基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统、方法和设备

本发明属于江河岸堤溃口封堵，涉及一种基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统、方法和设备。

背景技术：

1、堤防工程是沿河、渠、湖岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物。

2、在河流岸堤出现溃口后，及时有效的封堵可降低洪水造成更大的灾害。基于我国水利工程河道截流、岸堤溃口封堵等大量的工程实际经验，形成了较为成熟的溃口封堵理论，以及伴随出现了诸多封堵新材料、新技术等。近年来，随着计算机技术、互联网技术和传感器技术的发展，利用人类知识和经验形成的专家决策系统被广泛应用于经济社会的方方面面，提升了决策的效率和准确性，也有益于存储专家经验和推广应用新方法、新理论和新技术等。

3、当实施溃口封堵时，快速了解溃口水力特性、溃口地形等是制定溃口封堵方案和应急防护措施的基础。然而，现有的专家决策系统缺乏在江河岸堤溃口封堵领域的应用，目前溃口施工现场的专家和远程专家等决策人员依然是按照传统方法探测溃口信息并进行决策，由于传统方法探测溃口信息的过程过分依赖人力，机械化、智能化程度不高，因此获取的溃口信息具有滞后性、准确性也较低，不能及时有效地对溃口实时数据信息进行监测，也难以结合溃口历史数据信息进行分析，所以往往导致决策人员难以在河流岸堤出现溃口后快速作出有效且准确性较高的决策，从而导致溃口封堵的效率较低，对水体灾害的处置不够迅速，容易造成较大的灾害和经济损失。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统、方法和设备，旨在方便决策人员快速了解溃口实时信息并指导决策人员进行决策，以提高决策的效率和准确性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统，包括：

4、数据采集处理与存储模块，用于采集溃口当地的气象预报数据、溃口当地的水文站实时水雨情监测数据、历史数据以及溃口实时监测数据，并对采集的数据进行预处理形成完整有序的数据集，再进行存储；所述历史数据包括溃口当地的历史气象数据和历史水文站数据，所述溃口实时监测数据包括溃口处的水流实时数据和地形数据；

5、溃口封堵专家决策辅助模块，用于接收数据采集处理与存储模块存储的数据集，并开展决策信息检测与分析和监测预警指标与分析，再给出推荐的溃口封堵策略信息；其中，决策信息检测与分析后给出溃口的流量、流速、水深和地形的决策基础信息，监测预警指标与分析是：根据所述决策基础信息开展溃口预警指标的分析，并给出包括溃口实时水流特性分析结果和溃口发展预测结果的分析结果；所述溃口预警指标包括溃口的水流特性、溃口形状、溃口宽度和溃口长度；

6、溃口封堵可视化模块，用于接收溃口实时监测数据和推荐的溃口封堵策略信息，并进行可视化展示。

7、进一步的，所述数据采集处理与存储模块包括气象预报数据单元、水文站实时水雨情监测数据单元、溃口实时监测数据单元和历史数据单元；

8、所述气象预报数据单元能够根据溃口当地未来1小时、2小时和24小时的天气情况，为溃口封堵专家决策辅助模块提供水情预测数据，也为溃口封堵的现场施工提供气象数据；所述水情预测数据包括溃口所处水库未来1小时、2小时和24小时的入库流量和库容的预测信息，以及溃口所处河段未来1小时、2小时和24小时的来流量和水位的预测信息；

9、所述水文站实时水雨情监测数据单元能够根据溃口当地水文站监测的实时水雨情及其上游来流量，为溃口封堵专家决策辅助模块提供水情基础数据；

10、所述溃口实时监测数据单元能够获取溃口处的水流流速、水流水深和地形信息，并提供给溃口封堵专家决策辅助模块和溃口封堵可视化模块；其中，水流流速由布设在溃口处的流速传感器测得，水流水深由布设在溃口处的声呐传感器测得，地形信息根据声呐传感器扫描溃口地形并进行三维地形重构得到；

11、所述历史数据单元能够通过存储的历史气象数据和历史水文数据，为溃口封堵专家决策辅助模块提供溃口所处河段的上游来流量、水库入库流量以及气象的历史数据。

12、进一步的，所述溃口封堵专家决策辅助模块包括决策信息检测与分析单元、监测预警指标与分析单元、cfd快速预演单元和溃口封堵策略推荐单元；

13、所述决策信息检测与分析单元能够根据数据采集处理与存储模块提供的数据集开展信息检测与分析，给出包括溃口的流量、流速、水深和地形的决策基础信息；所述决策基础信息中溃口的流量、流速、水深以时均化信息趋势线的方式给出；

14、所述监测预警指标与分析单元能够根据决策信息检测与分析单元提供的决策基础信息开展溃口预警指标的分析，给出包括溃口实时水流特性分析结果和溃口发展预测结果的分析结果，并将该分析结果传递至cfd快速预演单元、溃口封堵策略推荐单元和溃口封堵可视化模块；

15、所述cfd快速预演单元能够根据监测预警指标与分析单元提供的分析结果，基于云计算和预置的cfd数值计算模型进行快速数值计算及仿真，实现溃口水流特性的计算和溃口发展的仿真预演，并将计算和仿真预演的结果传递至溃口封堵策略推荐单元；

16、所述溃口封堵策略推荐单元能够依据监测预警指标与分析单元提供的分析结果，通过预置的溃口封堵施工水力学数学模型开展封堵策略推荐；所述溃口封堵策略推荐单元还能够依据cfd快速预演单元提供的计算和仿真预演的结果，进行封堵策略推荐的修正；所述封堵策略推荐包括封堵施工实施路径的推荐、封堵方案的推荐和封堵抛投材料使用的推荐。

17、进一步的，所述溃口封堵可视化模块包括专家使用端和施工现场使用端；

18、所述专家使用端用于施工现场的专家和远程专家将专家决策信息传递至施工现场使用端，所述专家决策信息是施工现场的专家和远程专家根据可视化展示的结果作出的决策；

19、所述施工现场使用端用于施工现场的施工人员接收专家决策信息，并将施工现场的施工信息反馈至专家使用端。

20、进一步的，该系统还包括人工智能专家模块；

21、所述人工智能专家模块用于接收推荐的溃口封堵策略信息，进行溃口封堵决策的机器学习，并给出其推荐的溃口封堵决策；

22、所述溃口封堵可视化模块还用于接收人工智能专家模块推荐的溃口封堵决策，并进行可视化展示。

23、进一步的，所述人工智能专家模块包括专家知识库单元和人工智能决策模块单元；

24、所述专家知识库单元能够进行溃口封堵历史事件和当前溃口事件的知识分类管理，实时更新当前溃口事件进行知识维护，以及知识查询；

25、所述人工智能决策模块单元能够根据cfd快速预演单元提供的计算和仿真预演的结果、专家知识库单元提供的数据、以及推荐的溃口封堵策略信息，结合预置的人工智能算法和决策数学模型开展机器学习，并给出推荐的溃口封堵决策。

26、本发明还提供了一种基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助方法，旨在辅助决策人员提高作出决策的效率和准确性；该方法包括下列步骤：

27、s1、采集溃口当地的气象预报数据、溃口当地的水文站实时水雨情监测数据、历史数据以及溃口实时监测数据，对采集的数据进行预处理形成完整有序的数据集并进行存储；所述历史数据包括溃口当地的历史气象数据和历史水文站数据，所述溃口实时监测数据包括溃口处的水流实时数据和地形数据；

28、s2、接收步骤s1存储的数据集，并开展决策信息检测与分析和监测预警指标与分析，给出推荐的溃口封堵策略信息；其中，决策信息检测与分析后给出溃口的流量、流速、水深和地形的决策基础信息，监测预警指标与分析是：根据所述决策基础信息开展溃口预警指标的分析，并给出包括溃口实时水流特性分析结果和溃口发展预测结果的分析结果；所述溃口预警指标包括溃口的水流特性、溃口形状、溃口宽度和溃口长度；

29、s3、接收溃口实时监测数据和推荐的溃口封堵策略信息，并进行可视化展示。

30、进一步的，步骤s1还包括：

31、s1-1、根据溃口当地未来1小时、2小时和24小时的天气情况，为步骤s2提供水情预测数据，也为溃口封堵的现场施工提供气象数据；所述水情预测数据包括溃口所处水库未来1小时、2小时和24小时的入库流量和库容的预测信息，以及溃口所处河段未来1小时、2小时和24小时的来流量和水位的预测信息；

32、s1-2、根据溃口当地水文站监测的实时水雨情及其上游来流量，为步骤s2提供水情基础数据；

33、s1-3、获取溃口处的水流流速、水流水深和地形信息，并提供给步骤s2和s3；其中，水流流速由布设在溃口处的流速传感器测得，水流水深由布设在溃口处的声呐传感器测得，地形信息根据声呐传感器扫描溃口地形并进行三维地形重构得到；

34、s1-4、通过历史气象数据和历史水文数据，为步骤s2提供溃口所处河段的上游来流量、水库入库流量以及气象的历史数据；

35、步骤s2还包括：

36、s2-1、依据步骤s1提供的数据集开展信息检测与分析，给出包括溃口的流量、流速、水深和地形的决策基础信息；所述决策基础信息中溃口的流量、流速、水深以时均化信息趋势线的方式给出；

37、s2-2、根据步骤s2-1提供的决策基础信息开展溃口预警指标的分析，给出包括溃口实时水流特性分析结果和溃口发展预测结果的分析结果；

38、s2-3、根据步骤s2-2提供的分析结果，基于云计算和cfd数值计算模型进行快速数值计算及仿真，实现溃口水流特性的计算和溃口发展的仿真预演；

39、s2-4、根据步骤s2-2提供的分析结果，通过溃口封堵施工水力学数学模型开展封堵策略推荐；并根据步骤s2-3提供的计算和仿真预演的结果，进行封堵策略推荐的修正；所述封堵策略推荐包括封堵施工实施路径的推荐、封堵方案的推荐和封堵抛投材料使用的推荐。

40、进一步的，该方法还包括步骤s2’；

41、s2’、接收推荐的溃口封堵策略信息，进行溃口封堵决策的机器学习并给出推荐的溃口封堵决策；

42、s3、还包括接收步骤s2’推荐的溃口封堵决策，并进行可视化展示。

43、本发明还提供了一种基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给处理器；所述处理器用于根据程序代码中的指令执行上述的基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助方法。

44、与现有技术相比，本发明可以产生以下有益的技术效果：

45、1.本发明提供的基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统，通过数据采集处理与存储模块采集溃口当地的气象预报数据、溃口当地的水文站实时水雨情监测数据、历史数据以及溃口实时监测数据，且采集的溃口实时监测数据能够传递给溃口封堵可视化模块进行可视化展示，因此便于决策人员及时、直观地了解溃口实时信息；同时，通过溃口封堵专家决策辅助模块能够接收数据采集处理与存储模块存储的数据集，并结合数据集中的历史数据和实时数据等信息等开展决策信息检测与分析及监测预警指标与分析，再给出其推荐的溃口封堵策略信息，还传递给溃口封堵可视化模块进行可视化展示，因此能够指导决策人员快速开展溃口封堵决策；可见，利用该系统辅助，有利于提高决策人员作出溃口封堵决策的效率和准确性，从而利于提高溃口封堵的效率，加快水体灾害的应急处置，减小水体灾害造成的损失。

46、2.本发明的基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统，通过cfd快速预演单元能够根据监测预警指标与分析单元提供的分析结果，基于云计算和预置的cfd数值计算模型进行快速数值计算及仿真，实现溃口水流特性的计算和溃口发展的仿真预演，并进行封堵施工实施路径、封堵方案和封堵抛投材料使用的推荐，提升了溃口封堵决策的科学性。

47、3.本发明的基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统中，主要由专家使用端和施工现场使用端组成的溃口封堵可视化模块，通过专家使用端和施工现场使用端的交互，可以实现远程专家及施工现场的专家和施工人员的实时交流互动，进一步提高了溃口封堵策略的科学性、有效性和及时性，并利于确保决策执行的准确性。

48、4.本发明的基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统，通过人工智能专家模块能够接收推荐的溃口封堵策略信息，进行溃口封堵决策的机器学习，并给出其推荐的溃口封堵决策；进一步提高了溃口封堵策略的科学性和有效性，还利于加强溃口封堵专家知识的高效存储与利用。

49、5.本发明的基于实时数据的溃口封堵专家决策辅助系统，通过cfd快速预演单元提供的计算和仿真预演的结果、专家知识库单元提供的数据、以及推荐的溃口封堵策略信息将为人工智能决策模块提供人工智能的学习数据集，然后促进系统人工智能功能的形成与完善，进一步提高了决策的科学性。