【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水利监测，具体为一种用于水利监测终端的远程监控预警系统。
技术介绍
1、随着社会和经济的快速发展，水资源成为关系到国家经济、社会和生态可持续发展的关键因素之一。水利工程(如水库、堤坝、水闸等)的建设和水资源的调度管理在保障区域水安全、减少自然灾害影响、促进水资源合理利用等方面发挥着至关重要的作用。然而，传统的水利监测方式存在较多问题：
2、首先，现有的水利监测系统多数为周期性数据采集，数据采集频率较低，不能实现实时监控。而一些高风险水域，如水库、河流等，因数据滞后，容易出现突发情况，如洪水、滑坡等灾害发生时，难以及时作出响应；
3、其次，传统的水利监测系统难以有效应对数据采集过程中的缺失、噪声、异常值等问题。特别是在极端天气或突发事件时，数据可能会出现大规模缺失或不准确，影响监控效果；
4、最后，现有的水利监测系统预警机制往往较为简单，只依赖于传统的阈值检测方法，忽视了复杂的数据趋势、季节性变化和多维度分析，导致预警信息准确性低，难以实现精细化管理。应急响应机制也往往缺乏灵活性，无法根据不同的异常情况提供具体的响应措施。
5、针对上述问题，有必要提出一种用于水利监测终端的远程监控预警系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决
技术介绍
中存在的问题，而提出一种用于水利监测终端的远程监控预警系统。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，包括数
4、数据采集模块通过水位计、流量计、压力传感器、水质传感器等不同的水利监测终端获取各个监测区域i的水利数据，包括：
5、各个监测区域的水位计测得的水位；
6、各个监测区域的流量计测得的水流量；
7、各个监测区域的压力传感器测得的静水压力；
8、各个监测区域的水质传感器测得的溶解氧浓度和化学需氧量。
9、每个水利数据附带记录数据采集时刻的时间戳和记录数据采集空间位置的监测区域编号符。
10、随后，通过模数转换器将传感器采集到的水利数据转换为数字信号，并发送给边缘计算模块。
11、边缘计算模块负责水利数据的初步处理与分析，包括数据缺失处理、噪声抑制和异常值检测。
12、作为本专利技术的一种优选方式，对水利数据进行缺失处理。每隔预设周期t，检查各监测点的数据时间戳，如果相邻时间戳间隔过大，则判定存在数据缺失，并通过插值方法对缺失数据进行补充。插值计算采用公式根据现有数据估算缺失值的位置和具体数值。
13、作为本专利技术的一种优选方式，对水利数据进行数据清洗与噪声抑制，预设滑动窗口宽度k，获取每个数据点前后k个数据，生成长度为2k+1的序列，进行中值滤波，得到滤波后的数据。
14、作为本专利技术的一种优选方式，对水利数据进行异常值检测，对每个滤波后的数据进行异常值检测。根据数据的最大值、最小值、均值和标准差，设定两个异常判据。若数据超出阈值，标记为异常数据并输出预警信号。
15、信息传输模块将边缘计算模块处理后的水利数据通过长距离传输协议传输至中央分析模块。同时实时评估通信网络的带宽和各监测区域的数据传输任务。计算通信负载，动态调整数据传输带宽。根据异常判据、预警信号和数据传输任务优先级，调整各监测区域数据传输的通信资源。通过计算带宽调整量和频率调整量，优化网络资源分配。信息传输模块将边缘计算模块处理后的水利数据通过基于长距离传输协议的通信网络传输到中央分析模块。
16、中央分析模块接收信息传输模块发来的水利数据，通过季节性分解将水利数据在时间尺度上分解为三个部分：趋势部分、周期性部分和残差噪声部分。
17、通过局部加权回归算法平滑数据提取趋势部分，随后将水利数据减去趋势部分，得到周期性部分和残差噪声部分的混合数据。通过快速傅里叶变换分析周期性部分和残差噪声部分的混合数据，提取其中的周期性部分。
18、作为本专利技术的一种优选方式，对趋势部分和周期性部分进行异常值分析，对趋势部分和周期性部分进行异常值分析，通过异常指数的运算识别趋势部分是否有异常升高或下降，周期性部分是否有异常波动。计算异常指数，分析水位、流量、压力、溶解氧浓度和化学需氧量数据的异常情况。若异常指数超出预设阈值，生成报警信号。
19、作为本专利技术的一种优选方式，根据异常信号输出不同级别的预警信息。若仅产生预警信号，输出一级预警；仅产生报警信号，输出二级预警；同时产生预警和报警信号，输出三级预警。
20、执行模块负责在接收到中央分析模块发来的一级、二级和三级预警信息后，执行相应的响应操作。
21、在检测到二级或三级预警信息后，触发现场的报警装置，并通过短信、邮件或app通知相关人员，以便快速响应。
22、根据具体的预警级别，选择不同的应急响应策略：
23、一级预警：立即通知工作人员，启动人工干预。
24、二级预警：启动水闸、水泵等自动化调节设备。
25、三级预警：触发公共安全报警，进行大规模疏散或紧急响应。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
27、1、本专利技术通过边缘计算模块对传感器采集的水位、流量、压力、水质等数据进行初步处理，解决了传统监测中数据缺失、噪声干扰和异常值的问题。通过时间戳检测、插值计算、数据清洗和中值滤波等技术，确保了水利监测数据的准确性和连续性；这使得水利数据能够更加精确地反映实时的水利状态，为决策提供了更可靠的依据；
28、2、本专利技术能够通过实时的数据分析，识别出水位、流量、压力等关键水利数据中的异常变化，如洪水、干旱等自然灾害的早期征兆。结合季节性分解和异常值分析，能够及时发现趋势部分或周期性部分的异常波动，触发预警信号。这使得管理人员能够在潜在风险发生之前采取有效的应对措施，从而提高水利资源管理的安全性和效率。
29、3、本专利技术通过动态调整通信带宽、频率和优先级管理，解决了传统远程监控系统中带宽限制和网络负载不均的问题。特别是在多节点、大数据量的情况下，能够有效避免数据传输延迟和丢失，保证实时性和稳定性。此外，网络负载和通信资源的动态优化能提升整体系统的性能，确保在紧急情况下能够优先传输关键监测数据，增强系统的应急响应能力。
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1.一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，包括边缘计算模块、信息传输模块和中央分析模块，其特征在于；
2.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，还包括数据采集模块和执行模块；
3.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，对水利数据进行缺失处理的具体过程为：
4.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，通过数据清洗与中值滤波对采集到的水利数据进行噪声抑制的具体过程为：
5.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，对水利数据进行异常值检测的具体过程为：
6.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，实时评估通信网络的状态并动态调整数据传输带宽的具体过程为：
7.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，将水利数据在时间尺度上分解为趋势部分、周期性部分和残差噪声的具体过程为：
8.根据权利要求7所述的一种用于水利监
9.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，根据预警信号与报警信号的产生情况输出不同等级的预警信息的具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，包括边缘计算模块、信息传输模块和中央分析模块，其特征在于；
2.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，还包括数据采集模块和执行模块；
3.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，对水利数据进行缺失处理的具体过程为：
4.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，通过数据清洗与中值滤波对采集到的水利数据进行噪声抑制的具体过程为：
5.根据权利要求1所述的一种用于水利监测终端的远程监控预警系统，其特征在于，对水利数据进行异常值检测的具体...
【专利技术属性】
技术研发人员：王巧丽，陈卫，李然，冯能操，鲁青，龙少颖，孙光宝，刘维成，郑鹏飞，
申请(专利权)人：长江水利委员会水文局，
类型：发明
国别省市：
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