一种堤坝安全远程监测控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及水利工程安全监控领域，具体为一种堤坝安全远程监测控制系统及其控制方法。

背景技术：

1、大坝，作为水利工程中的核心构造，其安全性不仅关乎下游数百万人民的生命财产，还直接关系到整个国家的经济和社会稳定。然而，传统的大坝监控方法往往依赖于人工巡查和定期检测，这种方式不仅效率低下，容易因为人为因素造成监控失误，而且难以捕捉到大坝微小但重要的变化，从而无法及时预警潜在的安全隐患。

2、随着科技的不断进步，现代水利工程对大坝安全性的要求也越来越高。大坝需要承受巨大的水压、温度变化、地质变动等多种因素的考验，任何一点微小的变化都可能引发严重的后果。因此，开发一种高效、准确的大坝安全远程监测控制系统显得尤为迫切和必要。

3、这种系统可以集成多种传感器，如位移传感器、应力传感器、渗流传感器等，实时监测大坝的各项关键参数，并通过数据传输技术将数据传输到数据处理与分析中心。在数据处理与分析中心，利用先进的算法和模型，可以对大坝的安全状态进行精准评估，及时发现潜在的安全风险。同时，通过远程控制技术，可以实现对大坝的远程操控，如调整水库水位、加强巡查等，从而有效保障大坝的安全性。

4、因此，开发一种高效、准确的大坝安全远程监测控制系统不仅具有重大的现实意义，还具有极高的应用价值。它不仅可以提高大坝监控的效率和精度，降低人为因素造成的风险，还可以为大坝的维护和管理提供科学依据，推动水利工程的安全、高效发展。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种堤坝安全远程监测控制系统及其控制方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种堤坝安全远程监测控制系统及其控制方法，包括：

5、一种堤坝安全远程监测控制系统控制方法：

6、s101、部署智能传感器形成智能传感器网络，用于确保全面、准确地获取堤坝状态信息。

7、所述智能传感器网络设于坝体表面、坝体内部、水库区域、溢洪道和闸门，坝体表面部署位移和应力传感器，用于实时监测坝体的变形和应力分布情况，坝体内部的传感器为通过钻孔或埋设管道在坝体内部部署温度和渗流传感器，温度传感器用于实时监测坝体内部的温度变化，以评估堤坝的热稳定性和运行状态，渗流传感器用于实时监测坝体内部的渗流情况，水库区域部署水位传感器和气象传感器，用于监测水库的水位变化，以评估堤坝的承载能力和稳定性，溢洪道和闸门处部署位移、应力和压力传感器用于实时监测溢洪道和闸门的受力情况。

8、s102、通过实时监测模型对所述智能传感器网络所采集的数据进行实时分析，以评估大坝的安全状态，所述实时监测模型包括位移分析模型、应力分析模型和渗流分析模型。

9、优选的，位移分析模型：

10、

11、其中，δd(t)表示随时间变化的位移量，f(t)表示随时间变化的外部力，所述外部力包括水压和地震力，k表示堤坝的刚度系数。

12、优选的，应力分析模型：

13、σ(x,y,z,t)＝σ0(x,y,z)+δσ(x,y,z,t)

14、其中，σ(x,y,z,t)表示堤坝内部任意点(x,y,z)在时间t的应力状态，σ0(x,y,z)表示初始应力状态，δσ(x,y,z,t)表示随时间变化的应力增量。

15、优选的，渗流分析模型：

16、

17、其中，q(x,y,z,t)表示渗流速度，-k(x,y,z)表示渗透系数，表示水头梯度，μ表示水的动力粘度。

18、s103、评估安全状态并预警，根据所述实时监测模型的结果，结合预设的安全阈值，进行安全状态评估和预警，当评估结果低于安全阈值时，自动触发预警机制。

19、优选的，安全状态评估公式：

20、s(t)＝f(w1δd(t),w2σ(x,y,z,t),w3q(x,y,z,t),...)

21、其中，s(t)表示时间t的堤坝安全状态指数，f表示考虑多种因素的评估函数，(w1,w2,w3,...,wn)表示每种因素的权重，当s(t)低于预设的安全阈值时，触发报警。

22、s104、接收预警信息后，决策者可以通过远程监控与控制系统对堤坝进行实时监控和控制。

23、一种堤坝安全远程监测控制系统：包括智能传感器网络、实时监测模型、安全状态评估模块、预警模块和远程监控系统，

24、所述智能传感器网络包括位移、应力、渗流和水位传感器，用于实时采集堤坝参数，所述智能传感器网络设于坝体表面、坝体内部、坝基和溢洪道；

25、所述实时监测模型包括位移分析模型、应力分析模型和渗流分析模型；

26、所述安全状态评估模块用于结合预设的安全阈值，进行安全状态评估，在评估结果低于安全阈值时，自动触发所述预警模块预警；

27、所述远程监控系统用于将所述智能传感器网络的监测数据以图表、曲线或数值的形式展示出来，同时具备远程控制功能，所述远程控制功能包括控制对溢洪道和放水洞闸门的开度控制、启动或停止堤坝发电机组和泵站、所述智能传感器网络的采样频率和上报间隔。

28、优选的，所述位移传感器设于坝顶、坝肩和坝基，在坝体内部通过垂直和水平方向上设置所述位移传感器监测坝体的内部位移；

29、优选的，所述应力传感器设于拱坝的拱冠梁、拱脚和坝体内部的关键断面，通过所述应力传感器了解坝体在不同工况下的应力分布和变化情况，用于评估坝体的应力状态；

30、优选的，所述渗流传感器设于坝体内部的裂缝、孔洞、渗流通道和坝基与周围岩体的接触面，通过所述渗流传感器了解坝体内部的渗流情况，所述渗流情况包括渗流量、渗流速度和渗流方向，用于预防潜在的渗流破坏；

31、优选的，所述水位传感器设于坝前、坝后和溢洪道，通过所述水位传感器实时监测水库的水位变化，用于评估大坝的承载能力和稳定性。

32、(三)有益效果

33、本发明提供了一种堤坝安全远程监测控制系统及其控制方法。具备以下

34、有益效果：

35、1、本方案的核心在于将物理原理与先进的数学模型相结合，从而实现对大坝安全状态的精确评估。物理原理确保了评估过程与实际工程状况的紧密贴合，而数学模型则提供了强大的计算和分析能力，使得评估结果更加准确和可靠。这种结合不仅提高了评估的精度，还使得评估过程更加高效和便捷；

36、2、实时监测模型是保障大坝安全的重要工具。它能够实现对大坝各项关键指标(如水位、渗流、应力等)的实时监测，确保数据的及时性和准确性。通过实时监测模型，我们可以及时发现大坝的安全隐患，如裂缝、位移异常等，从而迅速采取措施，防止问题进一步恶化。这种实时监测和预警机制，大大提高了大坝的安全性，降低了潜在风险；

37、3、结合远程监控与控制系统，本方案能够提供及时、有效的预警和决策支持。当实时监测模型发现异常情况时，系统能够迅速作出反应，通过远程监控界面显示问题位置、程度等信息，并提供针对性的决策支持建议。这使得管理人员能够迅速了解大坝的安全状况，并作出相应的决策和措施，确保大坝的安全运行。