申请/专利权人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院;淮河水利委员会沂沭泗水利管理局

申请日：2024-01-12

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN117592013B

主分类号：G06F18/27

分类号：G06F18/27;G01B21/32;G06F18/21;G06F17/18;G06Q10/0631;G06Q10/0635

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2024.03.12#实质审查的生效;2024.02.23#公开

摘要：本发明公开了一种水闸建筑物变形实时风险率量化与预警方法，包括S1：搭建监控系统；S2：所有监测设备实时监测水闸的变形情况，定期将采集的数据传送给数据处理模块；S3：数据处理模块根据收到的水闸变形原始数据建立水闸建筑物变形监控模型，通过模型进行单测点的风险率量化；S4：智能决策与预警模块将得到的各测点风险率进行实时分析，并在超过预设值时进行预警。本发明将实时监测的变形数据与水闸运行状态联系起来，解决了传统水工建筑物风险率转换方法尚未结合工程实时运行状态的问题；并考虑不同测点之间的关联性与协同性，有效解读工程监测信息且直观反映工程运行实时性状，实现直观衡量水闸风险程度、动态跟踪工程形态的目的。

主权项：1.水闸建筑物变形实时风险率量化与预警方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：搭建监控系统：所述监控系统包括数据采集模块、数据储存模块、数据处理模块和智能决策与预警模块；其中，数据采集模块包括布置在水闸建筑物中的温度传感器、布置于水闸上下游水域中的水位传感器，以及布置在水闸建筑物不同测点的多个监测设备；所述监测设备以位移传感器为核心部件，每个监测设备对应一个唯一的编号；数据采集模块用于收集水闸建筑物的结构温度、水闸上下游水位、不同测点的变形数据；数据处理模块用于对监测数据进行分析和计算；数据存储模块用于存储数据采集模块采集的原始数据，以及经数据处理模块分析和计算的结果；智能决策与预警模块根据数据处理模块的计算结果进行判断，并根据判断结果发出警报信息；步骤S2：数据采集模块中的所有监测设备实时采集水闸建筑物各测点的变形信息、温度传感器实时采集水闸建筑物的结构温度信息，以及水位传感器实时采集水闸上下游水域的水位信息，定期将采集的原始数据传送给数据处理模块，并存储于数据储存模块中；步骤S3：数据处理模块根据收到的水闸建筑物变形原始数据，建立水闸建筑物变形监控模型，通过水闸建筑物变形监控模型进行单测点的风险率量化；建立水闸建筑物变形监控模型，具体包括如下步骤：步骤S3.1：取前m2+6组所采集的水闸上下游水位差H、温度监测值T、以及第j个测点所监测的水闸建筑物变形实测值，并带入下式中，求出参数aj1、aj2、aj3、bj1、...bjs、...bm2s、cj1、cj2和dj； ；式中，H为水闸上下游水位差，Ts为第s个温度传感器采集的温度变化值，即第s个温度传感器第i天的实测值减去该温度传感器安装时的初始测值，m2为温度传感器的总数；i为监测日至始测日的累计天数，；cj1、cj2表示时效因子拟合系数，dj为常数项；该步骤中，i∈[1，m2+6]；具体采用如下方法求解参数aj1、aj2、aj3、bj1、...bjs、...bm2s、cj1、cj2和dj：1）、计算实测值和拟合值的剩余平方和U： ；2）、根据最小二乘原理，则存在： ；从而求得上述拟合参数；步骤S3.2：根据步骤S3.1求出的参数，得出第j个测点的变形拟合值函数，即第j个测点的变形监控模型： ；该步骤中，i∈（m2+6，n]，n为大于m2+6的自然数；步骤S3.3：采用和步骤S3.1、步骤S3.2相同的方法，求出其他测点的变形监控模型；通过水闸建筑物变形监控模型进行单测点的风险率量化，具体如下：将第j个测点的实测值和拟合值代入下式，得出水闸建筑物该测点的实时风险率； ；式中，为第j个测点第i天的风险率；为第j个测点第i天的拟合值；为第j个测点第i天的实测值；为剩余标准差，；步骤S4：智能决策与预警模块对得到的各测点风险率信息进行实时分析，基于Copula函数实现水闸建筑物变形综合风险率量化，并对水闸建筑物变形综合风险率进行研判，当综合风险率超过预设值时进行预警，具体包括如下步骤：步骤S4.1：选取Gamma分布作为残差序列的边缘概率分布函数，将步骤3中计算得出的序列和对应的x作为已知条件带入下式进行拟合，得出参数g1，g2： ；其中，第j个测点第i天的风险率值等于对应的，即和存在一一对应关系；实测值与拟合值之差为x，即；；根据求得的参数g1，g2，得出第j个测点的边缘概率分布函数；步骤S4.2：采用同样的方法求得其他测点的边缘概率分布函数；步骤S4.3：将得到的j组序列代入FrankCopula函数，其中FrankCopula函数表达式如下： ；采用非线性拟合法求解参数，对上式进行求导得到，其中，已知，因此能够得到FrankCopula函数具体的表达式；步骤S4.4：对于水闸建筑物变形而言，单测点的变形异常均视为水闸整体的状态异常，因此，水闸建筑物整体变形效应量风险率的计算公式为： ；式中，Pi为第i天水闸建筑物整体风险率；步骤S4.5：将Pi与水闸建筑物整体风险率的预设阈值Qi进行对比：当Pi≥Qi时，智能决策与预警模块发布预警信息；当Pi＜Qi时，则持续监测；所述预设阈值由已计算出的风险率Pi-1计算得出。

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