一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法及系统，涉及水利工程监测技术领域，包括如下步骤：为工作区域选择相应的检测点，在检测点依次对坝体参数和水体参数进行采集，分析确定变形系数

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及水利工程监测
，具体为一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法及系统
。

技术介绍

[0002]水利数据或水文监测越来越趋向于智能化检测，随着智能化设备和网络通信技术的不断发展，如何实现水利工程中监测的无人化智能化，并且提供更加准确的数据处理，这是随着通信网络和智能化设备发展需要不断改进升级的地方，智能化的监测，不仅能够节约人工成本，同时提供快速响应方式，为水利工程的监测提供便捷性，现有技术中也存在一些水利或水文自动监测手段，但是系统不够全面不够稳定，造成容易出现监测数据不准确或者数据异常，预警不够及时完善，导致还需要人工维护
。

技术实现思路

[0003](
一
)
解决的技术问题
[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法及系统
。
[0005](
二
)
技术方案
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法，包括如下步骤：确定工作区域后并构建相应的电子地图，随机为工作区域选择相应的检测点，并依据检测点的分布确定检测顺序并输出；具体步骤包括：
[0008]依据水利工程方案确定工作区域后，构建工作区域的电子地图，随机在电子地图上设置若干个检测点，依据接近中心性算法，计算电子地图上若干个检测点的接近中心度；获取若干个接近中心度并进行排序，形成排序结果，以排序结果作为检测顺序；
[0009]依据检测点的覆盖范围确定采集区域并依次对坝体参数和水体参数进行采集，分析后获取变形数据和水体数据，建立变形数据集和水体数据集，并经过分析后，确定变形系数
Bx
和水体系数
Tc
，对坝体变形情况和坝体承载情况形成评价；
[0010]在变形系数
Bx
或水体系数
Tc
高于相应阈值时，将涉及的采集区域确定为异常区域；构建水利工程建筑构造的数字孪生模型及位于水利工程中的水体模型，并据此判断水利工程是否存在安全风险并获取水利工程的崩坏值
Xd
；
[0011]依据获取的崩坏值
Xd
确定水利工程的崩坏风险后，构建应急方案库，并依据水利工程的数字孪生模型，确定应急方案是否可行，如果可行，则将较佳方案输出；如果不可行，则向工作人员发出预警
。
[0012]进一步地，在采集点中通过采集装置在坝体上进行变形数据采集，确定坝体表面变形系数
Mb、
内部应力系数
Nx
及水平位移系数
Wy
，构建变形数据集；其中表面变形系数
Mb
通过多点变位计进行周期性检测，内部应力系数
Nx
通过锚杆应力计进行周期性检测，水平位
移系数
Wy
通过位移计进行周期性检测
。
[0013]进一步地，获取变形数据集，对坝体表面变形系数
Mb、
内部应力系数
Nx
及水平位移系数
Wy
进行无量纲化处理后，获取变形系数
Bx
；其中，变形系数
Bx
的获取方式符合如下公式：
[0014][0015]其中，参数意义为：表面变形因子
Ab
，
0.55≤Ab≤0.81
，内部应力因子
Ax
，
0.69≤Ax≤0.93
，位移因子
Ay
，
0.71≤Ay≤1.23
，
C
为常数修正系数；
[0016]需要说明的是，由本领域技术人员采集多组数据并对每一组数据设定对应的预设比例系数；将设定的预设比例系数和采集数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到
Ab、Ax
及
Ay
的取值
。
[0017]进一步地，在采集点中通过采集装置在水体中进行水体数据采集，确定水体渗透压力
St、
水位
Zw
及流速
Ls
，构建水体数据集；其中水体渗透压力
St
通过渗压计进行周期性检测，水位
Zw
通过水位传感器进行周期性检测，流速
Ls
通过流速计进行周期性检测
。
[0018]进一步地，获取水体数据集，对水体渗透压力
St、
水位
Zw
及流速
Ls
进行无量纲化处理后，获取水体系数
Tc
；其中，水体系数
Tc
的获取方式符合如下公式：
[0019][0020]其中，参数意义为：渗压因子
At
，
0.46≤At≤0.71
，水位因子
Aw
，
0.22≤Aw≤0.53
，流速因子
As
，
0.95≤As≤1.34
，
C
为常数修正系数；
[0021]需要说明的是，由本领域技术人员采集多组数据并对每一组数据设定对应的预设比例系数；将设定的预设比例系数和采集数据代入公式，任意三个公式构成三元一次方程组，将计算得到的系数进行筛选并取均值，得到
At、Aw
及
As
的取值
。
[0022]进一步地，获取变形系数
Bx
和水体系数
Tc
，当两者有一个或同时超出相应阈值时，对异常区域形成验证，此时，将异常区域在电子地图上进行标记，从而形成可视化；依据标记，获取异常区域的数量及相应的总异常面积
,
判断总异常面积占比是否超过警戒比例，在未超过相应的警戒比例时，依据与相应阈值关系，为工作区域确定风险等级；
[0023]其中，工作区域的风险从高至低分别为第一风险等级
、
第二风险等级
、
第三风险等级至第四风险等级；此时，在确定了工作区域的风险后，用户能够依据工作区域的风险值来判断是否需要采取进一步的应急措施，尽量保证水利工作的安全
。
[0024]进一步地，在工作区域的风险大于等于第四风险等级时，依据变形数据集及水体数据集中的检测数据，构建水利工程建筑的数字孪生模型及位于水利工程中的水体模型，并将其上传至云端，依据数字孪生模型确定水利工程工作区域的载荷；
[0025]依据载荷信息，结合水利工程建筑的数字孪生模型，为水利工程工作区域施加相应的载荷，进行仿真分析，获取水利工程工作区域在相应的添加相应载荷后，持续保持预设时间；在经过预设时间后，获取水利工程的崩坏值
Xd。
[0026]进一步地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法，其特征在于：包括如下步骤：确定工作区域后并构建相应的电子地图，随机为工作区域选择相应的检测点，并依据检测点的分布确定检测顺序并输出；具体步骤包括：依据水利工程方案确定工作区域后，构建工作区域的电子地图，随机在电子地图上设置若干个检测点，依据接近中心性算法，计算电子地图上若干个检测点的接近中心度；获取若干个接近中心度并进行排序，形成排序结果，以排序结果作为检测顺序；依据检测点的覆盖范围确定采集区域并依次对坝体参数和水体参数进行采集，分析后获取变形数据和水体数据，建立变形数据集和水体数据集，并经过分析后，确定变形系数
Bx
和水体系数
Tc
，对坝体变形情况和坝体承载情况形成评价；在变形系数
Bx
或水体系数
Tc
高于相应阈值时，将涉及的采集区域确定为异常区域；构建水利工程建筑构造的数字孪生模型及位于水利工程中的水体模型，并据此判断水利工程是否存在安全风险并获取水利工程的崩坏值
Xd
；依据获取的崩坏值
Xd
确定水利工程的崩坏风险后，构建应急方案库，并依据水利工程的数字孪生模型，确定应急方案是否可行，如果可行，则将较佳方案输出；如果不可行，则向工作人员发出预警
。2.
根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法，其特征在于：在采集点中通过采集装置在坝体上进行变形数据采集，确定坝体表面变形系数
Mb、
内部应力系数
Nx
及水平位移系数
Wy
，构建变形数据集；其中，表面变形系数
Mb
通过多点变位计进行周期性检测，内部应力系数
Nx
通过锚杆应力计进行周期性检测，水平位移系数
Wy
通过位移计进行周期性检测
。3.
根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法，其特征在于：获取变形数据集，对坝体表面变形系数
Mb、
内部应力系数
Nx
及水平位移系数
Wy
进行无量纲化处理后，获取变形系数
Bx
；其中，变形系数
Bx
的获取方式符合如下公式：其中，参数意义为：表面变形因子
Ab
，
0.55≤Ab≤0.81
，内部应力因子
Ax
，
0.69≤Ax≤0.93
，位移因子
Ay
，
0.71≤Ay≤1.23
，
C
为常数修正系数
。4.
根据权利要求3所述的一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法，其特征在于：在采集点中通过采集装置在水体中进行水体数据采集，确定水体渗透压力
St、
水位
Zw
及流速
Ls
，构建水体数据集；其中水体渗透压力
St
通过渗压计进行周期性检测，水位
Zw
通过水位传感器进行周期性检测，流速
Ls
通过流速计进行周期性检测
。5.
根据权利要求4所述的一种基于数字孪生的水利工程智能监测方法，其特征在于：获取水体数据集，对水体渗透压力
St、
水位
Zw
及流速
Ls
进行无量纲化处理后，获取水体系数
Tc
；其中，水体系数
Tc
的获取方式符合如下公式：其中，参数意义为：渗压因子
At
，
0.46≤At≤0.71
，水位因子
Aw
，
0.22≤Aw≤0.53
，流速
因子
As
，
0.95≤As≤1.34
，
C
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴桐，徐坚，李国忠，张双印，王丽华，郑学东，李丽，李丹，范国庆，熊保峰，
申请(专利权)人：启东市水利市政工程有限公司，
类型：发明
国别省市：