CN112945300B - 一种水库危险性实时综合集成监测系统 - Google Patents

一种水库危险性实时综合集成监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水库危险性实时综合集成监测系统，包括数据采集装置、报警模块、控制中心服务器及云端监测平台；数据采集装置监测水库降水量、水库水位、水库大坝浸润线、大坝内部孔隙水压力、位移值，以及水库的实时视频画面；控制中心服务器与数据采集装置连接，对采集数据进行标准化处理，计算出水库危险性综合得分，并对水库危险性综合得分分级，根据不同级别的水库危险性综合得分控制报警模块以不同的方式报警；云端监测平台与控制中心服务器无线通讯连接，获取声光报警器的声光报警视频并发出提示信息。本发明的有益效果：实现对水库的实时综合性监测，在监测的过程中达到较全面的监测效果。

Description

一种水库危险性实时综合集成监测系统
技术领域
本发明涉及水库监测技术领域，尤其涉及一种水库危险性实时综合集成监测系统。
背景技术
水库是指拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物，水库可以用来灌溉、发电、防洪和养鱼，它是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊，水库建成后，可作防洪、蓄水灌溉、供水、发电、养鱼等用途，而天然湖泊也称为天然水库，水库规模通常按库容大小划分，分为小型、中型、大型等。
目前，水库监测大多采用单一设备监测报警的监测方式，综合监测系统各设备间只是简单的组合，这种监测方式对水库的监测能力受限、使用时综合性不强。
发明内容
有鉴于此，为了解决水库监测的上述问题，本发明的实施例提供了一种水库危险性实时综合集成监测系统。
本发明的实施例提供一种水库危险性实时综合集成监测系统，包括数据采集装置、报警模块、控制中心服务器及云端监测平台；
所述数据采集装置包括用于监测水库降水量的降雨量监测装置、用于监测水库水位的水位监测装置、用于监测水库大坝浸润线的大坝浸润线监测装置、用于监测大坝内部孔隙水压力的大坝安全监测装置、用于监测坝体位移值的位移监测装置，以及用于视频监控水库的视频监控装置；
所述报警模块包括设置于所述视屏监控装置前方的声光报警器；
所述控制中心服务器分别与降雨量监测装置、所述水位监测装置、所述大坝浸润线监测装置、所述大坝安全监测装置、所述位移监测装置及所述视频监测装置连接，所述控制中心服务器获取水库降水量值、库水位值、测压管水位值、孔隙水压力值和位移值五个指标数据，并对规定时间段内五个指标数据进行标准化处理，计算出水库危险性综合得分，并对水库危险性综合得分分级，根据不同级别的水库危险性综合得分控制所述声光报警器以不同的方式报警，其中水库危险性综合得分的计算方法具体为：
S1对指标数据进行标准化处理：
分别定义规定时间段T内五个指标数据序列为X1、X2、X3、X4、X5，其中Xi＝{x1，x2，…，xn}，i为1～5，n为时间段T内每个指标数据的采集次数，分别对每一所述指标数据序列进行标准化处理得到标准化后的五个指标数据序列Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，其中Yi＝{y1，y2，…，yn}，标准化值的计算公式为：
Figure BDA0002929182800000021
其中，Yij是标准化后的指标序列Yi中的第j个时刻的值，Xij是指标序列Xi中的第j个时刻的值，j为1～n；
S2计算所述时间段T内所述第j个时刻各个指标数据的信息熵Ej：
Figure BDA0002929182800000022
式中，
Figure BDA0002929182800000023
如果pij＝0，则定义
Figure BDA0002929182800000024
S3计算所述时间段T内所述第j个时刻各个指标数据的权重Wi：
Figure BDA0002929182800000031
S4计算所述时间段T内所述第j个时刻的水库危险性综合得分Z：
Figure BDA0002929182800000032
所述云端监测平台与所述控制中心服务器无线通讯连接，所述云端监测平台通过所述视频监控装置获取所述声光报警器的声光报警视频并发出提示信息。
进一步地，所述降雨量监测装置为翻斗式雨量计，所述降雨量监测装置监测、记录水库降水量，并将水库降水量数据通过所述控制中心服务器发送至所述云端监测平台。
进一步地，所述水位监测装置包括分别与所述控制中心服务器连接的三水位计，三所述水位计分别为雷达遥测水位计、静压力遥测水位计和气泡遥测水位计，所述控制中心服务器分别获取三所述水位计监测到的水库水位数据并求均值获得接近真实值的水库水位。
进一步地，所述大坝浸润线监测装置为大坝测压管水位计。
进一步地，所述大坝安全监测装置设置为渗压计。
进一步地，所述位移监测装置设置为位移传感器。
进一步地，所述视频监控装置为监控器，所述声光报警器设置于所述监控器前方。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种水库危险性实时综合集成监测系统，实现远程实时对水库降水量、水库水位、大坝浸润线、大坝内部孔隙水压力和位移值进行监控，以及获得水库的实时监控画面，通过综合性分析模块实现对水库的实时综合性监测，根据计算出的水库危险性综合得分确定不同的水库安全级别，并决定是否报警；另外通过监控视频在远程获取声光报警信息后发出提示信息，实现紧急处理的效果，避免降雨量过多对水库造成安全隐患的问题，提高监测系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明一种水库危险性实时综合集成监测系统的示意图。
图中：1-云端监测平台、2-控制中心服务器、3-数据采集装置、31-降雨量监测装置、32-水位监测装置、33-位移监测装置、34-大坝浸润线监测装置、35-大坝安全监测装置、36-视频监控装置4-报警模块、41-声光报警器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种水库危险性实时综合集成监测系统，包括数据采集装置3、报警模块4、控制中心服务器2及云端监测平台1。
所述数据采集装置3包括降雨量监测装置31、水位监测装置32、位移监测装置33、大坝浸润线监测装置34、大坝安全监测装置35、以及视频监控装置36。
具体的，所述降雨量监测装置31设置于水库上方，所述降雨量监测装置31用于监测水库降水量。这里所述降雨量监测装置31为翻斗式雨量计，所述降雨量监测装置31可实时监测装置监测并记录水库降水量。翻斗式雨量计可以实时地观测到雨量数据的数字化结果，并具有时间准确、自动记录数据和便于数据的采集编辑处理等优势。
所述水位监测装置32设置于水库内，所述水位监测装置32用于监测水库水位。这里所述水位监测装置32包括分别与所述控制中心服务器2连接的三水位计，三所述水位计相对独立，分别为雷达遥测水位计、静压力遥测水位计和气泡遥测水位计。设置三所述水位计的目的是，可以通过三种方式检测出三份不同的水位数据，然后对三份检测数据求均值获得接近真实水库水位，这样即可清楚的显示出数据误差的地方，在相互比对后即可提高水位监测的准确性。
所述位移监测装置33设置于水库大坝后方，用于水库大坝坝体的位移。
所述大坝浸润线监测装置34设置于水库大坝的后方，所述大坝浸润线监测装置34用于监测水库大坝浸润线。这里所述大坝浸润线监测装置34为大坝测压管水位计，所述大坝测压管水位计埋设于书库大坝后方。
所述大坝安全监测装置35设置于水库大坝的后方，所述大坝安全监测装置35用于监测大坝内部孔隙水压力。这里所述大坝安全监测装置35设置为渗压计，所述渗压计埋设于水库大坝的后方。
所述视频监控装置36设置于水库上方，所述视频监控装置36用于对水库进行视频监控。这里所述视频监控装置36为监控器，通过所述监控器可实现远程监控。
所述报警模块4包括设置于所述视屏监控装置前方的声光报警器41，所述声光报警器41可发出不同颜色的警示灯光及声音。
所述控制中心服务器2通过线路分别与降雨量监测装置31、所述水位监测装置32、所述位移监测装置33、所述大坝浸润线监测装置34、所述大坝安全监测装置35及所述视频监测装置32连接。所述控制中心服务器2可获取水库降水量、水库水位、大坝浸润线、大坝内部孔隙水压力监测和大坝坝体位移数据，以及水库的监控视频。
这里所述控制中心服务器2获取规定时间段内水库降水量值、库水位值、测压管水位值、孔隙水压力值和位移值五个指标数据，并对五个指标数据进行标准化处理，计算出水库危险性综合得分，并对水库危险性综合得分分级，根据不同级别的水库危险性综合得分控制所述声光报警器41以不同的方式报警，其中利用熵权法计算出水库危险性综合得分的计算方法具体为：
S1对指标数据进行标准化处理：
分别定义规定时间段T内五个指标数据序列为X1、X2、X3、X4、X5，其中Xi＝{x1，x2，…，xn}，i为1～5，n为时间段T内每个指标数据的采集次数，分别对每一所述指标数据序列进行标准化处理得到标准化后的五个指标数据序列Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，其中Yi＝{y1，y2，…，yn}，标准化值的计算公式为：
Figure BDA0002929182800000061
其中，Yij是标准化后的指标序列Yi中的第j个时刻的值，Xij是指标序列Xi中的第j个时刻的值，j为1～n；
S2计算所述时间段T内所述第j个时刻各个指标数据的信息熵Ej：
Figure BDA0002929182800000062
式中，
Figure BDA0002929182800000063
如果pij＝0，则定义
Figure BDA0002929182800000064
一般来说，若某个指标的信息熵Ej越小，表明指标值的变异程度越大，提供的信息量越多，在综合评价中所能起到的作用也越大，其权重也就越大，相反，某个指标的信息熵越大，表明指标值的变异程度越小，提供的信息量也越少，在综合评价中所起到的作用也越小，其权重也就越小；
S3计算所述时间段T内所述第j个时刻各个指标数据的权重Wi：
Figure BDA0002929182800000065
S4计算所述时间段T内所述第j个时刻的水库危险性综合得分Z：
Figure BDA0002929182800000071
Z的取值范围为0-100。
所述控制中心服务器2根据水库危险性综合得分确定不同的水库安全级别，并决定控制所述声光报警器41，关于水库的安全等级以及报警的方式可根据实际需要进行自定义，可以不做限制。在此仅做示例性说明：
如对水库安全级别进行分级，自定义准则为：Z<20说明水库为极低危险；20<Z<40说明水库为低危险；40<Z<60说明水库为中危险；60<Z<80说明水库为高危险；Z>80说明水库为极高危险
控制所述声光报警器41在极低危险和低危险时不发出警报；中危险时亮蓝色警报灯，不发出警报声；高危险时亮黄色警报灯，发出警报声；极高危险时亮红色警报灯，发出警报声。
所述云端监测平台1设置在远端，所述云端监测平台1与所述控制中心服务器2通过无线网络进行通讯连接并进行数据传输，所述云端监测平台1可通过所述控制中心服务器2获取水库降水量、水库水位、大坝浸润线、大坝内部孔隙水压力监测、大坝坝体位移数据以及水库的监控视频，并对这些数据进行保存。
另外所述云端监测平台1还可以通过所述视频监控装置36获取所述声光报警器41的声光报警视频并发出提示信息。具体的，使所述声光报警器41设置于所述监控器前方，在声光报警器41被触发后，如果位于所述控制中心服务器2的水库工作人员没有发现时，由于声光报警器41是安置在监控器的前方，所以还可以由远程的云端监测平台1的工作人员在视频监控中看到声光报警器41被触发，发出提示信息，联系负责水库的工作人员，以此来实现紧急处理的效果，避免降雨量过多对水库造成安全隐患的问题。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水库危险性实时综合集成监测系统，其特征在于：包括数据采集装置、报警模块、控制中心服务器及云端监测平台；
所述数据采集装置包括用于监测水库降水量的降雨量监测装置、用于监测水库水位的水位监测装置、用于监测水库大坝浸润线的大坝浸润线监测装置、用于监测大坝内部孔隙水压力的大坝安全监测装置、用于监测坝体位移值的位移监测装置，以及用于视频监控水库的视频监控装置；
所述报警模块包括设置于所述视频监控装置前方的声光报警器；
所述控制中心服务器分别与所述降雨量监测装置、所述水位监测装置、所述大坝浸润线监测装置、所述大坝安全监测装置、所述位移监测装置及所述视频监测装置连接，所述控制中心服务器获取水库降水量值、库水位值、测压管水位值、孔隙水压力值和位移值五个指标数据，并对规定时间段内五个指标数据进行标准化处理，计算出水库危险性综合得分，并对水库危险性综合得分分级，根据不同级别的水库危险性综合得分控制所述声光报警器以不同的方式报警，其中水库危险性综合得分的计算方法具体为：
S1对指标数据进行标准化处理：
分别定义规定时间段T内五个指标数据序列为X1、X2、X3、X4、X5，其中Xi＝{x1，x2，…，xn}，i为1～5，n为时间段T内每个指标数据的采集次数，分别对每一所述指标数据序列进行标准化处理得到标准化后的五个指标数据序列Y1、Y2、Y3、Y4、Y5，其中Yi＝{y1，y2，…，yn}，标准化值的计算公式为：
Figure FDA0002929182790000011
其中，Yij是标准化后的指标序列Yi中的第j个时刻的值，Xij是指标序列Xi中的第j个时刻的值，j为1～n；
S2计算所述时间段T内所述第j个时刻各个指标数据的信息熵Ej：
Figure FDA0002929182790000021
式中，
Figure FDA0002929182790000022
如果pij＝0，则定义
Figure FDA0002929182790000023
S3计算所述时间段T内所述第j个时刻各个指标数据的权重Wi：
Figure FDA0002929182790000024
S4计算所述时间段T内所述第j个时刻的水库危险性综合得分Z：
Figure FDA0002929182790000025
所述云端监测平台与所述控制中心服务器无线通讯连接，所述云端监测平台通过所述视频监控装置获取所述声光报警器的声光报警视频并发出提示信息。
2.如权利要求1所述的一种水库危险性实时综合集成监测系统，其特征在于：所述降雨量监测装置为翻斗式雨量计，所述降雨量监测装置监测、记录水库降水量，并将水库降水量数据通过所述控制中心服务器发送至所述云端监测平台。
3.如权利要求1所述的一种水库危险性实时综合集成监测系统，其特征在于：所述水位监测装置包括分别与所述控制中心服务器连接的三水位计，三所述水位计分别为雷达遥测水位计、静压力遥测水位计和气泡遥测水位计，所述控制中心服务器分别获取三所述水位计监测到的水库水位数据并求均值获得接近真实值的水库水位。
4.如权利要求1所述的一种水库危险性实时综合集成监测系统，其特征在于：所述大坝浸润线监测装置为大坝测压管水位计。
5.如权利要求1所述的一种水库危险性实时综合集成监测系统，其特征在于：所述大坝安全监测装置设置为渗压计。
6.如权利要求1所述的一种水库危险性实时综合集成监测系统，其特征在于：所述视频监控装置为监控器，所述声光报警器设置于所述监控器前方。
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