CN118313672A - 一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利智能监控技术领域，具体公开了一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，所述系统包括：数据采集模块，用于采集水库内的水体信息；数据处理模块，用于接收数据采集模块采集到的信息，并根据信息计算水利工程中水库的风险值；分析比对模块，用于将水利工程中水库的风险值与预设的风险值进行比对；通过计算获得第i个时间点水利工程中水库的总风险系数，显然，当水库积水风险系数与闸门风险系数较高时，会影响水利工程中水库的总风险系数，通过如此设置，可以融合多源数据对水利工程中水库的整体安全度进行监测，从而保证监测结果的准确性较高，避免出现水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，保证水利工程运行时的安全。

Description

一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统

技术领域

本发明涉及水利智能监控技术领域，具体为一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统。

背景技术

水利工程是指利用水资源进行开发、利用和管理的工程，它的主要目标是有效地利用水资源，确保水资源的合理分配和有效利用，从而实现经济、社会和环境的可持续发展，水利工程主要包括防洪工程、农田水利工程、水力发电工程等，这些工程通过修建堤坝、水闸、渠道、泵站等设施，实现对水资源的调节、控制和利用，以满足不同领域的需求。

水利工程在水库管理中，它可以实时监测水库的水位、泄洪情况以及周围环境的变化，为水库管理者提供及时准确的数据和信息，所以当雨季来临的时候，需要对水利工程中水库的安全度进行监测，通常是由工作人员通过传感器对上游水位的高低进行监测，从而对水库的安全度进行判断；

现有技术中，当雨季来临时，工作人员会通过传感器对水位进行监测，上述监测方法虽然可以对水库的安全度进行监测，但监测数据较为单一，无法对水库整体的安全度进行监测，且监测结果不够准确，从而导致可能水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，影响水利工程的安全度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，解决以下技术问题：

如何准确地对水库的安全度进行监测。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，所述系统包括：

数据采集模块，用于采集水库内的水体信息；

数据处理模块，用于接收数据采集模块采集到的信息，并根据信息计算水利工程中水库的风险值；

分析比对模块，用于将水利工程中水库的风险值与预设的风险值进行比对，并根据比对结果判断水利工程中水库是否存在安全隐患；

警示模块，用于根据判断结果，决定是否对后台管理人员发出警示；

风险预估模块，用于预估水利工程中水库未来一段时间的风险值。

进一步的，所述数据采集模块采集的信息包括水位高度、水流速度、坝基渗流量、水体溶解氧含量以及降雨量。

进一步的，所述计算水利工程中水库的风险值的过程包括：

通过公式计算获得第i个时间点的水库积水风险系数；

其中，i为任意一次按照固定时间间隔的数据采集，为泥沙影响函数，为水库中的泥沙堆积量，为第i个时间点的上游水位高度，为第i个时间点的预设上游水位高度，为第i个时间点的水流速度，为第i个时间点的预设水流速度，为坝基渗流量采集位置数量，为任意一处采集位置，为第处采集位置的渗流量，为第处采集位置的预设渗流量，为的参考值。

进一步的，所述计算水利工程中水库的风险值的过程还包括：

通过公式计算获得第i个时间点的水库闸门老化系数；

通过将所有第i个时间点的水库闸门老化系数与预设的水库闸门老化系数进行比对；

若任一大于，系统判断闸门的老化情况严重，且水库存在安全隐患，并通过警示模块提醒维保人员对闸门进行检修；

若所有均小于，系统判断闸门的老化情况轻微，且水库不存在安全隐患，之后通过结合水库积水风险系数对水库是否存在安全隐患进行判断；

其中，为第i个时间点的下游水位高度，为预设的上下游水位差，为第i个时间点的水体内溶解氧含量，为第i个时间点的水体内预设的标准溶解氧含量，为定义函数，为的参考值。

进一步的，所述计算水利工程中水库的风险值的过程还包括；

通过公式计算获得第i个时间点水利工程中水库的总风险系数；

其中，为误差系数，X1与X2为权重系数，为降雨量影响函数，为第i个时间点的降雨量。

进一步的，所述分析比对的过程包括：

并通过将所有第i个时间点水利工程中水库的总风险系数分别与水库的预设总风险系数阈值进行比对；

若任一大于，系统判断该时间点水利工程中水库的安全系数低，存在安全隐患，警示模块对后台管理人员发出警示；

若所有均小于，系统判断水利工程中水库的安全系数高，不存在安全隐患，并通过风险预估模块对水利工程中水库未来一段时间的风险值进行预测。

进一步的，所述风险预估过程包括：

通过数据采集模块持续采集获得的实时数据，建立水库的总风险系数的实时变化曲线；

通过公式计算获得水库的总风险系数的变化量系数；

其中，为比例系数，为水库的总风险系数的最大值，为水库的总风险系数的最小值，为调整系数对照表函数。

进一步的，所述风险预估的过程还包括：

通过将水库的总风险系数的变化量系数与水库的预设总风险系数的变化量系数阈值进行比对；

若大于，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值增加，并通过警示模块对后台管理人员进行预警；

否则，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值不增加。

本发明的有益效果：

（1）本发明通过计算获得第i个时间点水利工程中水库的总风险系数，显然，当水库积水风险系数与闸门风险系数较高时，会影响水利工程中水库的总风险系数，通过如此设置，可以融合多源数据对水利工程中水库的整体安全度进行监测，从而保证监测结果的准确性较高，避免出现水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，保证水利工程运行时的安全。

（2）本发明通过计算获得水库内第i个时间点的水库积水风险系数，可以对水利工程中水库是否存在安全隐患进行初步判断，当水库存在安全隐患时，此时系统会通过警示模块对后台管理人员发出警示，提醒后台管理人员及时优化水库调度策略，并进行水位控制、泄洪安排等，保障水库的生态安全。

（3）本发明通过将所有第i个时间点的水库闸门老化系数与预设的水库闸门老化系数进行比对，可以准确的判断出闸门的使用情况，并进一步延伸，根据闸门的使用情况以及老化程度判断水库是否存在安全度，提高对水库安全度监测结果的准确度。

（4）本发明通过对水库未来一段时间的风险值高低进行预估，可以及时发现潜在的安全隐患，从而提前采取相应的预警和预防措施，避免或减轻水库事故对人民生命财产和环境造成的损害，并且通过预估水库未来风险值还有助于提升水库管理部门对应急事件的响应能力，制定有效的应急预案，确保在突发情况下能够迅速、有效地进行处置。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明中一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统的概要框图；

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，在一个实施例中，本申请提供了一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，所述系统包括：

数据采集模块，用于采集水库内的水体信息；

数据处理模块，用于接收数据采集模块采集到的信息，并根据信息计算水利工程中水库的风险值；

分析比对模块，用于将水利工程中水库的风险值与预设的风险值进行比对，并根据比对结果判断水利工程中水库是否存在安全隐患；

警示模块，用于根据判断结果，决定是否对后台管理人员发出警示；

风险预估模块，用于预估水利工程中水库未来一段时间的风险值；

通过上述技术方案，本实施例提供了数据采集模块，在对水利工程中水库的安全进行监测时，数据采集模块会对水库内的环境信息以及设备信息进行采集，并通过数据处理模块根据数据采集模块采集到的信息计算水利工程中水库的风险值，之后分析比对模块会将水利工程中水库的风险值与预设的风险值进行比对，并根据比对结果判断水利工程中水库是否存在安全隐患，若判断水利工程中水库存在安全隐患，通过警示模块对后台管理人员发出警示，通过如此设置，可以融合多源数据对水利工程中水库的整体安全度进行监测，从而保证监测结果的准确性较高，避免出现水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，保证水利工程运行时的安全；

若判断水利工程中水库不存在安全隐患，警示模块则不会对后台管理人员发出警示，而是通过风险预估模块预估水利工程中水库未来一段时间的风险值，并根据预估结果科学地制定水资源利用计划，合理配置水资源，实时调整优化水库调度策略，包括水位控制、泄洪安排等，并且可以及时发现潜在的安全隐患，从而提前采取相应的预警和预防措施，避免或减轻水库事故对人民生命财产和环境造成的损害。

所述数据采集模块采集的信息包括水位高度、水流速度、坝基渗流量、水体溶解氧含量以及降雨量；

通过上述技术方案，水位高度、水流速度、坝基渗流量、水体溶解氧含量以及降雨量均是影响水利工程中水库安全度的主要原因，其中水位高度、水流速度会增加水库的水力侵蚀力，还会改变水库的水压分布，导致水库底部的岩石或土壤发生软化、侵蚀甚至滑坡，并且水位高度、水流速度会使闸门承受更大的负载以及更大的冲击力，且水体溶解氧含量较大会加速闸门的老化并且对闸门造成腐蚀，从而影响闸门以及水库的整体安全度；而坝基渗流量过大可能表示坝体或坝基存在渗漏问题，需要及时处理以防止安全事故的发生，通过如此设置，可以融合多源数据对水利工程中水库的整体安全度进行监测，从而保证监测结果的准确性较高，避免出现水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，保证水利工程运行时的安全。

所述计算水利工程中水库的风险值的过程包括：

通过公式计算获得第i个时间点的水库积水风险系数；

其中，i为任意一次按照固定时间间隔的数据采集，为泥沙影响函数，上述泥沙影响函数可根据水库中的泥沙堆积量对水库积水风险系数影响测试的结果拟合设定，为水库中的泥沙堆积量，为第i个时间点的上游水位高度，为第i个时间点的预设上游水位高度，为第i个时间点的水流速度，为第i个时间点的预设水流速度，为坝基渗流量采集位置数量，为任意一处采集位置，为第处采集位置的渗流量，为第处采集位置的预设渗流量，为的参考值，上述参考值可根据经验数据中的允许误差选择设定；

通过上述技术方案，本实施例提供了第i个时间点的水库积水风险系数，可通过公式计算获得，显然，当第i个时间点的水利工程中水库内的上游水位高度越低、水流速度越慢且坝基渗透率越低时，水库中的技术风险系数越小，说明此时水库不存在安全隐患，反之，如果第i个时间点的水利工程中水库内的上游水位高度越高、水流速度越快且坝基渗透率越高时，水库中的水库积水风险系数越大，说明该时间点水库存在安全隐患，通过如此设置，可以对水利工程中水库是否存在安全隐患进行初步判断，当水库存在安全隐患时，此时系统会通过警示模块对后台管理人员发出警示，提醒后台管理人员及时优化水库调度策略，并进行水位控制、泄洪安排等，保障水库的生态安全。

所述计算水利工程中水库的风险值的过程还包括：

通过公式计算获得第i个时间点的水库闸门老化系数；

通过将所有第i个时间点的水库闸门老化系数与预设的水库闸门老化系数进行比对；

若任一大于，系统判断闸门的老化情况严重，且水库存在安全隐患，并通过警示模块提醒维保人员对闸门进行检修；

若所有均小于，系统判断闸门的老化情况轻微，且水库不存在安全隐患，之后通过结合水库积水风险系数对水库是否存在安全隐患进行判断；

其中，为第i个时间点的下游水位高度，为预设的上下游水位差，为第i个时间点的水体内溶解氧含量，为第i个时间点的水体内溶解氧含量，为定义函数，若，则=，若，则，为的参考值，上述参考值可根据经验数据中的允许误差选择设定，上述预设的水库闸门老化系数可根据经验拟合设定；

通过上述技术方案，本实施例提供了第i个时间点的水库闸门老化系数，可以通过公式计算获得，显然，当第i个时间点的上下游水位差和水流速度越大，且水体内溶解氧含量越大时，此时闸门的老化系数就越大，就说明闸门可能出现老化或腐蚀，导致产生收缩性裂缝，由于闸门出现老化或腐蚀会影响其运行状态，所以会影响水库的整体安全度，随后通过将所有第i个时间点的水库闸门老化系数与预设的水库闸门老化系数进行比对；若任一大于，系统判断闸门的老化情况严重，且水库存在安全隐患，并通过警示模块提醒维保人员对闸门进行检修，否则，系统判断闸门的老化情况轻微，且水库不存在安全隐患，之后通过结合水库积水风险系数对水库是否存在安全隐患进行判断；通过此种判断方式，可以准确地判断出闸门的使用情况，并进一步延伸，根据闸门的使用情况以及老化程度判断水库是否存在安全度，提高对水库安全度监测结果的准确度。

所述计算水利工程中水库的风险值的过程还包括；

通过公式计算获得第i个时间点水利工程中水库的总风险系数；

其中，为误差系数，X1与X2为权重系数，为降雨量影响函数，为第i个时间点的降雨量；

通过上述技术方案，可使用公式计算获得第i个时间点水利工程中水库的总风险系数，显然，当水库积水风险系数与闸门风险系数较高时，会影响水利工程中水库的总风险系数，通过如此设置，可以融合多源数据对水利工程中水库的整体安全度进行监测，从而保证监测结果的准确性较高，避免出现水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，保证水利工程运行时的安全。

所述分析比对的过程包括：

并通过将所有第i个时间点水利工程中水库的总风险系数分别与水库的预设总风险系数阈值进行比对；

若任一大于，系统判断该时间点水利工程中水库的安全系数低，存在安全隐患，警示模块对后台管理人员发出警示；

若所有均小于，系统判断水利工程中水库的安全系数高，不存在安全隐患，并通过风险预估模块对水利工程中水库未来一段时间的风险值进行预测；

需要说明的是，水库的预设总风险系数阈值可根据经验拟合设定；

通过上述技术方案，将所有第i个时间点水利工程中水库的总风险系数分别与水库的预设总风险系数阈值进行比对，若任一大于，系统判断该时间点水利工程中水库的安全系数低，存在安全隐患，此时系统会通过警示模块对后台管理人员发出警示，提醒后台管理人员及时优化水库调度策略，并进行水位控制、泄洪安排等，保障水库的生态安全，并提醒维保人员，及时对水闸进行检修维保，提高水闸在后续使用时的运行稳定性；

若所有均小于，系统判断水利工程中水库的安全系数高，不存在安全隐患，随后通过风险预估模块预估水利工程中水库未来一段时间的风险值，并根据预估结果科学地制定水资源利用计划，合理配置水资源，实时调整优化水库调度策略，包括水位控制、泄洪安排等，通过此种判断方式，可以对水利工程中的水库是否存在安全隐患进行准确的判断，并根据判断结果及时调整优化水库调度策略，避免出现水库存在安全隐患但是并未察觉的情况出现，保证水利工程运行时的安全。

所述风险预估过程包括：

通过数据采集模块持续采集获得的实时数据，建立水库的总风险系数的实时变化曲线；

通过公式计算获得水库的总风险系数的变化量系数；

其中，为比例系数，上述比例系数可根据经验拟合设定，为水库的总风险系数的最大值，为水库的总风险系数的最小值，为调整系数对照表函数；

通过上述技术方案，可以使用公式计算获得水库的总风险系数的变化量系数，并根据水库的总风险系数的变化量系数预估水利工程中水库未来一段时间的风险值高低，从而起到安全预警与预防的作用，提升应急响应能力。

所述风险预估的过程还包括：

通过将水库的总风险系数的变化量系数与水库的预设总风险系数的变化量系数阈值进行比对；

若大于，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值增加，并通过警示模块对后台管理人员进行预警；

否则，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值不增加；

通过上述技术方案，将水库的总风险系数的变化量系数与水库的预设总风险系数的变化量系数阈值进行比对，若大于，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值增加，并通过警示模块对后台管理人员进行预警，提醒后台管理人员优化水库调度策略，否则，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值不增加，此时只需要做好正常的安全监测作业即可，通过此种判断方式，可以对水库未来一段时间的风险值高低进行预估，可以及时发现潜在的安全隐患，从而提前采取相应的预警和预防措施，避免或减轻水库事故对人民生命财产和环境造成的损害，并且通过预估水库未来风险值还有助于提升水库管理部门对应急事件的响应能力，制定有效的应急预案，确保在突发情况下能够迅速、有效地进行处置。

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。

Claims (7)

1.一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集模块，用于采集水库内的水体信息；

数据处理模块，用于接收数据采集模块采集到的信息，并根据信息计算水利工程中水库的风险值；

分析比对模块，用于将水利工程中水库的风险值与预设的风险值进行比对，并根据比对结果判断水利工程中水库是否存在安全隐患；

警示模块，用于根据判断结果，决定是否对后台管理人员发出警示；

风险预估模块，用于预估水利工程中水库未来一段时间的风险值；

所述计算水利工程中水库的风险值的过程包括：

通过公式计算获得第i个时间点的水库积水风险系数；

其中，i为任意一次按照固定时间间隔的数据采集，为泥沙影响函数，为水库中的泥沙堆积量，为第i个时间点的上游水位高度，为第i个时间点的预设上游水位高度，为第i个时间点的水流速度，为第i个时间点的预设水流速度，为坝基渗流量采集位置数量，为任意一处采集位置，为第处采集位置的渗流量，为第处采集位置的预设渗流量，为的参考值。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述数据采集模块采集的信息包括水位高度、水流速度、坝基渗流量、水体溶解氧含量以及降雨量。

3.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述计算水利工程中水库的风险值的过程还包括：

通过公式计算获得第i个时间点的水库闸门老化系数；

通过将所有第i个时间点的水库闸门老化系数与预设的水库闸门老化系数进行比对；

若任一大于，系统判断闸门的老化情况严重，且水库存在安全隐患，并通过警示模块提醒维保人员对闸门进行检修；

若所有均小于，系统判断闸门的老化情况轻微，且水库不存在安全隐患，之后通过结合水库积水风险系数对水库是否存在安全隐患进行判断；

其中，为第i个时间点的下游水位高度，为预设的上下游水位差，为第i个时间点的水体内溶解氧含量，为第i个时间点的水体内预设的标准溶解氧含量，为定义函数，为的参考值。

4.根据权利要求3所述的一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述计算水利工程中水库的风险值的过程还包括；

通过公式计算获得第i个时间点水利工程中水库的总风险系数；

其中，为误差系数，X1与X2为权重系数，为降雨量影响函数，为第i个时间点的降雨量。

5.根据权利要求4所述的一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述分析比对的过程包括：

并通过将所有第i个时间点水利工程中水库的总风险系数分别与水库的预设总风险系数阈值进行比对；

若任一大于，系统判断该时间点水利工程中水库的安全系数低，存在安全隐患，警示模块对后台管理人员发出警示；

若所有均小于，系统判断水利工程中水库的安全系数高，不存在安全隐患，并通过风险预估模块对水利工程中水库未来一段时间的风险值进行预测。

6.根据权利要求5所述的一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述风险预估过程包括：

通过数据采集模块持续采集获得的实时数据，建立水库的总风险系数的实时变化曲线；

通过公式计算获得水库的总风险系数的变化量系数；

其中，为比例系数，为水库的总风险系数的最大值，为水库的总风险系数的最小值，为调整系数对照表函数。

7.根据权利要求6所述的一种基于多源数据融合的智慧水利智能监控系统，其特征在于，所述风险预估的过程还包括：

通过将水库的总风险系数的变化量系数与水库的预设总风险系数的变化量系数阈值进行比对；

若大于，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值增加，并通过警示模块对后台管理人员进行预警；

否则，系统判断水利工程中水库未来一段时间的风险值不增加。