【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利建设，具体为一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统及方法。
技术介绍
1、数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生在产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等领域应用较多。
2、大坝的失事会给下游带来严重破坏，房屋、农田将被淹没，严重威胁下游人民的生命财产安全，虽然大坝属于超静定结构，面对超载情况能够自我调整应力分布，然而其地基、坝肩的稳定性受到受力状态、地质条件的影响，容易发生整体或局部滑移，威胁大坝安全。因此，对大坝的进行安全监测，并进行安全预警，显得尤为重要。目前在大坝安全监测过程中，会由于监测仪器的自身故障、监测位置不当或环境干扰等原因，会导致监测数据的异常，影响监测分析效果，而造成预警不准确，同时，对于异常强度，也缺少对应的预警划分。
3、因此，本专利技术提供一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统及方法，用于解决上述所提出的相关技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统及方法，本专利技术会构建虚拟的三维大坝模型，实现可视化的大坝监测效果，以及剔除异常的数据，以保证后续预警的准确性，根据预处理数据和预设的阈值，得到对应的警戒区间和警觉区间，进而可以得到相应的预警等级，达到对大坝的监测和预警的效果，此外，还会绘制相应的数据走势图表，使得管理人员可以直接的
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面：提供了一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，包括信息获取单元、信息分析单元和可视化预警单元，其中：
4、所述信息获取单元用于获取大坝的构建历史数据信息、大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息；
5、所述信息分析单元根据所获取的大坝的构建历史数据信息，构建虚拟三维大坝模型，对大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息进行预处理和统计，以及监测判定虚拟三维大坝模型的运行状态，所述信息分析单元与信息获取单元连接；
6、所述可视化预警单元用于绘制数据走势图表、显示所接收到的信息，以及根据预警信息发出相应的预警提醒，所述可视化预警单元与信息分析单元连接。
7、本专利技术进一步的设置为：所述信息获取单元包括大坝信息获取模块和环境信息获取模块，其中：
8、所述大坝信息获取模块用于获取大坝的构建历史数据信息；
9、所述环境信息获取模块用于获取大坝的环境信息，其中环境信息包括上下游水位信息、气温信息、大气压力信息以及降水量信息。
10、本专利技术进一步的设置为：所述信息获取单元还包括安全信息获取模块和第一通讯模块，其中：
11、所述安全信息获取模块用于获取大坝的安全监测信息，其中安全监测信息包括变形量信息、渗透量信息以及应力应变信息；
12、所述第一通讯模块用于实现信息获取单元与信息分析单元间的信息交互，所述第一通讯模块与大坝信息获取模块、环境信息获取模块和安全信息获取模块均连接。
13、本专利技术进一步的设置为：所述信息分析单元包括第二通讯模块、大坝构建模块、数据预处理模块和数据统计模块，其中：
14、所述第二通讯模块用于实现信息分析单元与信息获取单元和可视化预警单元间的信息交互；
15、所述大坝构建模块根据所获取的大坝的构建历史数据信息，构建虚拟三维大坝模型，所述大坝构建模块与第二通讯模块连接；
16、所述数据预处理模块用于对大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息异常值识别和剔除，所述数据预处理模块与第二通讯模块连接；
17、所述数据统计模块用于对预处理后的数据信息进行统计，所述数据统计模块与数据预处理模块连接。
18、本专利技术进一步的设置为：所述对大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息异常值识别和剔除的过程如下：
19、按照信息获取的时间，构建基于时间的监测序列x＝(x1,x2,…,xi,…,xn)，式中xi为某一个时刻数据；
20、计算监测序列xi的方差δxi，将方差δxi不满足(0，σ2)作为第一异常判定情况；
21、将作为第二异常判定条件，式中，δxi为方差，为均方差，k为判别倍数，σ为方差标准差；
22、若xi满足第一异常判定条件，且满足第二异常判定条件，则剔除xi，否则，保留xi。
23、本专利技术进一步的设置为：所述对预处理后的数据信息进行统计的过程如下：
24、获取预处理后的监测序列y＝(y1,y2,…,yi,…,yn)，式中，yi为某一个时刻数据；
25、在监测序列y范围内设定一个阈值u，将zi＝yi-u为超出量，得到超出量序列z＝(z1,z2,…,zi,…,zm)；
26、计算得到概率分布函数式中，式中，为超出量的平均值，s为超出量的方差，σ为方差标准差；
27、根据3σ准则，对概率分布进行划分，得到对应的警戒区间和警觉区间。
28、本专利技术进一步的设置为：所述信息分析单元还包括监测判定模块和数据库模块，其中：
29、所述监测判定模块用于将预处理后的数据映射到所构建的虚拟三维大坝模型中，以及根据阈值u确定是否存在预警，并根据警戒区间和警觉区间来判定预警等级，所述监测判定模块与第二通讯模块、大坝构建模块和数据统计模块均连接；
30、所述数据库模块用于存储所接收的信息，所述数据库模块与第二通讯模块和监测判定模块均连接。
31、本专利技术进一步的设置为：所述可视化预警单元包括第三通讯模块、显示模块和数据绘制模块，其中：
32、所述第三通讯模块用于实现可视化预警单元与信息分析单元间的信息交互；
33、所述显示模块用于显示所接收的信息，所述显示模块与第三通讯模块连接；
34、所述数据绘制模块根据所接收的数据信息，绘制相应的数据走势图表，所述数据绘制模块与第三通讯模块和显示模块均连接。
35、本专利技术进一步的设置为：所述可视化预警单元还包括预警提醒模块，所述预警提醒模块根据所接收到的预警信息，发出相应的预警提醒，所述预警提醒模块与第三通讯模块和显示模块均连接。
36、本专利技术的第二方面：提供了一种基于数字孪生的大坝安全分析预警方法，使用了上述的基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，包括以下步骤：
37、步骤一、获取大坝的构建历史数据信息、大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息；
38、步骤二、预设预警所设的阈值u，根据所获取的大坝的构建历史数据信息，构建虚拟三维大坝模型，对大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息进行预处理和统计，再阈值u确定是否存在预警，然后利用警戒区间和警觉区间来判定预警等级；
39、步骤三、根据所得到的预警等级，发出相应的预警提醒。...
【技术保护点】
1.一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于，包括信息获取单元(100)、信息分析单元(200)和可视化预警单元(300)，其中：
2.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息获取单元(100)包括大坝信息获取模块(110)和环境信息获取模块(120)，其中：
3.根据权利要求2中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息获取单元(100)还包括安全信息获取模块(130)和第一通讯模块(140)，其中：
4.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息分析单元(200)包括第二通讯模块(210)、大坝构建模块(220)、数据预处理模块(230)和数据统计模块(240)，其中：
5.根据权利要求4中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述对大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息异常值识别和剔除的过程如下：
6.根据权利要求5中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述对预
7.根据权利要求5中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息分析单元(200)还包括监测判定模块(250)和数据库模块(260)，其中：
8.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述可视化预警单元(300)包括第三通讯模块(310)、显示模块(320)和数据绘制模块(330)，其中：
9.根据权利要求8中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述可视化预警单元(300)还包括预警提醒模块(340)，所述预警提醒模块(340)根据所接收到的预警信息，发出相应的预警提醒，所述预警提醒模块(340)与第三通讯模块(310)和显示模块(320)均连接。
10.一种基于数字孪生的大坝安全分析预警方法，使用了权利要求1-9中任意一项所述的基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于，包括信息获取单元(100)、信息分析单元(200)和可视化预警单元(300)，其中：
2.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息获取单元(100)包括大坝信息获取模块(110)和环境信息获取模块(120)，其中：
3.根据权利要求2中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息获取单元(100)还包括安全信息获取模块(130)和第一通讯模块(140)，其中：
4.根据权利要求1中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述信息分析单元(200)包括第二通讯模块(210)、大坝构建模块(220)、数据预处理模块(230)和数据统计模块(240)，其中：
5.根据权利要求4中所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于：所述对大坝的环境信息以及大坝的安全监测信息异常值识别和剔除的过程如下：
6.根据权利要求5中所...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉耀国，于正委，张玲，贾玉山，黄家席，刘赟，刘威，赵小冬，
申请(专利权)人：江苏顺骁工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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