一种混凝土坝监测区域动态划分方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术涉及混凝土坝结构安全监测技术领域，尤其是指一种混凝土坝监测区域动态划分方法、装置、设备及计算机存储介质。本发明专利技术所述的混凝土坝监测区域动态划分方法，本发明专利技术选取不同监测项目和不同监测部位测点，分析混凝土坝安全监测数据时空相关性特征，建立混凝土坝结构部位多监测效应量时空数据矩阵，将测点测值空间属性作为高斯混合聚类成分的先验约束项，构建混凝土坝结构监测区域划分模型，实现测点布设部位和无测点布设部位兼顾的监测区域划分。分。分。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土坝监测区域动态划分方法、装置及存储介质


[0001]本专利技术涉及混凝土坝结构安全监测
，尤其是指一种混凝土坝监测区域动态划分方法、装置、设备及计算机存储介质。

技术介绍

[0002]混凝土坝结构安全监测布设以兼顾结构安全性和工程经济性为原则，依据拱梁分载法计算成果，按照控制关键部位、注重时空关系、重点部位监测仪器互为备用、监测项目相互验证的技术要求，以水平拱圈为拱向监测基面，以竖直坝段为梁向监测截面，将各类监测仪器部署在监测基面和监测截面上，构成混凝土坝拱梁监测空间网格体系。
[0003]通过布设于拱梁监测空间网格的测点，可以采集到反映混凝土坝运行状态的监测数据，在受到外界因素影响下，各部位的同类或多类监测数据存在一定的相关性，这种相关性主要表现在相同或相近部位监测数据时序趋势的相似性。如混凝土坝坝体各部位径向位移的趋势同步性、坝体各区温度与应力之间的相关性等。现行的混凝土坝运行性态分析对象为布设监测仪器的结构部位，但很多结构部位没有布设任何监测仪器。如何挖掘监测数据的时空相关性，利用监测基面和监测截面构成的拱梁监测空间网格体系，将混凝土坝运行性态分析对象由布设有监测仪器的结构部位拓展至未布设监测仪器的结构部位，提升有限测点测值的监控覆盖范围和区域代表性，是实现混凝土坝运行性态全面全域分析的迫切需求。
[0004]综上所述，如何实现测点布设部位和无测点布设部位兼顾的监测区域划分是目前待解决的问题。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中无测点布设部位监测区域难以划分的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种混凝土坝监测区域动态划分方法，包括：
[0007]根据混凝土坝监测区域的测点时序数据和测点空间数据，构建测点时空数据矩阵；
[0008]对所述测点时空数据矩阵采用高斯混合聚类，并将混凝土坝安全测点的空间信息作为成分数量的先验知识，构建空间约束下的混凝土坝结构监测区域划分模型；
[0009]采用期望最大化算法对所述混凝土坝结构监测区域划分模型的参数进行迭代优化求解；
[0010]利用迭代优化好的混凝土坝结构监测区域划分模型对混凝土坝监测区域进行划分。
[0011]优选地，所述根据混凝土坝监测区域的测点时序数据和测点空间数据，构建测点时空数据矩阵包括：
[0012]获取混凝土坝监测区域测点在某一时段内的测点时序数据x
i
＝(x
i1
,x
i2
,
…
,x
in
)，
其中，x
in
为某一时点的测点测值；、
[0013]获取混凝土坝监测区域测点的测点空间数据s(i)＝(n
i
,e
i
,h
i
,d
i
)，其中，n
i
、e
i
分别代表测点布设位置的水平向坐标，h
i
代表测点布设位置的垂直向坐标，d
i
代表测点所属的监测仪器类型；
[0014]根据所述测点时序数据和所述测点空间数据构建所述测点时空数据矩阵：
[0015][0016]其中，R
n
表示混凝土坝监测区域测点集合。
[0017]优选地，所述将混凝土坝安全测点的空间信息作为成分数量的先验知识，构建空间约束下的混凝土坝结构监测区域划分模型包括：、
[0018]获取混凝土坝安全测点的测值数据集X＝(x1,x2,...,x
N
)和安全测点测值数据集的空间最近测点数据
[0019]获取安全测点的空间距离q＝(q1,q2,...,q
N
)，其中，n
k
，e
k
，h
k
分别代表测点的三维空间坐标信息，k＝1...N；
[0020]根据所述安全测点的空间距离计算空间距离特征Q＝(Q1,Q2,...,Q
N
)，其中，q
max
、q
min
分别为q的最大值和最小值；
[0021]根据安全测点的监测仪器类型获取成分权重{w1,w2,...,w
C
}，并根据所述成分权重和所述空间距离特征计算得到隐特征向量Z＝(Z1,Z2,...,Z
n
)，其中，Z
i
＝(z
i1
,z
i2
,...z
iC
),i＝1,...,N，C为混凝土坝结构监测区域划分模型的成分数；
[0022]计算的联合概率密度为：
[0023][0024]计算全部数据的对数似然函数为：
[0025][0026]优选地，所述隐特征向量由所述成分权重和所述空间距离特征点积计算获得。
[0027]优选地，所述采用期望最大化算法对所述混凝土坝结构监测区域划分模型的参数进行迭代优化求解包括：
[0028]步骤1:初始化模型成分个数C和各成分的均值及协方差矩阵，并令成分权重
[0029][0030]步骤2:采用期望最大化算法计算所述混凝土坝结构监测区域划分模型的参数；
[0031]步骤3:移除第k次迭代后，所述混凝土坝结构监测区域划分模型中成分权重为0的成分，并令k＝k+1；
[0032]步骤4:重复步骤2
‑
4，直至模型收敛，得到迭代优化好的混凝土坝结构监测区域划分模型参数和成分个数。
[0033]优选地，所述采用期望最大化算法计算所述混凝土坝结构监测区域划分模型的参数包括：
[0034]根据当前参数，计算每个样本x
j
属于每个高斯混合成分的后验分布γ
ji
；
[0035]根据所述后验分布更新所述参数{(α
i
,μ
i
,∑
i
)|1≤i≤k}：
[0036][0037][0038][0039]优选地，所述混凝土坝结构监测区域划分模型采用聚类精确度、调整兰德系数和归一化互信息验证有效性。
[0040]本专利技术还提供了一种混凝土坝监测区域动态划分装置，包括：
[0041]时空数据矩阵构建模块，用于根据混凝土坝监测区域的测点时序数据和测点空间数据，构建测点时空数据矩阵；
[0042]模型构建模块，用于对所述测点时空数据矩阵采用高斯混合聚类，并将混凝土坝安全测点的空间信息作为成分数量的先验知识，构建空间约束下的混凝土坝结构监测区域划分模型；
[0043]模型优化模块，用于采用期望最大化算法对所述混凝土坝结构监测区域划分模型的参数进行迭代优化求解；
[0044]区域划分模块，用于利用迭代优化好的混凝土坝结构监测区域划分模型对混凝土坝监测区域进行划分。
[0045]本专利技术还提供了一种混凝土坝监测区域动态划分设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土坝监测区域动态划分方法，其特征在于，包括：根据混凝土坝监测区域的测点时序数据和测点空间数据，构建测点时空数据矩阵；对所述测点时空数据矩阵采用高斯混合聚类，并将混凝土坝安全测点的空间信息作为成分数量的先验知识，构建空间约束下的混凝土坝结构监测区域划分模型；采用期望最大化算法对所述混凝土坝结构监测区域划分模型的参数进行迭代优化求解；利用迭代优化好的混凝土坝结构监测区域划分模型对混凝土坝监测区域进行划分。2.根据权利要求1所述的混凝土坝监测区域动态划分方法，其特征在于，所述根据混凝土坝监测区域的测点时序数据和测点空间数据，构建测点时空数据矩阵包括：获取混凝土坝监测区域测点在某一时段内的测点时序数据x
i
＝(x
i1
,x
i2
,
…
,x
in
)，其中，x
in
为某一时点的测点测值；获取混凝土坝监测区域测点的测点空间数据s(i)＝(n
i
,e
i
,h
i
,d
i
)，其中，n
i
、e
i
分别代表测点布设位置的水平向坐标，h
i
代表测点布设位置的垂直向坐标，d
i
代表测点所属的监测仪器类型；根据所述测点时序数据和所述测点空间数据构建所述测点时空数据矩阵：其中，R
n
表示混凝土坝监测区域测点集合。3.根据权利要求1所述的混凝土坝监测区域动态划分方法，其特征在于，所述将混凝土坝安全测点的空间信息作为成分数量的先验知识，构建空间约束下的混凝土坝结构监测区域划分模型包括：获取混凝土坝安全测点的测值数据集X＝(x1,x2,...,x
N
)和安全测点测值数据集的空间最近测点数据获取安全测点的空间距离q＝(q1,q2,...,q
N
)，其中，n
k
，e
k
，h
k
分别代表测点的三维空间坐标信息，k＝1...N；根据所述安全测点的空间距离计算空间距离特征Q＝(Q1,Q2,...,Q
N
)，其中，q
max
、q
min
分别为q的最大值和最小值；根据安全测点的监测仪器类型获取成分权重{w1,w2,...,w
C
}，并根据所述成分权重和所述空间距离特征计算得到隐特征向量Z＝(Z1,Z2,...,Z
n
)，其中，Z

【专利技术属性】
技术研发人员：陈豪，包腾飞，董昊宸，付琨，郭丽娜，常河，禹跃美，李黎，陈晋宇，张宏，朱立新，郭海峰，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：