一种基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统

技术领域

本发明涉及水利工程技术领域，具体涉及一种基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统。

背景技术

随着环境的变化，水资源逐渐成为了人类的紧缺资源，因此水资源的保护成为了近年来火热的话题，如水利工程、引调水工程和水文监测等。堤防工程是水利工程的关键工程之一，堤防工程的安全是保证河道防洪减灾的关键，如果堤防工程存在着安全隐患，或者运营管理人员不了解堤坝的安全状态，会使堤防的运行风险很高，也无法发挥其正常的效益。因此，加强对堤防工程的形变监测是非常重要的。

堤防在降雨以及水位等的作用下，会产生不同的形变。同时，形变监测是对堤防最直接的监测，是了解堤防状态的重要内容，也是判断堤防是否安全最简单的方法。

现有大部分堤防形变监测往往只是获取形变的相关数据，在堤防已经形变严重之后才会发出警告，难以在日常的监测结果中预先对堤防形变状态做出分析预判，从而不能及时的对风险作出预警，因此，提出一种基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统，解决以下技术问题：

如何提供一种能够更加及时准确的监测堤防形变状态的风险监测管理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统，包括：

多个监测点，用于获取目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合；

降雨量监控模块，用于监测目标堤防区域的实时降雨状态；

水位监测模块，设置于预设监控点，用于监测预设监控点的实时水位状态；

分析处理模块，用于根据所述水平位移数据集合和垂直位移数据集合计算所述目标堤防的形变状态，以及根据所述实时水位状态和实时降雨状态计算对所述目标堤防的形变状态的影响；

预警模块，基于数字孪生模拟模型判断所述目标堤防的形变状态是否存在异常，在判断存在异常时进行预警。

优选地，获取所述目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合的过程包括：

在垂直于所述目标堤防方向外侧稳定地带布置固定点，通过测距仪周期性的测量各个所述固定点至各个所述监测点之间的水平距离，形成水平位移数据集合；

通过电子水准仪周期性的获取各个所述监测点的垂直位移数据，形成垂直位移数据集合。

优选地，根据所述水平位移数据集合和垂直位移数据集合计算所述目标堤防的形变状态的过程包括：

通过公式：

计算t时刻的水平位移对形变的影响系数W

通过公式：

计算t时刻的垂直位移对形变的影响系数W

通过公式：

计算t时刻的位移整体影响系数W

其中，K

优选地，获取所述实时降雨状态的过程包括：

在所述目标堤防区域设置若干组降雨量监测传感器，用于实时监测对应区域的降雨量；

根据所述降雨量获取降雨影响系数C

其中，C

优选地，所述降雨影响系数C

通过公式：

计算t时刻的降雨量对水平方向形变的影响系数C

通过公式：

计算t时刻的降雨量对垂直方向形变的影响系数C

其中，n为存在的降雨时间区间个数，i∈[1，n]；[t

优选地，根据所述实时水位状态计算对所述目标堤防的形变状态的影响的过程包括：

通过水位传感器周期性的获取所述目标堤防的预设监控点的水位数据；

通过公式：

计算t时刻的水位对水平方向形变的影响系数S

通过公式：

计算t时刻的水位对垂直方向形变的影响系数S

其中，m为预设周期内获取水位的次数，k∈[1，m]；P

优选地，基于数字孪生模拟模型判断所述目标堤防的形变状态是否存在异常的过程包括：

将位移整体影响系数W

若W

否则，根据所述实时水位状态和实时降雨状态对所述阈值条件W

其中，所述阈值条件W

优选地，根据所述实时水位状态和实时降雨状态对所述阈值条件W

通过公式：

计算修正后的阈值条件W

将W

若W

否则，判断所述目标堤防的形变状态无异常；

其中，C(t)＝C

本发明的有益效果：

该基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统，首先在目标堤防上依次设置多个堤防监测点，然后通过多个监测点获取目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合，从而根据水平位移数据集合和垂直位移数据集合判断目标堤防的形变状态，进而根据目标堤防的形变状态结果进行预警，同时通过降雨量监控模块监测目标堤防区域的实时降雨状态，通过水位监测模块监测预设监控点的实时水位状态，然后通过所述实时水位状态和实时降雨状态计算对所述目标堤防的形变状态的影响，根据影响对目标堤防可能存在的潜在风险进行及时的判断，进而能够提高判断结果的及时性，避免监测的滞后性造成堤防发生形变安全隐患问题，通过在日常的监测结果中预先对堤防形变状态做出分析预判，解决现有大部分堤防形变监测不能及时的对堤防形变风险作出预警的问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统模块连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种基于孪生模拟的水利工程运行风险监测管理系统，包括：

多个监测点，用于获取目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合；

降雨量监控模块，用于监测目标堤防区域的实时降雨状态；

水位监测模块，设置于预设监控点，用于监测预设监控点的实时水位状态；

分析处理模块，用于根据水平位移数据集合和垂直位移数据集合计算目标堤防的形变状态，以及根据实时水位状态和实时降雨状态计算对目标堤防的形变状态的影响；

预警模块，基于数字孪生模拟模型判断目标堤防的形变状态是否存在异常，在判断存在异常时进行预警。

通过上述技术方案，本实施例首先在目标堤防上依次设置多个堤防监测点，然后通过多个监测点获取目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合，从而根据水平位移数据集合和垂直位移数据集合判断目标堤防的形变状态，进而根据目标堤防的形变状态结果进行预警，同时通过降雨量监控模块监测目标堤防区域的实时降雨状态，通过水位监测模块监测预设监控点的实时水位状态，然后通过所述实时水位状态和实时降雨状态计算对所述目标堤防的形变状态的影响，根据影响对目标堤防可能存在的潜在风险进行及时的判断，进而能够提高判断结果的及时性，避免监测的滞后性造成堤防发生形变安全隐患问题，通过在日常的监测结果中预先对堤防形变状态做出分析预判，解决现有大部分堤防形变监测不能及时的对堤防形变风险作出预警的问题。

获取目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合的过程包括：

在垂直于目标堤防方向外侧稳定地带布置固定点，通过测距仪周期性的测量各个固定点至各个监测点之间的水平距离，形成水平位移数据集合；

通过电子水准仪周期性的获取各个监测点的垂直位移数据，形成垂直位移数据集合。

通过上述技术方案，本实施例提出了一种获取目标堤防的水平位移数据集合和垂直位移数据集合方法，具体的，通过在垂直于目标堤防方向外侧稳定地带布置固定点，通过测距仪周期性的测量各个固定点至各个监测点之间的水平距离，形成水平位移数据集合，通过电子水准仪周期性的获取各个监测点的垂直位移数据，形成垂直位移数据集合，需要说明的是，该周期性测量的方式根据具体情况设定，可以为一天、一周或一月等。

根据水平位移数据集合和垂直位移数据集合计算目标堤防的形变状态的过程包括：

通过公式：

计算t时刻的水平位移对形变的影响系数W

通过公式：

计算t时刻的垂直位移对形变的影响系数W

通过公式：

计算t时刻的位移整体影响系数W

其中，K

通过上述技术方案，本实施例提出了一种根据水平位移数据集合和垂直位移数据集合计算目标堤防的形变状态的方法，具体的，通过公式

需要说明的是，线性回归斜率的计算可采用现有技术中常用的算法方法实现，在此也不作限制，K

获取实时降雨状态的过程包括：

在目标堤防区域设置若干组降雨量监测传感器，用于实时监测对应区域的降雨量；

根据降雨量获取降雨影响系数C

其中，C

通过上述技术方案，本实施例提出了一种获取实时降雨状态的方法，具体的，在目标堤防区域设置若干组降雨量监测传感器，用于实时监测对应区域的降雨量；根据降雨量获取降雨影响系数C

降雨影响系数C

通过公式：

计算t时刻的降雨量对水平方向形变的影响系数C

通过公式：

计算t时刻的降雨量对垂直方向形变的影响系数C

其中，n为存在的降雨时间区间个数，i∈[1，n]；[t

通过上述技术方案，本实施例提出了一种计算降雨影响系数C

需要说明的是，降雨形变影响函数f

根据实时水位状态计算对目标堤防的形变状态的影响的过程包括：

通过水位传感器周期性的获取目标堤防的预设监控点的水位数据；

通过公式：

计算t时刻的水位对水平方向形变的影响系数S

通过公式：

计算t时刻的水位对垂直方向形变的影响系数S

其中，m为预设周期内获取水位的次数，k∈[1，m]；P

通过上述技术方案，本实施例提出了一种根据实时水位状态计算目标堤防的形变状态方法，具体的，将水位传感器设置于目标堤防断面，通过水位传感器周期性的获取目标堤防的水位数据；通过公式

需要说明的是，水位形变影响函数f

基于数字孪生模拟模型判断目标堤防的形变状态是否存在异常的过程包括：

将位移整体影响系数W

若W

否则，根据实时水位状态和实时降雨状态对阈值条件W

其中，阈值条件W

通过上述技术方案，本实施例提出了一种基于数字孪生模拟模型判断目标堤防的形变状态的方法，具体的，将位移整体影响系数W

根据实时水位状态和实时降雨状态对阈值条件W

通过公式：

计算修正后的阈值条件W

将W

若W

否则，判断目标堤防的形变状态无异常；

其中，C(t)＝C

通过上述技术方案，本实施例提出了一种根据实时水位状态和实时降雨状态对阈值条件W

需要说明的是，降雨量对形变影响预设状态阈值C

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。