CN117194527B - 一种水电站大坝异常数据预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水电站大坝异常数据预警方法，属于数据处理技术领域，包括以下步骤：S1、采集水电站大坝的实时数据集，其中，实时数据集包括环境数据子集和工作数据子集；S2、确定第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数；S3、对工作数据子集进行遍历，生成标准工作数据子集；S4、筛选标准工作数据子集中的异常工作数据，进行预警。本发明可以综合考虑大坝水位和大坝坝体温度对大坝自身的影响，剔除冗余数据，保证进行预警的数据集尽可能干净，提高预警的准确性。

Description

一种水电站大坝异常数据预警方法

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，具体涉及一种水电站大坝异常数据预警方法。

背景技术

水电站大坝是国民经济的重要基础设施，是调控水资源时空分布和优化水资源配置重要的工程措施，是国家防洪抗旱减灾体系和江河防洪工程体系的重要组成部分，水电站大坝安全不仅关系到防洪安全、供水安全、粮食安全，也关系到经济安全和生态安全。在大坝安全监测过程中，会产生一些异常数据，异常数据的及时预警关系到大坝险情的提前预测。而现有水电站大坝异常数据预警技术通常忽略大坝坝体自身环境的影响（例如坝体水位和坝体温度等），导致预警不准确。

发明内容

本发明为了解决以上问题，提出了一种水电站大坝异常数据预警方法。

本发明的技术方案是：一种水电站大坝异常数据预警方法包括以下步骤：

S1、采集水电站大坝的实时数据集，其中，实时数据集包括环境数据子集和工作数据子集；

S2、根据环境数据子集确定第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数；

S3、通过第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数，对工作数据子集进行遍历，生成标准工作数据子集；

S4、筛选标准工作数据子集中的异常工作数据，进行预警。

进一步地，S1中，环境数据子集包括各个时刻的坝体工作温度和各个时刻的坝体水位；工作数据子集包括各个时刻的坝体水平位移量和各个时刻的坝体垂直变形量。

进一步地，S2中，第一工作消耗随机数H的计算公式为：

；式中，σ₀表示所有时刻的坝体温度标准差，h_max表示坝体工作温度最大值，h_min表示坝体工作温度最小值，h_t表示t时刻的坝体工作温度，floor(·)表示向下取整运算，T表示所有时刻；

S2中，第二工作消耗随机数S的计算公式为：

；式中，σ₁表示所有时刻的坝体水位标准差，s_max表示坝体工作水位最大值，s_min表示坝体工作水位最小值，s_t表示t时刻的坝体工作水位。

进一步地，S3包括以下子步骤：

S31、根据所有时刻的坝体水平位移量和坝体垂直变形量，计算坝体沉降阈值；

S32、从初始时刻起，遍历各个时刻的坝体水平位移量，每遍历一个时刻，则根据第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数计算当前时刻的坝体水平位移消耗值，将坝体水平位移消耗值小于坝体沉降阈值对应时刻的坝体水平位移量剔除，直至遍历完所有时刻的坝体水平位移量；

S33、从初始时刻起，遍历各个时刻的坝体垂直变形量，每遍历一个时刻，则根据第一工作消耗随机数、第二工作消耗随机数和当前时刻的坝体水平位移消耗值计算当前时刻的坝体垂直变形消耗值，将坝体垂直变形消耗值小于坝体沉降阈值对应时刻的坝体垂直变形量剔除，直至遍历完所有时刻的坝体垂直变形量；

S34、将经过S32和S33后剩余时刻的坝体水平位移量和剩余时刻的坝体垂直变形量的集合作为标准工作数据子集。

进一步地，S31中，坝体沉降阈值γ的计算公式为：

；式中，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，Y_t表示t时刻的坝体垂直变形量，T表示所有时刻。

进一步地，S32中，t时刻的坝体水平位移消耗值α_t的计算公式为：

；式中，H表示第一工作消耗随机数，S表示第二工作消耗随机数，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，X_t-1表示t-1时刻的坝体水平位移量，X_t+1表示t+1时刻的坝体水平位移量，e表示指数，c表示常数。

进一步地，S33中，t时刻的坝体垂直变形消耗值β_t的计算公式为：

；式中，H表示第一工作消耗随机数，S表示第二工作消耗随机数，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，Y_t表示t时刻的坝体垂直变形量，Y_t-1表示t-1时刻的坝体垂直变形量，Y_t+1表示t+1时刻的坝体垂直变形量，α_t表示t时刻的坝体水平位移消耗值，e表示指数，c表示常数。

进一步地，S3包括以下子步骤：

S31、根据标准工作数据子集，确定异常工作预警区间；

S32、将不属于异常工作预警区间的坝体水平位移量和坝体垂直变形量作为异常工作数据，进行预警。

进一步地，S31中，异常工作预警区间的计算公式为：

，

；式中，p表示异常工作预警区间的左端点，q表示异常工作预警区间的右端点，X₁表示标准工作数据子集中坝体水平位移量的最大值，Y₁表示标准工作数据子集中坝体垂直变形量的最大值，X₀表示标准工作数据子集中坝体水平位移量的最小值，Y₀表示标准工作数据子集中坝体垂直变形量的最小值，c表示常数，floor(·)表示向下取整运算。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种水电站大坝异常数据预警方法，可以综合考虑大坝水位和大坝坝体温度对大坝自身的影响，剔除冗余数据，保证进行预警的数据集尽可能干净，提高预警的准确性；同时，在进行数据预警时，构建准确的范围区间，直接将范围区间外的数据作为异常工作数据，可向大坝安全管理人员发送大坝安全预警，且不需要具有专业知识和丰富经验的专家，工作量少，预警结果更加可靠。

附图说明

图1为水电站大坝异常数据预警方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

如图1所示，本发明提供了一种水电站大坝异常数据预警方法，包括以下步骤：

S1、采集水电站大坝的实时数据集，其中，实时数据集包括环境数据子集和工作数据子集；

S2、根据环境数据子集确定第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数；

S3、通过第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数，对工作数据子集进行遍历，生成标准工作数据子集；

S4、筛选标准工作数据子集中的异常工作数据，进行预警。

在本发明实施例中，S1中，环境数据子集包括各个时刻的坝体工作温度和各个时刻的坝体水位；工作数据子集包括各个时刻的坝体水平位移量和各个时刻的坝体垂直变形量。

坝体位移主要可以分为以下几类：水平位移量和垂直变形量。其中，水平位移量主要通过安装在坝体上的测缝计来对坝体水平位移进行检测；垂直变形量主要通过安装在坝体上的静力水准仪来对坝体垂直变形进行检测。大坝的温度测量是一项非常重要的工作，它主要是通过对坝体内部温度进行监测，从而获取坝体内部温度变化情况。通过对大坝内部温度的实时监测，就可以分析出大坝的工作状态以及周边环境对于大坝的影响。

在本发明实施例中，S2中，第一工作消耗随机数H的计算公式为：

；式中，σ₀表示所有时刻的坝体温度标准差，h_max表示坝体工作温度最大值，h_min表示坝体工作温度最小值，h_t表示t时刻的坝体工作温度，floor(·)表示向下取整运算，T表示所有时刻；

S2中，第二工作消耗随机数S的计算公式为：

；式中，σ₁表示所有时刻的坝体水位标准差，s_max表示坝体工作水位最大值，s_min表示坝体工作水位最小值，s_t表示t时刻的坝体工作水位。

坝体实时水位和温度的变化都会影响坝体结构和坝体稳定性，对坝体的可能发生的三种变形产生消耗（加速变形或减慢变形），因此采用第一工作消耗随机数第二工作消耗随机数分别对温度和水位的变化进行精准刻画。

在本发明实施例中，S3包括以下子步骤：

S31、根据所有时刻的坝体水平位移量和坝体垂直变形量，计算坝体沉降阈值；

S32、从初始时刻起，遍历各个时刻的坝体水平位移量，每遍历一个时刻，则根据第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数计算当前时刻的坝体水平位移消耗值，将坝体水平位移消耗值小于坝体沉降阈值对应时刻的坝体水平位移量剔除，直至遍历完所有时刻的坝体水平位移量；

S33、从初始时刻起，遍历各个时刻的坝体垂直变形量，每遍历一个时刻，则根据第一工作消耗随机数、第二工作消耗随机数和当前时刻的坝体水平位移消耗值计算当前时刻的坝体垂直变形消耗值，将坝体垂直变形消耗值小于坝体沉降阈值对应时刻的坝体垂直变形量剔除，直至遍历完所有时刻的坝体垂直变形量；

S34、将经过S32和S33后剩余时刻的坝体水平位移量和剩余时刻的坝体垂直变形量的集合作为标准工作数据子集。

在本发明实施例中，S31中，坝体沉降阈值γ的计算公式为：

；式中，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，Y_t表示t时刻的坝体垂直变形量，T表示所有时刻。

在本发明实施例中，S32中，t时刻的坝体水平位移消耗值α_t的计算公式为：

；式中，H表示第一工作消耗随机数，S表示第二工作消耗随机数，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，X_t-1表示t-1时刻的坝体水平位移量，X_t+1表示t+1时刻的坝体水平位移量，e表示指数，c表示常数。

在本发明实施例中，S33中，t时刻的坝体垂直变形消耗值β_t的计算公式为：

；式中，H表示第一工作消耗随机数，S表示第二工作消耗随机数，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，Y_t表示t时刻的坝体垂直变形量，Y_t-1表示t-1时刻的坝体垂直变形量，Y_t+1表示t+1时刻的坝体垂直变形量，α_t表示t时刻的坝体水平位移消耗值，e表示指数，c表示常数。

在本发明实施例中，S3包括以下子步骤：

S31、根据标准工作数据子集，确定异常工作预警区间；

S32、将不属于异常工作预警区间的坝体水平位移量和坝体垂直变形量作为异常工作数据，进行预警。

在本发明实施例中，S31中，异常工作预警区间的计算公式为：

，

；式中，p表示异常工作预警区间的左端点，q表示异常工作预警区间的右端点，X₁表示标准工作数据子集中坝体水平位移量的最大值，Y₁表示标准工作数据子集中坝体垂直变形量的最大值，X₀表示标准工作数据子集中坝体水平位移量的最小值，Y₀表示标准工作数据子集中坝体垂直变形量的最小值，c表示常数，floor(·)表示向下取整运算。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种水电站大坝异常数据预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集水电站大坝的实时数据集，其中，实时数据集包括环境数据子集和工作数据子集；

S2、根据环境数据子集确定第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数；

S3、通过第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数，对工作数据子集进行遍历，生成标准工作数据子集；

S4、筛选标准工作数据子集中的异常工作数据，进行预警；

所述S1中，所述环境数据子集包括各个时刻的坝体工作温度和各个时刻的坝体水位；所述工作数据子集包括各个时刻的坝体水平位移量和各个时刻的坝体垂直变形量；

所述S2中，第一工作消耗随机数H的计算公式为：

；式中，σ₀表示所有时刻的坝体温度标准差，h_max表示坝体工作温度最大值，h_min表示坝体工作温度最小值，h_t表示t时刻的坝体工作温度，floor(·)表示向下取整运算，T表示所有时刻；

所述S2中，第二工作消耗随机数S的计算公式为：

；式中，σ₁表示所有时刻的坝体水位标准差，s_max表示坝体工作水位最大值，s_min表示坝体工作水位最小值，s_t表示t时刻的坝体工作水位；

所述S3包括以下子步骤：

S31、根据所有时刻的坝体水平位移量和坝体垂直变形量，计算坝体沉降阈值；

S32、从初始时刻起，遍历各个时刻的坝体水平位移量，每遍历一个时刻，则根据第一工作消耗随机数和第二工作消耗随机数计算当前时刻的坝体水平位移消耗值，将坝体水平位移消耗值小于坝体沉降阈值对应时刻的坝体水平位移量剔除，直至遍历完所有时刻的坝体水平位移量；

S33、从初始时刻起，遍历各个时刻的坝体垂直变形量，每遍历一个时刻，则根据第一工作消耗随机数、第二工作消耗随机数和当前时刻的坝体水平位移消耗值计算当前时刻的坝体垂直变形消耗值，将坝体垂直变形消耗值小于坝体沉降阈值对应时刻的坝体垂直变形量剔除，直至遍历完所有时刻的坝体垂直变形量；

S34、将经过S32和S33后剩余时刻的坝体水平位移量和剩余时刻的坝体垂直变形量的集合作为标准工作数据子集。

2.根据权利要求1所述的水电站大坝异常数据预警方法，其特征在于，所述S31中，坝体沉降阈值γ的计算公式为：

；式中，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，Y_t表示t时刻的坝体垂直变形量，T表示所有时刻。

3.根据权利要求1所述的水电站大坝异常数据预警方法，其特征在于，所述S32中，t时刻的坝体水平位移消耗值α_t的计算公式为：

；式中，H表示第一工作消耗随机数，S表示第二工作消耗随机数，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，X_t-1表示t-1时刻的坝体水平位移量，X_t+1表示t+1时刻的坝体水平位移量，e表示指数，c表示常数。

4.根据权利要求1所述的水电站大坝异常数据预警方法，其特征在于，所述S33中，t时刻的坝体垂直变形消耗值β_t的计算公式为：

；式中，H表示第一工作消耗随机数，S表示第二工作消耗随机数，X_t表示t时刻的坝体水平位移量，Y_t表示t时刻的坝体垂直变形量，Y_t-1表示t-1时刻的坝体垂直变形量，Y_t+1表示t+1时刻的坝体垂直变形量，α_t表示t时刻的坝体水平位移消耗值，e表示指数，c表示常数。

5.根据权利要求1所述的水电站大坝异常数据预警方法，其特征在于，所述S4包括以下子步骤：

S41、根据标准工作数据子集，确定异常工作预警区间；

S42、将不属于异常工作预警区间的坝体水平位移量和坝体垂直变形量作为异常工作数据，进行预警。

6.根据权利要求5所述的水电站大坝异常数据预警方法，其特征在于，所述S41中，异常工作预警区间的计算公式为：

，

；式中，p表示异常工作预警区间的左端点，q表示异常工作预警区间的右端点，X₁表示标准工作数据子集中坝体水平位移量的最大值，Y₁表示标准工作数据子集中坝体垂直变形量的最大值，X₀表示标准工作数据子集中坝体水平位移量的最小值，Y₀表示标准工作数据子集中坝体垂直变形量的最小值，c表示常数，floor(·)表示向下取整运算。