【技术实现步骤摘要】
本申请涉及水利工程，更具体地说，涉及一种水利工程河道治理泥沙取样系统。
技术介绍
1、随着城市化进程的不断推进和人类活动的增加，河道的水资源管理和环境治理显得尤为重要。然而，传统的水利工程河道治理中存在着泥沙取样过程复杂、取样点位选择难度大、取样数据的精确性和实时性不足等问题。目前的泥沙取样工作往往依赖于人工经验或简单的机械操作，这种方式不仅效率低下，而且往往无法全面覆盖河道各个区域，导致取样数据的代表性和准确性不高。此外，由于河道泥沙分布和运移规律的复杂性，治理设施的调度也面临着很大的挑战，无法有效地适应泥沙变化趋势和实时水文条件。
2、因此，迫切需要一种新型的水利工程河道治理泥沙取样系统，以解决传统方法存在的种种问题，从而实现了对河道泥沙的全面监测和管理，提高水资源利用效率和环境保护水平。
技术实现思路
1、为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本申请的目的在于针对上述问题，提供一种水利工程河道治理泥沙取样系统，包括：
2、取样布点优化模块，基于河道地形、水文条件和历史泥沙数据，确定泥沙取样的时空位置布点方案；
3、智能取样模块，根据布点方案自主决策选择最优取样策略,实施高效精确的无人化取样作业；
4、泥沙分析预测模块，对河道泥沙的时空分布与运移规律进行深入分析，预测未来一段时期内泥沙变化趋势；
5、智能调度模块，结合泥沙预测结果与实时水文条件，智能调度河道治理设施设备，优化资源配置,提高工程治理效率。
6、进
7、河道地形数据采集子模块，负责利用无人机航测与实地测绘手段,获取河道的三维地形数据,为布点优化提供基础地理信息；
8、水文条件分析子模块，结合河道上游来水情况与气象数据,分析河道的关键水文参数,为布点优化提供水动力学约束；
9、历史数据挖掘子模块，对历史泥沙取样数据进行统计分析,发现泥沙分布的时空规律,为布点优化提供经验参考；
10、智能建模优化子模块，将河道地形、水文条件和历史泥沙数据融合,构建河道泥沙分布数学模型,并基于启发式算法求解最优布点方案；
11、智能取样模块包括：
12、策略生成子模块，基于取样布点方案和环境数据,运用场景建模和决策理论,生成多种可选的取样策略方案；
13、策略评估子模块，对生成的各取样策略进行有效性、可靠性和经济性评估,为最终策略选择提供决策支持；
14、自主决策子模块，用于对评估结果进行智能决策分析,自主选择并优化最佳取样策略；
15、硬件控制子模块，接收策略指令,实时控制水下机器人平台和各类取样执行器的运动和取样动作；
16、状态监测子模块，实时监测取样过程中机器人平台的运行状态、位置及取样设备工作状态,并将监测数据反馈至决策模块；
17、泥沙分析预测模块包括:
18、泥沙分布分析子模块，分析河道不同时空位置的泥沙粒度分布与组分含量,揭示泥沙沉积和搬运规律；
19、运移模拟子模块，构建河道水动力学模型和泥沙运移模型,模拟河床冲刷与河岸侵蚀过程,分析泥沙的来源、运移路径和去向；
20、时空预测子模块，基于泥沙分布分析和运移模拟结果,结合未来气候与水文预报,建立时间序列预测模型,对未来一段时间内河道泥沙的分布和演变趋势进行预测；
21、智能调度模块包括:
22、约束条件建模子模块，用于构建河道治理设备性能约束模型、资源限制模型和作业规范模型,量化各种硬件和非硬件约束条件；
23、调度优化子模块，结合泥沙变化趋势预测,运用优化算法和规则推理技术,自动生成治理设备的最优调度方案；
24、方案评估子模块，对生成的调度方案进行全面评估,考虑有效性、可靠性与经济性方面指标,必要时反馈调度优化模块进行重新优化；
25、调度执行子模块，将最优调度方案下发至各治理设备,自动化完成调度命令的分发和执行,并实时监控设备运行状态。
26、进一步的，对历史泥沙取样数据进行统计分析,发现泥沙分布的时空规律,包括以下具体步骤:
27、收集并整理在不同时间、不同河道位置获取的泥沙取样数据,建立统一的数据库；
28、在时间维度上,对同一取样点位的历史数据进行序列分析,研究泥沙含量的多年变化趋势,找出周期性规律，公式表示为:y(t)＝t(t)+s(t)+r(t)，其中，y(t)是在时间t的观测值；t(t)是长期趋势组件，代表着长期变化趋势；s(t)是季节性组件，代表着周期性变化；r(t)是残差项，代表了不能被趋势和季节性组件解释的随机波动；
29、在空间维度上,对同一时间不同取样点位的数据进行对比分析,发现泥沙在河道纵横向上的分布格局，具体过程为：设定空间坐标系统，其中，x表示河流的横向坐标，y表示河流的纵向坐标；对于每个取样点位(xi,yi)，测量泥沙含量s(xi,yi)；使用插值方法估计整个河道的泥沙分布，具体公式为：其中，s(x,y)是预测点(x,y)的泥沙含量，λi是第i个采样点的插值权重，n是采样点的数量；计算泥沙含量的空间分布统计量，以描述泥沙的空间分布特征；用莫兰指数来评估空间分布的聚集或分散趋势；绘制泥沙含量的等值线图或三维表面图，以直观展示泥沙在河道纵横向上的分布格局；
30、将时间序列和空间分布相互结合,构建泥沙在时空上的四维数据立方体模型,运用数据挖掘与模式识别算法,自动发现隐含的时空分布规律；
31、将发现的时空分布规律与影响因素相关联,建立概率模型，引入河道地形、水文及气象参数作为自变量,泥沙浓度作为因变量,探究时空分布规律与环境条件的内在联系。
32、进一步的，将河道地形、水文条件和历史泥沙数据融合,构建河道泥沙分布数学模型,并基于启发式算法求解最优布点方案,包括以下具体步骤:
33、基于河道的三维地形数据、上游来水情况和气象数据,建立河道地形模型和水文模型；
34、基于泥沙的时空分布规律构建泥沙分布经验模型；
35、将地形模型、水文模型和泥沙分布经验模型有机结合,建立河道泥沙运移的物理数学模型；
36、将泥沙取样布点方案问题形式化为数学优化问题，以泥沙测量覆盖率、代表性和经济成本为优化目标,以物理数学模型的求解结果为约束条件,建立多目标优化模型；
37、采用启发式算法对多目标优化模型进行求解,获得多个备选的最优布点方案；
38、对求解获得的备选布点方案进行综合评估和排序,选择最优方案作为泥沙取样的布点参考。
39、进一步的，基于取样布点方案和环境数据,运用场景建模和决策理论,生成多种可选的取样策略方案,包括以下具体步骤:
40、收集影响取样策略的各种环境数据,包括河道地形、水文情况、气象条件和水下机器人平台性能,建立环境场景模型，同时根据布点方案,构建期望的取样点位置模型本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，包括以下模块：
2.根据权利要求1所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，取样布点优化模块包括以下子模块：
3.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，对历史泥沙取样数据进行统计分析,发现泥沙分布的时空规律,包括以下具体步骤:
4.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，将河道地形、水文条件和历史泥沙数据融合,构建河道泥沙分布数学模型,并基于启发式算法求解最优布点方案,包括以下具体步骤:
5.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，基于取样布点方案和环境数据,运用场景建模和决策理论,生成多种可选的取样策略方案,包括以下具体步骤:
6.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，对生成的各取样策略进行有效性、可靠性和经济性评估,可分为以下具体步骤:
7.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，对评估结果进行智能决策分析,自主选
8.根据权利要求7所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，在策略优化过程中,引入基于知识的约束规划,将人工经验知识和物理知识转化为先验知识约束,有效减少策略搜索空间,提高优化效率。
9.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，用于构建河道治理设备性能约束模型、资源限制模型和作业规范模型,量化各种硬件和非硬件约束条件,包括以下具体步骤:
10.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，结合泥沙变化趋势预测,运用优化算法和规则推理技术,自动生成治理设备的最优调度方案，包括以下具体步骤:
...【技术特征摘要】
1.一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，包括以下模块：
2.根据权利要求1所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，取样布点优化模块包括以下子模块：
3.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，对历史泥沙取样数据进行统计分析,发现泥沙分布的时空规律,包括以下具体步骤:
4.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，将河道地形、水文条件和历史泥沙数据融合,构建河道泥沙分布数学模型,并基于启发式算法求解最优布点方案,包括以下具体步骤:
5.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，基于取样布点方案和环境数据,运用场景建模和决策理论,生成多种可选的取样策略方案,包括以下具体步骤:
6.根据权利要求2所述的一种水利工程河道治理泥沙取样系统，其特征在于，对生...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖杰，段玉刚，李艳涛，
申请(专利权)人：沂源县基础工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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