CN115410340A - 集视频、卫星与传感器监测一体的水库安全监控预警方法 - Google Patents
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Abstract
一种集视频、卫星与传感器监测一体的水库安全监控预警方法，其包括：以水库历年数据按月分别构建降雨‑直接径流过程线UH、渗压值、渗流量、表面变形等实时数据安全阈值，基于实时Ⅰ级预警，关联同日多个Ⅰ级预警和天气，叠加升级的三级关联机制预警；将水库大坝的雨水情与视频监控关联联动；终端监控平台与手机端协同，支持离线监控和离线预警、离线手机端与终端监控平台的端‑端互动。本发明实现了水库安全监控的实时、稳定、可靠、的监控预警，提高了水库安全监控预警的准确性，提升了安全监管效率，降低了监控预警成本，更易于安装和运维。
Description
【技术领域】
本发明涉及水利信息化技术领域，特别是涉及一种集视频、卫星与传感器监测为一体与手机端协同的水库安全监控预警方法。
【背景技术】
目前，水库安全监控预警方法，主要是利用水库现场监测的数据，依托云平台、大数据、数据中心进行监测数据处理和计算，然后再将处理后的数据通过网络下传给水库管理机构和管理人员；二是用边缘计算方式，将水库监测数据经边缘计算网关与云平台、数据中心联合进行数据处理和计算，这在一定程度主要依赖网络条件，由于互联网不仅网络安全要求高，且在极端天气下，会因数据流量大而容易阻塞，使得断网或延时风险增加，离线下安全监测系统失效。
另一方面，现有的水库的视频、卫星与传感器监测分别由两个以上的监控平台完成，其监测数据处理与计算需链接云平台、计算中心，采用大数据、大模型、聚类分析、权重分析、时序分析算法等，对计算能力和操作人员水平要求很高，配置与操作复杂。监控数据在水库工程安全评价过程中使用率低，而且，预警信息准确性低。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种对水库的降雨、库容、水位、渗压、渗流量以及水库表面变形监测、视频监控通过同一平台监控，同时对水库大坝的雨水情、工情监测与视频监控关联联动，以历史数据建立实时数据安全阈值等多参数三级预警关联机制，通过手机端与终端监控平台人机协同和离线监测的集视频、卫星与传感器监测一体的水库安全监控预警方法。
为实现上述目的，本发明提供一种集视频、卫星与传感器监测一体的水库安全监控预警方法,该方法包括：
a、终端监控平台根据水库历年降雨与水位监测数据建立月度降雨-水位平均值过程线；按月份内中雨到暴雨的雨型类别，分别构建历史数据降雨-直接径流过程线UH；根据订制的当前气象预报以及当前连续监测的降雨数据判断当前雨型类别，对应当前雨型下的历史数据降雨-直接径流过程线UH，获得时段直接径流量q△ti；终端监控平台实时监测当前水位hi并反算当前水库库容Vi；计算预报水位相应的库容V预＝Vi+q△ti并反算预报水位h预；分时段迭代推算预报水位h预，并发送水位预报；如果预报的水位h预接近或达到防限水位hf，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；
b、终端监控平台以水库历年渗压监测点的历史监测数据进行月度汇总计算，以按月份计算的水库高、低水位区间下的各渗压监测点日平均值、最大值、最小值为实时数据安全阈值，将当前各监测点的日平均值与对应月份高、低水位区间下的实时数据安全阈值比较，如超过实时数据安全阈值，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；同时，终端监控平台根据水库历年渗压监测点的监测数据，以月度最高水位下日平均值浸润线计算分段渗压坡降α为预警值；如当前监测日平均值浸润线分段渗压坡降αi超过对应月份的最高水位日平均值浸润线分段渗压坡降α预警值的，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警，其中，渗压坡降αi＝Hi-Hi+1/Li，L＝测压管距离，H＝测压管水位；
c、终端监控平台根据水库历年渗流量监测数据，以计算的月度高、低水位区间下渗流量监测点的日平均值、最大值、最小值为实时数据安全阈值；如当前渗流量监测点日平均值超过实时数据安全阈值，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；
d、终端监控平台根据水库历年水库大坝表面变形监测数据，分别构建Y、Z方向，将雨季、旱季表面变形监测点的月变化量的平均值、最大值、最小值作为实时数据安全阈值，如当前表面变形监测点月变化量平均值超过实时数据安全阈值时，终端监控平台则自动发送Ⅰ级预警；终端监控平台根据一监测点与另一监测点或几点的相对位置变化量的历年监测数据构建雨季、旱季相对位置月变化量平均值、最大值、最小值作为实时数据安全阈值，如其当前相对位置月变化量平均值超过其实时数据安全阈值时，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；
e、步骤a-d中终端监控平台采集视频、卫星与传感器监控数据，经存储、模型计算后向上级数据中心或手机端发送数据和预警信息；终端监控平台将自动关联同日多个Ⅰ级预警和天气预报，叠加自动逐步升级，构建关注预警、警戒预警、危险预警三级预警关联机制；隔日监测点实时数据不超过安全阈值的自动取消预警；
f、终端监控平台将雨水情监测与视频监控关联联动，使得当实时监测水位分别达到或超过防限水位hf、溢洪道溢流水位、雨量计累计达到或超过≧25mm时泄水底涵放水；终端监控平台自动触发视频监控，触发自组织启动视频水尺水位自动识别；AI视频监控有人进入水库管理区域时，自动触发语音提示和显示屏视频提示；通过安全监控终端二维码可查看安全监控短视频记录；
g、在极端天气或离线情况下，手机端无线连接终端监控平台，手机端-终端监控平台协同，可设置安全监控模式并由安全监控平台离线自组织传感器监测和卫星监测数据采集和视频监控全过程。
步骤a中，所述水库的降雨-直接径流过程线UH的构建及其水位监控预警步骤为：
a1、终端监控平台根据水库历年降雨与水位的监测数据，按12个月份，分别建立降雨-水位月平均值过程线；
a2、以监测点的历史数据为数据来源，按月度划分中雨到暴雨的雨型类别，雨量≦50mm为小到中雨，雨量≧50mm为大到暴雨，将不同雨型类别下各次降雨求得的UH，取平均线作为计算所用的单位线建立降雨-直接径流过程线UH；以△t为计算时段，时段△t划分为报汛时段长或其倍数；以UH计算得到降雨历时T，时段序列△ti，时段净雨量，时段直接径流q△ti；计算和存储结果形成监测点的历史数据；
a3、每间隔时段△t，实时监测获得当前水位hi，以此水库水位-库容曲线，求得当前库容Vi；
a4、根据当前气象预报和当前连续监测的降雨数据，确定当前雨型，并对应雨型下的降雨-直接径流过程线UH获得时段直接径流量q△ti；
a5、计算预报水位对应的库容V预＝Vi+q△ti；
a6、根据库容V预及水库水位-库容曲线推求预报水位值h预，并发送水位预报；
a7、将预报水位h预与水库防限水位hf比较，当h预接近或超过该水库hf时终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；按所述步骤a3-a7，迭代计算后时段的预报水位h预，发送后时段的水位预报信息。
步骤b中，所述建立大坝渗压监测的实时数据安全阈值及其监控预警的步骤为：
b1、终端监控平台根据水库历年渗压监测数据，按12个月份，分别计算各监测点的日平均值、最大值、最小值；
b2、以月水位变幅的中值划分高、低水位区间，以各水位区间下监测点日平均值的最大值、最小值构建实时数据安全阈值；
b3、计算当前监测点日平均值；
b4、将当前监测点日平均值与实时数据安全阈值比较，超出其范围的，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警信息；
b5、同步计算不同断面当前监测点日平均值，逐一将监测点日平均值与实时数据安全阈值比较，同步骤b4执行；
b6、终端监控平台以水库历年渗压监测数据，分断面计算历年中各月份最高水位下的平均值浸润线；将所计算的分段渗压坡降α作为预警值；渗压坡降αi＝Hi-Hi+1/Li，其中，L为测压管距离，H为测压管水位；
b7、计算当前监测数据日平均值浸润线的分段渗压坡降αi；
b8、如当前监测数据日平均值浸润线分段渗压坡降αi超过月度高水位平均值浸润线分段渗压坡降α预警值时，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警。
步骤c中，建立大坝渗流量监测实时数据安全阈值及其监控预警包括：
c1、终端监控平台以水库渗流量历年监测数据，按12个月份，计算每月的监测数据日平均值、最大值、最小值；
c2、以月水位变幅的中值划分高、低水位区间，分别计算各区间下的渗流量平均值、最大值、最小值，将其作为实时数据安全阈值；
c3、实时监测并计算当前渗流量监测点的日平均值；
c4、比较当前渗流量监测点日平均值，如超出步骤c2所述实时数据安全阈值的，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警信息。
步骤d中，建立大坝表面变形实时数据安全阈值及其安全监控预警包括以下步骤:
d1、根据大坝表面变形的历年监测数据，在坐标的Y、Z方向，分别计算月变化量的平均值、最大值、最小值；
d2、每年分雨季和旱季，分别计算每个监测点月变化量的平均值、最大值、最小值，构建大坝表面变形月变化量实时数据安全阈值；
d3、根据各监测点的实时监测数据计算当前表面变形月变化量平均值；
d4、比较当前表面变形月变化量平均值，如超出步骤d2所述实时数据安全阈值的，自动发送Ⅰ级预警信息；
d5、根据一监测点与另一监测点或另几监测点的相对位置月变化量的历年监测数据，按月份分别计算各监测点相对位置月变化量平均值；
d6、按雨季、旱季期间，计算相对位置月变化量的平均值、最大值、最小值，构建监测点相对位置月变化量实时数据安全阈值；
d7、逐一计算各监测点当前相对位置月变化量平均值；
d8、如当前一监测点与另一点或几监测点的相对位置月变化量平均值超过d6实时数据安全阈值时，则自动发送Ⅰ级预警。
步骤e中，构建关注预警、警戒预警、危险预警三级预警关联机制包括：
e1、由单传感器监测或卫星监测数据分析计算后由终端监控平台发送Ⅰ级关注预警；
e2、当同一天内，终端监控平台发出两个以上Ⅰ级预警时，终端监控平台关联预警参数后，自动发送Ⅱ级警戒预警；
e3、在强降雨和超过防限水位情况下，如出现Ⅱ级预警信息时，水雨情监测与预警参数关联，终端监控平台自动发送Ⅲ级危险预警；
e4、隔日监测点实时数据不超过安全阈值时，终端监控平台自动取消预警。
步骤f中，水库的水雨情、工情监测与视频监控关联联动包括：
f1、在大坝入口处设置AI视频摄像头进行人物追踪，通过终端监控平台控制音箱发布语音广播和LED屏发布当前水雨情、工情提示；
f2、当水库实时监测水位分别达到防限水位hf、溢洪道溢流水位或溢洪道溢流时，当雨量计数值达到≧25mm时，泄水底涵放水时，终端监控平台关联控制开启关联位置的视频监控；
f3、由终端监控平台关联AI视频水尺水位识别和自动水位计监测，每月进行至少一次视频水尺水位自动识别，作为自动水位计的误差校准。
步骤f3中，视频水尺水位自动识别包括：
f31、每月定时关联进行AI全天候视频水位监测并取值hs；
f32、同时进行自动水位计监测并取值hz；
f33、将所述两个监测值进行比较，得到hs-hz＝h△；
f34、将h△与历史差值△h加权平均；
f35、确定修正值△hi，以校正自动监测自动水位计的误差。
步骤g中，在极端天气或离线情况下或应急处置情况下，手机端无线连接终端监控平台，手机端-终端监控平台协同，其步骤包括：
g1、终端监控平台包括：5G/4G通信模块、远距离无线通信模块、WIFI、蓝牙模块、卫星导航模块及其组合、数据处理模块及其连接的存储模块、电源管理模块；终端监控平台接收视频、卫星与传感器监控预警信息后进行计算处理、执行、交互、存储、发送、数据管理和更新；
g2、终端监控平台通过5G/4G、WIFI、蓝牙或远距离无线通信发送数据给上一级数据中心或手机端；
g3、在极端天气或离线情况下或应急处置情况下，通过WIFI或蓝牙通讯手机端与终端监控平台连接，端-端协同，选择设置度汛监控模式、冬季监控模式、台风暴雨监控模式或预警监控模式；并由终端安全监控平台离线自组织传感器监测和卫星监测数据采集和视频监控、预警预报全过程。
本发明的贡献在于，其由终端监控平台执行信息采集、处理、决策和发送，是一套独立的水库安全监控预警方法，它解决了传统水库的传感器监测、卫星监测与视频监控分别由两个以上平台完成的不足。本发明解决了云平台可能因网络延时、网络中断等引发的无法实现实时安全监控预警的技术难题，真正实现实时、稳定、可靠、的监控预警；本发明集视频、卫星与传感器监测为一体并与手机端协同，支持离线监控和离线预警、离线手机端与终端监控平台的端-端互动；本发明创新了以历史监测数据为依据，设定月份高、低水位实时数据安全阈值的设定方式，关联参数对比分析，实现三级监测预警关联机制，提高了水库安全监控预警的准确性，提升了安全监管效率，降低了监控预警成本，更易于安装和运维。
【附图说明】
图1是本发明的水库安全监控预警方法构架图。
图2是本发明的降雨-直接径流过程线UH示意图。
图3是本发明的水库水位预报示意图。
图4是本发明的浸润线示意图，其中图4A为浸润线实时数据安全阈值与当前监测平均值示意图，图4B为当前监测点日平均值示意图。
图5是本发明的浸润线分段渗压坡降示意图。
【具体实施方式】
下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
参阅图1，本发明的集视频、卫星与传感器监测为一体的水库安全监控预警方法所涉及的设备包括终端监控平台10、用于传感器监测的水位计22、雨量计21、渗流量计23、渗压计24及卫星导航组网一体机31、视频摄像头32，该方法步骤如下：
S10、终端监控平台10根据水库历年降雨、水位监测数据，构建水库的降雨-直接径流过程线UH，进行水库水位预报和水库防限水位预警。
如图2所示，该降雨-直接径流过程线UH按如下步骤构建：
S11、分析计算历年每月份中每次降雨过程线及其水库水位过程线，并以水位过程线推求入库流量过程线。
S12、计算时段△t，时段△t划分与报汛时段相对应，其可以是报汛时段长或其倍数。
S13、按雨量≧50mm为大到暴雨，雨量≦50mm为小到中雨两个雨型，分别取平均值线作为计算所用的单位线，各类雨型求得的UH，建立月份内大、小雨型降雨-直接径流过程线UH。
S14、以雨型平均线UH计算得到降雨历时T，时段序列△ti，时段净雨量，时段直接径流q△ti。以时段△t分时段监测降雨量yi和水库水位hi。所述水库降雨量数据由雨量计21采集，并由RS232串口传送到监控平台10，水库水位数据由自动水位计22采集，并由无线通讯传送到终端监控平台10，计算生成的结果都存储到历史数据中。
S15、以时段△t实时监测当前水位hi，根据水库水位-库容曲线，以hi求得当前水库库容vi，以气象预报和当前降雨监测数据判断雨型，对应雨型降雨-直接径流过程平均线UH获得时段直接径流q△ti。
S16、如图3所示，计算v预＝vi+q△ti，根据水库水位库容曲线，以当前水库库容vi推算预报水库水位h预。终端监控平台10发送水库水位预报h预，将预报水位h预与水库工程特性表提供的防限水位hf比较，将达到或超过该水位hf时，终端监控平台10自动发送Ⅰ级预警。所述防限水位hf为水库工程特性参数表提供的该水库的防洪限制水位。
S17、按所述步骤S13-S16，迭代计算后时段水库预报水位h预，根据定制的气象连续预报和实时监测降雨判断雨型变化，迭代计算后时段的预报水位h预，终端监控平台10发送后时段的水位预报及其预警信息。
S20、水库的大坝渗压实时数据安全阈值及其安全监控预警步骤为：
如图4A、图4B所示，大坝浸润线为大坝横断面各测点测压管水位高程连线，大坝浸润线随水库水位变化而相应变化，浸润线反应水库坝体渗流情况，坝体浸润线数据由坝体不同断面，不同高程的测压管渗压计24采集，并通过无线通讯传送到终端监控平台10。
S21、根据水库渗压历史监测数据，建立月份高、低水位渗压实时数据安全阈值TH：
S211、终端监控平台10根据水库历年渗压监测数据，按12个月份，分别计算各监测点的日平均值AVG、最大值MAX、最小值S。
S212、以月水位变幅的中值MID划分高、低水位区间，计算各水位区间下监测点日平均值AVG、最大值MAX、最小值S构建实时数据安全阈值TH，水位变幅小于1米的月份可以不分高、低水位区间。
S23、计算渗压计24监测点当前日平均值、水库水位计22监测当前水位值。
S24、根据当前监测水库水位，对应月份高、低水位区间下的实时数据安全阈值TH。当前监测点日平均值AVG与对应的实时数据安全阈值TH比较，超出其范围的，终端监控平台10自动发送Ⅰ级预警信息。
S25、同步计算不同断面渗压计24当前日平均值AVG，逐一将其与对应高、低水位区间下的实时数据安全阈值TH比较，同步骤S24执行。
S26、如图5所示，建立浸润线渗压坡降α的预警值及其安全监控预警步骤：
S261、以水库历年水位监测数据，按月份水库最高水位下，计算监测数据日平均值浸润线。
S262、以相邻两测压管距离划分段，分段计算监测数据日平均值浸润线的渗压坡降，建立浸润线渗压坡降α的预警值，渗压坡降αi＝Hi-Hi+1/Li，其中，L＝测压管距离，H＝测压管水位。
S27、同上分断面、分段计算当前监测数据日平均值浸润线的渗压坡降αi与步骤S26渗压坡降α预警值比较，超出预警值范围的，终端监控平台10自动发送Ⅰ级预警信息。
S30、如图1所示，坝体渗流量由无线渗流量计23采集，并通过无线通讯传送到终端监控平台10进行计算并发送预报；建立大坝渗流量数据实时数据安全阈值及其安全监测的步骤为：
S31、终端监控平台10以水库渗流量历年监测数据，按12个月份，计算每月的监测数据日平均值、最大值、最小值。
S32、以水库水位历年监测数据，按12个月份，以每月水库水位变幅的中值划分每月高、低水位，水位变幅小于1米的月份可以不分高、低水位。
S33、计算月度水库高、低水位区间下的渗流量监测日平均值、最大值、最小值，并建立渗流量实时数据安全阈值。
S34、渗流量计23实时监测并计算当前渗流量日平均值。
S35、以当前渗流量日平均值与上述步骤S34实时数据安全阈值比较，如超出其实时数据安全阈值的，终端监控平台10自动发送Ⅰ级预警信息。
S40、如图1所示，建立大坝表面变形实时数据安全阈值及其安全监控预警由卫星导航组网一体机31执行，包括以下步骤:
S41、如图1所示，卫星导航组网一体机31基准站a设于山体上，卫星导航组网一体机31监测站bi设于坝体上，基准站a与监测站bi间的距离一般不超过1km。卫星导航组网一体机31基准站a需捕获4颗以上的卫星信号并跟踪，进行前端解算，解算数据通过无线发送给终端监控平台10。卫星导航组网一体机31监测站bi同步捕获4颗以上的卫星信号并跟踪，同时进行前端解算，解算数据通过无线发送给终端监控平台10。
S42、终端监控平台10实现卫星导航组网一体机31和上级数据中心01的通讯，通过两个或两个以上的卫星导航组网一体机31同步GNSS数据采集控制，经过数据处理以确定基线两端点相对位置或三维空间向量，包括x、y、z三个方向的坐标数据管理。
S43、根据大坝表面变形的历年监测数据，按坐标Y、Z方向，分别计算月变化量的平均值、最大值、最小值，Y方向为水库大坝上下游方向，Z方向为水库大坝垂直方向。
S44、每年分雨季、旱季期间、分方向，分别计算每个监测点，卫星导航组网一体机31的月变化量的平均值、最大值、最小值，构建大坝表面变形月变化量实时数据安全阈值。
S45、根据各卫星导航组网一体机31监测点的实时监测数据计算当前表面变形月变化量平均值。
S46、比较当前表面变形月变化量平均值，如超出步骤d2所述实时数据安全阈值的，终端监控平台10自动发送Ⅰ级预警信息。
S47、根据某一卫星导航组网一体机31监测点与另一卫星导航组网一体机31监测点或几点的相对位置月变化量的历年监测数据，按月份、分方向，分别计算各监测点相对位置月变化量平均值。
S48、按雨季、旱季期间、分方向，计算相对位置月变化量平均值、最大值、最小值，构建卫星导航组网一体机31监测点相对位置月变化量实时数据安全阈值。
S49、逐一计算各卫星导航组网一体机31监测点当前相对位置月变化量平均值。如当前一卫星导航组网一体机31监测点与另一卫星导航组网一体机31监测点或几点的相对位置月变化量平均值超过S48实时数据安全阈值时，终端监控平台10则自动发送Ⅰ级预警。
S50、终端监控平台10采集视频、卫星与传感器监控数据、存储、模型计算后向上级数据中心01或手机端02发送数据和预警信息，终端监控平台10以各传感器监测点的Ⅰ级预警为基，自动关联同日多个Ⅰ级预警和天气预报，叠加自动逐步升级，建立关注预警、警戒预警、危险预警三级预警关联机制，其步骤包括：
S51、由视频摄像头32、卫星导航组网一体机31与包括水位计22、雨量计21、渗流量计23、渗压计24的传感器监测实时监测数据分析、计算后由终端监控平台10发送Ⅰ级关注预警。
S52、当同一天内，终端监控平台10发出两个以上Ⅰ级预警时，终端监控平台关联预警参数决策自动发送Ⅱ级警戒预警。
S53、在强降雨和超过防限水位情况下，终端监控平台10如出现Ⅱ级预警信息时，即水雨情、特殊天气、强降雨过程和超过防限水位情况下，与预警关联参数，终端监控平台10自动发送Ⅲ级危险预警。
S54、隔日各监测点实时数据不超过安全阈值时，终端监控平台10自动取消预警。
S60、如图1所示，终端监控平台10实现雨水情实时监测与视频监控关联联动包括如下步骤：
S61、通过水库大坝入口的AI视频摄像头32进行人物识别追踪，有人进入水库时，终端监控平台10关联语音广播发送安全提示和关联LED显示水雨情提示，通过终端监控平台10二维码可查看安全监控短视频记录。
S62、当水库无线水位计22实时监测水位分别达到水库防限水位hf或接近溢洪道溢流水位或溢洪道溢流时、雨量计21≧25mm时，水库底涵放水时，终端监控平台10关联开启溢洪道视频摄像头、视频水尺监控摄像头、放水涵视频监控摄像头、水库入口AI视频摄像头32。
S63、终端监控平台10关联视频水尺31与无线水位计，每月进行1次自视频水尺动水位识别与无线水位计联动，作为无线水位计的校准，以提高极端天气情况下，自动水位监测的可靠性和精确度，其包括如下步骤：
S631、终端监控平台10每月定时进行视频水位尺监测并智能取值hs，所述水位尺是指安装在大坝迎水坡面的可人工读数的水位尺。
S632、同时关联进行自动无线水位计22监测并实时取值hz。
S633、将所述两个监测值进行比较，hs-hz＝h△。
S634、将h△与历史差值△h加权平均。
S635、确定修正值△hi，用于校正自动监测无线水位计22。
S70、如图1所示，终端监控平台10与手机端02协同，支持离线监控和离线预警、离线手机端02与终端监控平台10的端-端互动，自组织视频摄像头32、卫星导航组网一体机31与雨量计21、水位计22、渗流量计23、渗压计24监控全过程，具体包括：
S71、终端监控平台10包括：5G/4G通信模块、远距离无线通信模块、WIFI、蓝牙模块、卫星导航模块及其组合、数据处理模块及其连接的存储模块、电源管理模块。执行视频摄像头32、卫星导航组网一体31与传感器21、23、24、25监测的安全监控信息采集、计算处理、决策、执行、交互、存储、发送、数据训练更新和管理。
S72、水库现场有4G/5G网络覆盖在线情况下，终端监控平台10与上级数据中心01或手机端02双向链接，可远程设置实现度汛监控模式、冬季监控模式、台风暴雨监控模式、预警监控模式等全过程安全监控预警。
S73、水库现场无5G/4G网络覆盖离线情况下，终端监控平台10通过远距离无线通信方式链接乡镇网关,实现数据中心01链接与手机端02的协同。
S74、水库现场无5G/4G网络覆盖离线或极端天气、应急处置时刻，终端监控平台10支持离线监控和离线预警、手机端02链接，由终端监控平台10离线自组织视频摄像头32、卫星导航组网一体31与雨量计21、水位计22、渗流量计23、渗压计24监测数据采集、计算、决策、全过程预警预报。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种集视频、卫星与传感器监测一体的水库安全监控预警方法，该方法包括：
a、终端监控平台根据水库历年降雨与水位监测数据建立月度降雨-水位平均值过程线；按月份内中雨到暴雨的雨型类别，分别构建历史数据降雨-直接径流过程线UH；根据订制的当前气象预报以及当前连续监测的降雨数据判断当前雨型类别，对应当前雨型下的历史数据降雨-直接径流过程线UH，获得时段直接径流量q△ti；终端监控平台实时监测当前水位hi并反算当前水库库容Vi；计算预报水位相应的库容V预＝Vi+q△ti并反算预报水位h预；分时段迭代推算预报水位h预，并发送水位预报；如果预报的水位h预接近或达到防限水位hf，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；
b、终端监控平台以水库历年渗压监测点的历史监测数据进行月度汇总计算，以按月份计算的水库高、低水位区间下的各渗压监测点日平均值、最大值、最小值为实时数据安全阈值，将当前各监测点的日平均值与对应月份高、低水位区间下的实时数据安全阈值比较，如超过实时数据安全阈值，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；同时，终端监控平台根据水库历年渗压监测点的监测数据，以月度最高水位下日平均值浸润线计算分段渗压坡降α为预警值；如当前监测日平均值浸润线分段渗压坡降αi超过对应月份的最高水位日平均值浸润线分段渗压坡降α预警值的，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警，其中，渗压坡降αi＝Hi-Hi+1/Li，L＝测压管距离，H＝测压管水位；
c、终端监控平台根据水库历年渗流量监测数据，以计算的月度高、低水位区间下渗流量监测点的日平均值、最大值、最小值为实时数据安全阈值；如当前渗流量监测点日平均值超过实时数据安全阈值，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；
d、终端监控平台根据水库历年水库大坝表面变形监测数据，分别构建Y、Z方向，将雨季、旱季表面变形监测点的月变化量的平均值、最大值、最小值作为实时数据安全阈值，如当前表面变形监测点月变化量平均值超过实时数据安全阈值时，终端监控平台则自动发送Ⅰ级预警；终端监控平台根据一监测点与另一监测点或几点的相对位置变化量的历年监测数据构建雨季、旱季相对位置月变化量平均值、最大值、最小值作为实时数据安全阈值，如其当前相对位置月变化量平均值超过其实时数据安全阈值时，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；
e、步骤a-d中终端监控平台采集视频、卫星与传感器监控数据，经存储、模型计算后向上级数据中心或手机端发送数据和预警信息；终端监控平台将自动关联同日多个Ⅰ级预警和天气预报，叠加自动逐步升级，构建关注预警、警戒预警、危险预警三级预警关联机制；隔日监测点实时数据不超过安全阈值的自动取消预警；
f、终端监控平台将雨水情监测与视频监控关联联动，使得当实时监测水位分别达到或超过防限水位hf、溢洪道溢流水位、雨量计累计达到或超过≧25mm时泄水底涵放水；终端监控平台自动触发视频监控，触发自组织启动视频水尺水位自动识别；AI视频监控有人进入水库管理区域时，自动触发语音提示和显示屏视频提示；通过安全监控终端二维码可查看安全监控短视频记录；
g、在极端天气或离线情况下，手机端无线连接终端监控平台，手机端-终端监控平台协同，可设置安全监控模式并由安全监控平台离线自组织传感器监测和卫星监测数据采集和视频监控全过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，所述水库的降雨-直接径流过程线UH的构建及其水位监控预警步骤为：
a1、终端监控平台根据水库历年降雨与水位的监测数据，按12个月份，分别建立降雨-水位月平均值过程线；
a2、以监测点的历史数据为数据来源，按月度划分中雨到暴雨的雨型类别，雨量≦50mm为小到中雨，雨量≧50mm为大到暴雨，将不同雨型类别下各次降雨求得的UH，取平均线作为计算所用的单位线建立降雨-直接径流过程线UH；以△t为计算时段，时段△t划分为报汛时段长或其倍数；以UH计算得到降雨历时T，时段序列△ti，时段净雨量，时段直接径流q△ti；计算和存储结果形成监测点的历史数据；
a3、每间隔时段△t，实时监测获得当前水位hi，以此水库水位-库容曲线，求得当前库容Vi；
a4、根据当前气象预报和当前连续监测的降雨数据，确定当前雨型，并对应雨型下的降雨-直接径流过程线UH获得时段直接径流量q△ti；
a5、计算预报水位对应的库容V预＝Vi+q△ti；
a6、根据库容V预及水库水位-库容曲线推求预报水位值h预，并发送水位预报；
a7、将预报水位h预与水库防限水位hf比较，当h预接近或超过该水库hf时终端监控平台自动发送Ⅰ级预警；按所述步骤a3-a7，迭代计算后时段的预报水位h预，发送后时段的水位预报信息。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，所述建立大坝渗压监测的实时数据安全阈值及其监控预警的步骤为：
b1、终端监控平台根据水库历年渗压监测数据，按12个月份，分别计算各监测点的日平均值、最大值、最小值；
b2、以月水位变幅的中值划分高、低水位区间，以各水位区间下监测点日平均值的最大值、最小值构建实时数据安全阈值；
b3、计算当前监测点日平均值；
b4、将当前监测点日平均值与实时数据安全阈值比较，超出其范围的，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警信息；
b5、同步计算不同断面当前监测点日平均值，逐一将监测点日平均值与实时数据安全阈值比较，同步骤b4执行；
b6、终端监控平台以水库历年渗压监测数据，分断面计算历年中各月份最高水位下的平均值浸润线；将所计算的分段渗压坡降α作为预警值；渗压坡降αi＝Hi-Hi+1/Li，其中，L为测压管距离，H为测压管水位；
b7、计算当前监测数据日平均值浸润线的分段渗压坡降αi；
b8、如当前监测数据日平均值浸润线分段渗压坡降αi超过月度高水位平均值浸润线分段渗压坡降α预警值时，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，建立大坝渗流量监测实时数据安全阈值及其监控预警包括：
c1、终端监控平台以水库渗流量历年监测数据，按12个月份，计算每月的监测数据日平均值、最大值、最小值；
c2、以月水位变幅的中值划分高、低水位区间，分别计算各区间下的渗流量平均值、最大值、最小值，将其作为实时数据安全阈值；
c3、实时监测并计算当前渗流量监测点的日平均值；
c4、比较当前渗流量监测点日平均值，如超出步骤c2所述实时数据安全阈值的，终端监控平台自动发送Ⅰ级预警信息。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d中，建立大坝表面变形实时数据安全阈值及其安全监控预警包括以下步骤:
d1、根据大坝表面变形的历年监测数据，在坐标的Y、Z方向，分别计算月变化量的平均值、最大值、最小值；
d2、每年分雨季和旱季，分别计算每个监测点月变化量的平均值、最大值、最小值，构建大坝表面变形月变化量实时数据安全阈值；
d3、根据各监测点的实时监测数据计算当前表面变形月变化量平均值；
d4、比较当前表面变形月变化量平均值，如超出步骤d2所述实时数据安全阈值的，自动发送Ⅰ级预警信息；
d5、根据一监测点与另一监测点或另几监测点的相对位置月变化量的历年监测数据，按月份分别计算各监测点相对位置月变化量平均值；
d6、按雨季、旱季期间，计算相对位置月变化量的平均值、最大值、最小值，构建监测点相对位置月变化量实时数据安全阈值；
d7、逐一计算各监测点当前相对位置月变化量平均值；
d8、如当前一监测点与另一点或几监测点的相对位置月变化量平均值超过d6实时数据安全阈值时，则自动发送Ⅰ级预警。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中，构建关注预警、警戒预警、危险预警三级预警关联机制包括：
e1、由单传感器监测或卫星监测数据分析计算后由终端监控平台发送Ⅰ级关注预警；
e2、当同一天内，终端监控平台发出两个以上Ⅰ级预警时，终端监控平台关联预警参数后，自动发送Ⅱ级警戒预警；
e3、在强降雨和超过防限水位情况下，如出现Ⅱ级预警信息时，水雨情监测与预警参数关联，终端监控平台自动发送Ⅲ级危险预警；
e4、隔日监测点实时数据不超过安全阈值时，终端监控平台自动取消预警。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f中，水库的水雨情、工情监测与视频监控关联联动包括：
f1、在大坝入口处设置AI视频摄像头进行人物追踪，通过终端监控平台控制音箱发布语音广播和LED屏发布当前水雨情、工情提示；
f2、当水库实时监测水位分别达到防限水位hf、溢洪道溢流水位或溢洪道溢流时，当雨量计数值达到≧25mm时，泄水底涵放水时，终端监控平台关联控制开启关联位置的视频监控；
f3、由终端监控平台关联AI视频水尺水位识别和自动水位计监测，每月进行至少一次视频水尺水位自动识别，作为自动水位计的误差校准。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤f3中，视频水尺水位自动识别包括：
f31、每月定时关联进行AI全天候视频水位监测并取值hs；
f32、同时进行自动水位计监测并取值hz；
f33、将所述两个监测值进行比较，得到hs-hz＝h△；
f34、将h△与历史差值△h加权平均；
f35、确定修正值△hi，以校正自动监测自动水位计的误差。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤g中，在极端天气或离线情况下或应急处置情况下，手机端无线连接终端监控平台，手机端-终端监控平台协同，其步骤包括：
g1、终端监控平台包括：5G/4G通信模块、远距离无线通信模块、WIFI、蓝牙模块、卫星导航模块及其组合、数据处理模块及其连接的存储模块、电源管理模块；终端监控平台接收视频、卫星与传感器监控预警信息后进行计算处理、执行、交互、存储、发送、数据管理和更新；
g2、终端监控平台通过5G/4G、WIFI、蓝牙或远距离无线通信发送数据给上一级数据中心或手机端；
g3、在极端天气或离线情况下或应急处置情况下，通过WIFI或蓝牙通讯手机端与终端监控平台连接，端-端协同，选择设置度汛监控模式、冬季监控模式、台风暴雨监控模式或预警监控模式；并由终端安全监控平台离线自组织传感器监测和卫星监测数据采集和视频监控、预警预报全过程。
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| GR01 | Patent grant | ||
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