所述对获取到的水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据进行平均值计算的计算
公式为：其中X表示平均值，Xi包括水位数据、水质数据、水流流速数据、水温数据，λ表示为影响因子。5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利监测方法，其特征在于：所述对获取到的水位数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙吉涛，李鑫，潘雷，修奇，
申请(专利权)人：杭州升维智造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：