CN112462035A - 一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，包括包括大坝拱形面区域划分模块、区域混凝土应力检测模块、区域裂缝检测模块、安全数据库、土体内部位移变形监测模块、地表沉降监测模块、建模分析模块、分析云平台和显示终端，本发明通过对水库大坝的混凝土应力和裂缝情况对应的大坝本身影响因素检测，得到大坝开裂危险系数和裂缝危险系数，并通过对土体内部位移变形情况和对大坝底部地表沉降量对应的外力影响因素检测，进而综合以上统计大坝的综合危险系数，弥补了现有现有水库大坝监测手段过于片面化的问题，降低了大坝危险事故的发生，保障了人民生命财产安全，满足了对水库大坝安全监测的综合化需求。

Description

一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统

技术领域

本发明属于大坝安全监测技术领域，涉及到一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统。

背景技术

我国到目前为止拥有着非常多的水利水电工程数目,尤其是最近几年来所建造的水库数量越来越多，水库大坝的安全与否会直接影响到人民的财产安全,甚至是威胁到人们的生命安全,有时候即便是非常小的漏洞都有可能引起不可挽回的巨大损失,致使国家财产损失以及人民生命伤亡，因此对水库大坝的安全监测显得尤为重要，而对现有水库大坝的监测手段还只是针对大坝本身的影响因素进行检测，没有考虑到大坝与土壤接触部位的土体参数等其他外力影响因素，这样就导致其监测的结果过于片面化，无法综合反映水库大坝所处的危险状况，当其他外力影响因素导致大坝出现危险情况时，人们往往无法提前预知，从而导致重大的经济损失和人员伤亡，因此现有水库大坝的监测手段无法满足对水库大坝安全监测的综合化需求。

发明内容

为了解决相关领域中的技术问题，本发明提供一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，通过综合水库大坝本身的混凝土应力及裂缝和土体内部位移变形量及地表沉降量，进而统计大坝的综合危险系数，解决了背景技术中提到的现有水库大坝监测手段过于片面化的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，包括大坝拱形面区域划分模块、区域混凝土应力检测模块、区域裂缝检测模块、安全数据库、土体内部位移变形监测模块、地表沉降监测模块、建模分析模块、分析云平台和显示终端；

所述大坝拱形面区域划分模块用于将待监测的大坝对应的拱形面区域按照网格化的划分方式划分为各子区域，划分的各子区域按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n；

所述区域混凝土应力检测模块包括若干应力计，用于对划分的各子区域内侧和外侧的混凝土应力进行检测，其中得到的各子区域内侧混凝土应力构成区域内侧混凝土应力集合F(f1,f2,...,fi,...,fn)，fi表示为第i个子区域的内侧混凝土应力，得到的各子区域外侧混凝土应力构成区域外侧混凝土应力集合F′(f′1,f′2,...,f′i,...,f′n)，f′i表示为第i个子区域的外侧混凝土应力，区域混凝土应力检测模块将区域内侧混凝土应力集合和区域外侧混凝土应力集合中同一子区域内侧混凝土应力和外侧混凝土应力进行差值对比，得到各子区域内外混凝土应力差，并构成区域内外混凝土应力差集合ΔF(Δf1,Δf2,...,Δfi,...,Δfn)，进而将区域内外混凝土应力差集合发送至建模分析模块；

所述区域裂缝检测模块用于对划分的各子区域内的裂缝进行检测，其具体检测步骤如下：

步骤S1：统计各子区域内的裂缝个数，并统计的各个裂缝进行编号，分别标记为1,2...k...l；

步骤S2：对编号的各子区域内的各个裂缝获取其裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度，并构成区域裂缝参数集合Pⁱ(pⁱ _w1,pⁱ _w2,...,pⁱ _wk,...,pⁱ _wl)，pⁱ _wk表示为第i个子区域内第k个裂缝的第w个裂缝参数对应的数值，w表示为裂缝参数，w＝wa,wb,wc,wa,wb,wc分别表示为裂缝长度，裂缝宽度，裂缝深度，并将区域裂缝参数集合发送至建模分析模块；

所述土体内部位移变形监测模块用于对拱形大坝与土壤接触的两个侧面的土体内部位移变形情况进行监测，其中土体内部位移变形监测模块包括监测点布设模块、监测点位移变形量监测模块和变形危险系数统计模块；

所述监测点布设模块用于对拱形大坝与土壤接触的左右两个侧面分别布设监测点，对每个侧面布设监测点按照该侧面与土壤的接触面积进行布设，得到各侧面的若干监测点，并将各监测点按照预设的顺序进行编号，其中左侧面布设的各监测点依次标记为1_左,2_左...j_左...m_左，右侧面布设的各监测点依次标记为1_右,2_右...j_右...m_右；

所述监测点位移变形量监测模块包括若干串联式固定测斜仪，用于对左侧面和右侧面布设的各监测点进行土体内部位移变形量检测，其具体检测过程中执行以下步骤：

步骤H1：将串联式固定测斜仪分别水平安插在左侧面和右侧面布设的各监测点的土体内部；

步骤H2：根据各监测的串联式固定测斜仪显示的数据，获取左侧面和右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移，记为第一土体内部倾斜位移，并将左侧面各监测点的第一土体内部倾斜位移构成左侧面第一土体内部倾斜位移集合S_左(s1_左,s2_左,...,sj_左,...,sm_左)，sj_左表示为左侧面第j个监测点的第一土体内部倾斜位移，将右侧面各监测点的第一土体内部倾斜位移构成右侧面第一土体内部倾斜位移集合S_右(s1_右,s2_右,...,sj_右,...,sm_右)，sj_右表示为右侧面第j个监测点的第一土体内部倾斜位移；

步骤H3：将左侧面第一土体内部倾斜位移集合和右侧面第一土体内部倾斜位移集合分别与安全数据库中对应监测点的原始倾斜位移进行对比，得到左侧面第一土体内部倾斜位移变形量集合ΔS_左(Δs1_左,Δs2_左,...,Δsj_左,...,Δsm_左)和右侧面第一土体内部倾斜位移变形量集合ΔS_右(Δs1_右,Δs2_右,...,Δsj_右,...,Δsm_右)；

步骤H4：在预设时间段后重新按照步骤S1-S2的方法获取左右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移，记为第二土体内部倾斜位移，并将左右侧面各监测点的第二土体内部倾斜位移分别与安全数据库中对应监测点的原始倾斜位移进行对比，得到左侧面第二土体内部倾斜位移变形量集合ΔS′_左(Δs′1_左,Δs′2_左,...,Δs′j_左,...,Δs′m_左)和右侧面第二土体内部倾斜位移变形量集合ΔS′_右(Δs′1_右,Δs′2_右,...,Δs′j_右,...,Δs′m_右)；

步骤H5：将左侧面第一和第二土体内部倾斜位移变形量集合进行对比，得到左侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合ΔS″_左(Δs″1_左,Δs″2_左,...,Δs″j_左,...,Δs″m_左)，同时将右侧面第一和第二土体内部倾斜位移变形量集合进行对比，得到右侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合ΔS″_右(Δs″1_右,Δs″2_右,...,Δs″j_右,...,Δs″m_右)；

所述变形危险系数统计模块将得到的左侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合中各监测点的相对土体内部倾斜位移变形量统计其平均值，得到左侧面相对土体内部倾斜位移平均变形量，并与预设的左侧面土体内部倾斜位移对应的安全变形量进行比较，若大于预设安全变形量，其大坝左侧面土体内部变形危险系数δ_左取0.75，若小于预设安全变形量，其大坝左侧面土体内部变形危险系数δ_左取0.25，同样地，按照上述方法获取大坝右侧面土体内部变形危险系数δ_右，并将大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数发送至分析云平台；

所述地表沉降监测模块，用于对大坝底部地表的沉降进行检测，获取大坝底部地表的沉降量，并发送至分析云平台；

所述安全数据库存储大坝左右侧面各监测点的原始倾斜位移，存储左右侧面土体内部倾斜位移对应的安全变形量，存储各子区域的内外混凝土安全应力差，存储大坝建造时的原始厚度，并存储各裂缝危险等级对应的大坝综合裂缝量及各裂缝危险等级D＝1,2,3对应的裂缝危险系数；

所述建模分析模块接收区域混凝土应力检测模块发送的区域内外混凝土应力差集合，并提取安全数据库中各子区域的内外混凝土安全应力差，进而将区域内外混凝土应力差集合与各子区域的内外混凝土安全应力差进行对比，得到区域内外混凝土应力差对比集合ΔF′(Δf′1,Δf′2,...,Δf′i,...,Δf′n)，此时获取大坝当前的厚度，并提取安全数据库中大坝建造时的原始厚度，以此根据区域内外混凝土应力差对比集合、大坝当前的厚度和大坝建造时的原始厚度统计大坝的开裂危险系数，并发送至分析云平台；

同时，建模分析模块接收区域裂缝检测模块发送的区域裂缝参数集合，并根据区域裂缝参数集合中各子区域内各个裂缝的长度、宽度和深度，统计各子区域各个裂缝对应的裂缝量，进而将各子区域各个裂缝对应的裂缝量进行累加，得到大坝的综合裂缝量，并将大坝的综合裂缝量发送至分析云平台；

所述分析云平台接收土体内部位移变形监测模块发送的大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数，接收地表沉降监测模块发送的大坝底部地表的沉降量，接收建模分析模块发送的大坝的开裂危险系数和大坝的综合裂缝量，并将接收的大坝综合裂缝量与安全数据库中各裂缝危险等级对应的大坝综合裂缝量进行对比，筛选该大坝综合裂缝量对应的裂缝危险等级，同时将得到的裂缝危险等级与安全数据库中各裂缝危险等级对应的裂缝危险系数进行对比，筛选该裂缝危险等级对应的裂缝危险系数，以此分析云平台根据大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数、大坝底部地表的沉降量、大坝开裂危险系数和大坝裂缝危险系数统计大坝的综合危险系数，并发送至显示终端；

所述显示终端接收分析云平台发送的大坝综合危险系数，并显示。

更具体地，所述大坝拱形面区域划分模块将大坝拱形面区域划分为各子区域的具体划分方法包括以下几个步骤：

步骤W1：获取大坝从坝底到坝顶的高度距离，记为坝体高度；

步骤W2：获取大坝拱形面对应的弧长；

步骤W3：将获取的坝体高度和大坝拱形面对应的弧长分别进行均匀等分，进而将大坝拱形面区域按照网格化的方式划分为若干子区域。

更具体地，所述监测点布设模块对大坝与土壤接触的左右两个侧面分别布设监测点的具体布设方法如下：

步骤G1：分别获取大坝与土壤接触的左右两个侧面的接触区域及对应的接触面积；

步骤G2：分别将获取的左右侧面与土壤的接触面积进行均匀等分，并在得到的各等分接触面积所在接触区域布设一个监测点，由此得到左右侧面布设的若干监测点。

更具体地，所述左侧面和右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移的获取方法为分别读取各监测点上串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移数据，并将各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移进行累加，得到各监测点的土体内部累计倾斜位移。

更具体地，所述大坝开裂危险系数的计算公式为

式中Δf′i表示为第i个子区域内外混凝土应力差与对应的该子区域内外混凝土安全应力差之间的差值，Δfi₀表示为第i个子区域的内外混凝土安全应力差，t表示为大坝当前厚度，t₀表示为大坝建造时的原始厚度，A表示为固定常数，记为1.12。

更具体地，所述各子区域各个裂缝对应的裂缝量的计算公式为χⁱk＝pⁱ _wak*pⁱ _wbk*pⁱ _wck，χⁱk表示为第i个子区域第k个裂缝对应的裂缝量，pⁱ _wak、pⁱ _wbk、pⁱ _wck分别表示为第i个子区域第k个裂缝的裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度。

更具体地，所述大坝综合危险系数的计算公式为

式中δ_左、δ_右分别表示为大坝左侧面、右侧面土体内部变形危险系数，

表示为大坝开裂危险系数，R_D表示为第D个裂缝危险等级对应的裂缝危险系数，D＝1,2,3，h表示为大坝底部地表的沉降量。

本发明的有益效果如下：

(1)提供的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统通过对水库大坝进行区域划分，进而对子区域的混凝土应力和裂缝情况进行检测，得到大坝开裂危险系数和裂缝危险系数，并通过对大坝与土壤接触的两个侧面的土体内部位移变形情况进行监测和对大坝底部地表沉降量进行检测，进而综合以上统计大坝的综合危险系数，具有自动化程度高的特点，弥补了现有现有水库大坝监测手段过于片面化的问题，降低了大坝危险事故的发生，进而保障了人民生命财产安全，满足了对水库大坝安全监测的综合化需求。

(2)本发明针对拱形大坝，对拱形大坝的拱形面区域沿着其弧长进行区域划分，较好地利用了该大坝的建筑形状，为后续进行子区域内混凝土应力和裂缝检测提供方便，同时在划分的多个子区域进行检测，可得到多组检测数据，避免只得到整个拱形面区域单个混凝土应力和裂缝检测数据造成的检测误差，为后期统计水坝综合危险系数提供可靠的参考数据。

(3)本发明得到的大坝综合危险系数，综合了大坝的开裂、裂缝对应的大坝本身影响因素和大坝与土壤接触的土体内部位移变形、地表沉降对应的外力影响因素，实现了对大坝综合危险状况的量化展示，便于相关管理部门根据大坝综合危险系数提前预测大坝所处的危险状况，以便采取相对应的防护措施进行防护，进而延长大坝的使用寿命。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的模块示意图；

图2为本发明的土体内部位移变形监测模块示意图。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1-2，一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，包括大坝拱形面区域划分模块、区域混凝土应力检测模块、区域裂缝检测模块、安全数据库、土体内部位移变形监测模块、地表沉降监测模块、建模分析模块、分析云平台和显示终端，其中区域混凝土应力检测模块和区域裂缝检测模块分别与大坝拱形面区域划分模块和建模分析模块连接，分析云平台分别与建模分析模块、土体内部位移变形监测模块和地表沉降监测模块连接，显示终端与分析云平台连接；

大坝拱形面区域划分模块用于将待监测的大坝对应的拱形面区域按照网格化的划分方式划分为各子区域，具体划分方法包括以下几个步骤：

步骤W1：获取大坝从坝底到坝顶的高度距离，记为坝体高度；

步骤W2：获取大坝拱形面对应的弧长；

步骤W3：将获取的坝体高度和大坝拱形面对应的弧长分别进行均匀等分，进而将大坝拱形面区域按照网格化的方式划分为若干子区域，划分的各子区域按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n。

本实施例针对拱形大坝，对拱形大坝的拱形面区域沿着其弧长进行区域划分，较好地利用了该大坝的建筑形状，为后续进行子区域内混凝土应力和裂缝检测提供方便，同时在划分的多个子区域进行检测，可得到多组检测数据，避免只得到整个拱形面区域单个混凝土应力和裂缝检测数据造成的检测误差，为后期统计水坝综合危险系数提供可靠的参考数据。

区域混凝土应力检测模块包括若干应力计，用于对划分的各子区域内侧和外侧的混凝土应力进行检测，这里所说的子区域内侧为拱形大坝向内凹起的一侧，子区域外侧为拱形大坝向外凸出的一侧，其中得到的各子区域内侧混凝土应力构成区域内侧混凝土应力集合F(f1,f2,...,fi,...,fn)，fi表示为第i个子区域的内侧混凝土应力，得到的各子区域外侧混凝土应力构成区域外侧混凝土应力集合F′(f′1,f′2,...,f′i,...,f′n)，f′i表示为第i个子区域的外侧混凝土应力，区域混凝土应力检测模块将区域内侧混凝土应力集合和区域外侧混凝土应力集合中同一子区域内侧混凝土应力和外侧混凝土应力进行差值对比，得到各子区域内外混凝土应力差，并构成区域内外混凝土应力差集合ΔF(Δf1,Δf2,...,Δfi,...,Δfn)，进而将区域内外混凝土应力差集合发送至建模分析模块。

区域裂缝检测模块用于对划分的各子区域内的裂缝进行检测，其具体检测步骤如下：

步骤S1：统计各子区域内的裂缝个数，并统计的各个裂缝进行编号，分别标记为1,2...k...l；

步骤S2：对编号的各子区域内的各个裂缝获取其裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度，其中裂缝宽度可采用裂缝计进行检测获取，并构成区域裂缝参数集合Pⁱ(pⁱ _w1,pⁱ _w2,...,pⁱ _wk,...,pⁱ _wl)，pⁱ _wk表示为第i个子区域内第k个裂缝的第w个裂缝参数对应的数值，w表示为裂缝参数，w＝wa,wb,wc,wa,wb,wc分别表示为裂缝长度，裂缝宽度，裂缝深度，并将区域裂缝参数集合发送至建模分析模块。

本实施例在对各子区域的混凝土应力检测或裂缝检测过程中，其各子区域的检测应处在同一温度范围内，避免因温度不同导致检测出现误差，而影响检测数据的准确性。

本实施例对大坝各子区域进行混凝土应力检测和裂缝检测，针对的是大坝本身影响因素，其得到的检测结果为后期统计大坝综合危险系数提供大坝本身影响的相关系数。

土体内部位移变形监测模块用于对拱形大坝与土壤接触的两个侧面的土体内部位移变形情况进行监测，其中土体内部位移变形监测模块包括监测点布设模块、监测点位移变形量监测模块和变形危险系数统计模块；

监测点布设模块用于对拱形大坝与土壤接触的左右两个侧面分别布设监测点，对每个侧面布设监测点按照该侧面与土壤的接触面积进行布设，其具体布设方法如下：

步骤G1：分别获取大坝与土壤接触的左右两个侧面的接触区域及对应的接触面积；

步骤G2：分别将获取的左右侧面与土壤的接触面积进行均匀等分，并在得到的各等分接触面积所在接触区域布设一个监测点，由此得到左右侧面布设的若干监测点，并将各监测点按照预设的顺序进行编号，其中左侧面布设的各监测点依次标记为1_左,2_左...j_左...m_左，右侧面布设的各监测点依次标记为1_右,2_右...j_右...m_右。

监测点位移变形量监测模块包括若干串联式固定测斜仪，用于对左侧面和右侧面布设的各监测点进行土体内部位移变形量检测，其具体检测过程中执行以下步骤：

步骤H1：将串联式固定测斜仪分别水平安插在左侧面和右侧面布设的各监测点的土体内部；

步骤H2：根据各监测的串联式固定测斜仪显示的数据，分别读取左侧面和右侧面各监测点上串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移数据，并将各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移进行累加，获取左侧面和右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移，记为第一土体内部倾斜位移，并将左侧面各监测点的第一土体内部倾斜位移构成左侧面第一土体内部倾斜位移集合S_左(s1_左,s2_左,...,sj_左,...,sm_左)，sj_左表示为左侧面第j个监测点的第一土体内部倾斜位移，将右侧面各监测点的第一土体内部倾斜位移构成右侧面第一土体内部倾斜位移集合S_右(s1_右,s2_右,...,sj_右,...,sm_右)，sj_右表示为右侧面第j个监测点的第一土体内部倾斜位移；

步骤H3：将左侧面第一土体内部倾斜位移集合和右侧面第一土体内部倾斜位移集合分别与安全数据库中对应监测点的原始倾斜位移进行对比，得到左侧面第一土体内部倾斜位移变形量集合ΔS_左(Δs1_左,Δs2_左,...,Δsj_左,...,Δsm_左)和右侧面第一土体内部倾斜位移变形量集合ΔS_右(Δs1_右,Δs2_右,...,Δsj_右,...,Δsm_右)；

步骤H4：在预设时间段后重新按照步骤S1-S2的方法获取左右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移，记为第二土体内部倾斜位移，并将左右侧面各监测点的第二土体内部倾斜位移分别与安全数据库中对应监测点的原始倾斜位移进行对比，得到左侧面第二土体内部倾斜位移变形量集合ΔS′_左(Δs′1_左,Δs′2_左,...,Δs′j_左,...,Δs′m_左)和右侧面第二土体内部倾斜位移变形量集合ΔS′_右(Δs′1_右,Δs′2_右,...,Δs′j_右,...,Δs′m_右)；

步骤H5：将左侧面第一和第二土体内部倾斜位移变形量集合进行对比，得到左侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合ΔS″_左(Δs″1_左,Δs″2_左,...,Δs″j_左,...,Δs″m_左)，同时将右侧面第一和第二土体内部倾斜位移变形量集合进行对比，得到右侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合ΔS″_右(Δs″1_右,Δs″2_右,...,Δs″j_右,...,Δs″m_右)；

变形危险系数统计模块将得到的左侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合中各监测点的相对土体内部倾斜位移变形量统计其平均值，得到左侧面相对土体内部倾斜位移平均变形量，并与预设的左侧面土体内部倾斜位移对应的安全变形量进行比较，若大于预设安全变形量，其大坝左侧面土体内部变形危险系数δ_左取0.75，若小于预设安全变形量，其大坝左侧面土体内部变形危险系数δ_左取0.25，且变形危险系数越大，表明大坝变形程度越严重，同样地，按照上述方法获取大坝右侧面土体内部变形危险系数δ_右，并将大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数发送至分析云平台。

地表沉降监测模块，用于对大坝底部地表的沉降进行检测，获取大坝底部地表的沉降量，并发送至分析云平台。

本实施例对土体内部位移变形监测和地表沉降监测，针对的是外力影响因素，其监测结果为后期统计大坝综合危险系数提供外力影响的相关系数。

安全数据库存储大坝左右侧面各监测点的原始倾斜位移，存储左右侧面土体内部倾斜位移对应的安全变形量，存储各子区域的内外混凝土安全应力差，存储大坝建造时的原始厚度，并存储各裂缝危险等级对应的大坝综合裂缝量及各裂缝危险等级D＝1,2,3对应的裂缝危险系数。

建模分析模块接收区域混凝土应力检测模块发送的区域内外混凝土应力差集合，并提取安全数据库中各子区域的内外混凝土安全应力差，进而将区域内外混凝土应力差集合与各子区域的内外混凝土安全应力差进行对比，得到区域内外混凝土应力差对比集合ΔF′(Δf′1,Δf′2,...,Δf′i,...,Δf′n)，此时获取大坝当前的厚度，并提取安全数据库中大坝建造时的原始厚度，以此根据区域内外混凝土应力差对比集合、大坝当前的厚度和大坝建造时的原始厚度统计大坝的开裂危险系数

式中Δf′i表示为第i个子区域内外混凝土应力差与对应的该子区域内外混凝土安全应力差之间的差值，Δfi₀表示为第i个子区域的内外混凝土安全应力差，t表示为大坝当前厚度，t₀表示为大坝建造时的原始厚度，A表示为固定常数，记为1.12，并将统计的大坝开裂系数发送至分析云平台。

同时，建模分析模块接收区域裂缝检测模块发送的区域裂缝参数集合，并根据区域裂缝参数集合中各子区域内各个裂缝的长度、宽度和深度，统计各子区域各个裂缝对应的裂缝量χⁱk＝pⁱ _wak*pⁱ _wbk*pⁱ _wck，χⁱk表示为第i个子区域第k个裂缝对应的裂缝量，pⁱ _wak、pⁱ _wbk、pⁱ _wck分别表示为第i个子区域第k个裂缝的裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度，进而将各子区域各个裂缝对应的裂缝量进行累加，得到大坝的综合裂缝量，并将大坝的综合裂缝量发送至分析云平台。

分析云平台接收土体内部位移变形监测模块发送的大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数，接收地表沉降监测模块发送的大坝底部地表的沉降量，接收建模分析模块发送的大坝的开裂危险系数和大坝的综合裂缝量，并将接收的大坝综合裂缝量与安全数据库中各裂缝危险等级对应的大坝综合裂缝量进行对比，筛选该大坝综合裂缝量对应的裂缝危险等级，同时将得到的裂缝危险等级与安全数据库中各裂缝危险等级对应的裂缝危险系数进行对比，筛选该裂缝危险等级对应的裂缝危险系数，以此分析云平台根据大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数、大坝底部地表的沉降量、大坝开裂危险系数和大坝裂缝危险系数统计大坝的综合危险系数

式中δ_左、δ_右分别表示为大坝左侧面、右侧面土体内部变形危险系数，

表示为大坝开裂危险系数，R_D表示为第D个裂缝危险等级对应的裂缝危险系数，D＝1,2,3，h表示为大坝底部地表的沉降量，其统计的大坝综合危险系数越大，表明大坝所处的状况越危险，并将统计的大坝综合危险系数发送至显示终端。

本实施例得到的大坝综合危险系数，综合了大坝的开裂、裂缝对应的大坝本身影响因素和大坝与土壤接触的土体内部位移变形、地表沉降对应的外力影响因素，实现了对大坝综合危险状况的量化展示，克服了现有水库大坝监测手段过于片面化的问题，满足了对水库大坝安全监测的综合化需求，同时便于相关管理部门根据大坝综合危险系数提前预测大坝所处的危险状况，以便采取相对应的防护措施进行防护，降低大坝危险事故的发生，大大保障了人们生命财产安全，同时也能延长大坝的使用寿命。

显示终端接收分析云平台发送的大坝综合危险系数，并显示。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：包括大坝拱形面区域划分模块、区域混凝土应力检测模块、区域裂缝检测模块、安全数据库、土体内部位移变形监测模块、地表沉降监测模块、建模分析模块、分析云平台和显示终端；

所述大坝拱形面区域划分模块用于将待监测的大坝对应的拱形面区域按照网格化的划分方式划分为各子区域，划分的各子区域按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n；

所述区域混凝土应力检测模块包括若干应力计，用于对划分的各子区域内侧和外侧的混凝土应力进行检测，其中得到的各子区域内侧混凝土应力构成区域内侧混凝土应力集合F(f1,f2,...,fi,...,fn)，fi表示为第i个子区域的内侧混凝土应力，得到的各子区域外侧混凝土应力构成区域外侧混凝土应力集合F′(f′1,f′2,...,f′i,...,f′n)，f′i表示为第i个子区域的外侧混凝土应力，区域混凝土应力检测模块将区域内侧混凝土应力集合和区域外侧混凝土应力集合中同一子区域内侧混凝土应力和外侧混凝土应力进行差值对比，得到各子区域内外混凝土应力差，并构成区域内外混凝土应力差集合ΔF(Δf1,Δf2,...,Δfi,...,Δfn)，进而将区域内外混凝土应力差集合发送至建模分析模块；

所述区域裂缝检测模块用于对划分的各子区域内的裂缝进行检测，其具体检测步骤如下：

步骤S1：统计各子区域内的裂缝个数，并统计的各个裂缝进行编号，分别标记为1,2...k...l；

步骤S2：对编号的各子区域内的各个裂缝获取其裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度，并构成区域裂缝参数集合Pⁱ(pⁱ _w1,pⁱ _w2,...,pⁱ _wk,...,pⁱ _wl)，pⁱ _wk表示为第i个子区域内第k个裂缝的第w个裂缝参数对应的数值，w表示为裂缝参数，w＝wa,wb,wc,wa,wb,wc分别表示为裂缝长度，裂缝宽度，裂缝深度，并将区域裂缝参数集合发送至建模分析模块；

所述土体内部位移变形监测模块用于对大坝与土壤接触的两个侧面的土体内部位移变形情况进行监测，其中土体内部位移变形监测模块包括监测点布设模块、监测点位移变形量监测模块和变形危险系数统计模块；

所述监测点布设模块用于对大坝与土壤接触的左右两个侧面分别布设监测点，对每个侧面布设监测点按照该侧面与土壤的接触面积进行布设，得到各侧面的若干监测点，并将各监测点按照预设的顺序进行编号，其中左侧面布设的各监测点依次标记为1_左,2_左...j_左...m_左，右侧面布设的各监测点依次标记为1_右,2_右...j_右...m_右；

所述监测点位移变形量监测模块包括若干串联式固定测斜仪，用于对左侧面和右侧面布设的各监测点进行土体内部位移变形量检测，其具体检测过程中执行以下步骤：

步骤H1：将串联式固定测斜仪分别水平安插在左侧面和右侧面布设的各监测点的土体内部；

步骤H2：根据各监测的串联式固定测斜仪显示的数据，获取左侧面和右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移，记为第一土体内部倾斜位移，并将左侧面各监测点的第一土体内部倾斜位移构成左侧面第一土体内部倾斜位移集合S_左(s1_左,s2_左,...,sj_左,...,sm_左)，sj_左表示为左侧面第j个监测点的第一土体内部倾斜位移，将右侧面各监测点的第一土体内部倾斜位移构成右侧面第一土体内部倾斜位移集合S_右(s1_右,s2_右,...,sj_右,...,sm_右)，sj_右表示为右侧面第j个监测点的第一土体内部倾斜位移；

步骤H3：将左侧面第一土体内部倾斜位移集合和右侧面第一土体内部倾斜位移集合分别与安全数据库中对应监测点的原始倾斜位移进行对比，得到左侧面第一土体内部倾斜位移变形量集合ΔS_左(Δs1_左,Δs2_左,...,Δsj_左,...,Δsm_左)和右侧面第一土体内部倾斜位移变形量集合ΔS_右(Δs1_右,Δs2_右,...,Δsj_右,...,Δsm_右)；

步骤H4：在预设时间段后重新按照步骤S1-S2的方法获取左右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移，记为第二土体内部倾斜位移，并将左右侧面各监测点的第二土体内部倾斜位移分别与安全数据库中对应监测点的原始倾斜位移进行对比，得到左侧面第二土体内部倾斜位移变形量集合ΔS′_左(Δs′1_左,Δs′2_左,...,Δs′j_左,...,Δs′m_左)和右侧面第二土体内部倾斜位移变形量集合ΔS′_右(Δs′1_右,Δs′2_右,...,Δs′j_右,...,Δs′m_右)；

步骤H5：将左侧面第一和第二土体内部倾斜位移变形量集合进行对比，得到左侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合ΔS″_左(Δs″1_左,Δs″2_左,...,Δs″j_左,...,Δs″m_左)，同时将右侧面第一和第二土体内部倾斜位移变形量集合进行对比，得到右侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合ΔS″_右(Δs″1_右,Δs″2_右,...,Δs″j_右,...,Δs″m_右)；

所述变形危险系数统计模块将得到的左侧面相对土体内部倾斜位移变形量集合中各监测点的相对土体内部倾斜位移变形量统计其平均值，得到左侧面相对土体内部倾斜位移平均变形量，并与预设的左侧面土体内部倾斜位移对应的安全变形量进行比较，若大于预设安全变形量，其大坝左侧面土体内部变形危险系数δ_左取0.75，若小于预设安全变形量，其大坝左侧面土体内部变形危险系数δ_左取0.25，同样地，按照上述方法获取大坝右侧面土体内部变形危险系数δ_右，并将大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数发送至分析云平台；

所述地表沉降监测模块，用于对大坝底部地表的沉降进行检测，获取大坝底部地表的沉降量，并发送至分析云平台；

所述安全数据库存储大坝左右侧面各监测点的原始倾斜位移，存储左右侧面土体内部倾斜位移对应的安全变形量，存储各子区域的内外混凝土安全应力差，存储大坝建造时的原始厚度，并存储各裂缝危险等级对应的大坝综合裂缝量及各裂缝危险等级D＝1,2,3对应的裂缝危险系数；

所述建模分析模块接收区域混凝土应力检测模块发送的区域内外混凝土应力差集合，并提取安全数据库中各子区域的内外混凝土安全应力差，进而将区域内外混凝土应力差集合与各子区域的内外混凝土安全应力差进行对比，得到区域内外混凝土应力差对比集合ΔF′(Δf′1,Δf′2,...,Δf′i,...,Δf′n)，此时获取大坝当前的厚度，并提取安全数据库中大坝建造时的原始厚度，以此根据区域内外混凝土应力差对比集合、大坝当前的厚度和大坝建造时的原始厚度统计大坝的开裂危险系数，并发送至分析云平台；

同时，建模分析模块接收区域裂缝检测模块发送的区域裂缝参数集合，并根据区域裂缝参数集合中各子区域内各个裂缝的长度、宽度和深度，统计各子区域各个裂缝对应的裂缝量，进而将各子区域各个裂缝对应的裂缝量进行累加，得到大坝的综合裂缝量，并将大坝的综合裂缝量发送至分析云平台；

所述分析云平台接收土体内部位移变形监测模块发送的大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数，接收地表沉降监测模块发送的大坝底部地表的沉降量，接收建模分析模块发送的大坝的开裂危险系数和大坝的综合裂缝量，并将接收的大坝综合裂缝量与安全数据库中各裂缝危险等级对应的大坝综合裂缝量进行对比，筛选该大坝综合裂缝量对应的裂缝危险等级，同时将得到的裂缝危险等级与安全数据库中各裂缝危险等级对应的裂缝危险系数进行对比，筛选该裂缝危险等级对应的裂缝危险系数，以此分析云平台根据大坝左侧面和右侧面土体内部变形危险系数、大坝底部地表的沉降量、大坝开裂危险系数和大坝裂缝危险系数统计大坝的综合危险系数，并发送至显示终端；

所述显示终端接收分析云平台发送的大坝综合危险系数，并显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：所述大坝拱形面区域划分模块将大坝拱形面区域划分为各子区域的具体划分方法包括以下几个步骤：

步骤W1：获取大坝从坝底到坝顶的高度距离，记为坝体高度；

步骤W2：获取大坝拱形面对应的弧长；

步骤W3：将获取的坝体高度和大坝拱形面对应的弧长分别进行均匀等分，进而将大坝拱形面区域按照网格化的方式划分为若干子区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：所述监测点布设模块对大坝与土壤接触的左右两个侧面分别布设监测点的具体布设方法如下：

步骤G1：分别获取大坝与土壤接触的左右两个侧面的接触区域及对应的接触面积；

步骤G2：分别将获取的左右侧面与土壤的接触面积进行均匀等分，并在得到的各等分接触面积所在接触区域布设一个监测点，由此得到左右侧面布设的若干监测点。

4.根据权利要求1所述的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：所述左侧面和右侧面各监测点的土体内部累计倾斜位移的获取方法为分别读取各监测点上串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移数据，并将各串联式固定测斜仪内部每个固定测斜仪传感器上显示的倾斜位移进行累加，得到各监测点的土体内部累计倾斜位移。

5.根据权利要求1所述的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：所述大坝开裂危险系数的计算公式为

式中Δf′i表示为第i个子区域内外混凝土应力差与对应的该子区域内外混凝土安全应力差之间的差值，Δfi₀表示为第i个子区域的内外混凝土安全应力差，t表示为大坝当前厚度，t₀表示为大坝建造时的原始厚度，A表示为固定常数，记为1.12。

6.根据权利要求1所述的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：所述各子区域各个裂缝对应的裂缝量的计算公式为χⁱk＝pⁱ _wak*pⁱ _wbk*pⁱ _wck，χⁱk表示为第i个子区域第k个裂缝对应的裂缝量，pⁱ _wak、pⁱ _wbk、pⁱ _wck分别表示为第i个子区域第k个裂缝的裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度。

7.根据权利要求1所述的一种基于云计算信息化的水库大坝安全在线监测系统，其特征在于：所述大坝综合危险系数的计算公式为

式中δ_左、δ_右分别表示为大坝左侧面、右侧面土体内部变形危险系数，

表示为大坝开裂危险系数，R_D表示为第D个裂缝危险等级对应的裂缝危险系数，D＝1,2,3，h表示为大坝底部地表的沉降量。

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