水闸建筑物运行性态综合诊断系统及方法与流程

本发明属于水利工程安全监测，具体涉及一种水闸建筑物运行性态综合诊断系统及方法。

背景技术：

1、水闸作为水利工程的重要组成部分，在水资源管理、防洪排涝和生态环境保护中发挥着非常重要的作用。由于水闸工程通常位于河流、湖泊、水库等水体的关键部位，其结构的安全稳定对周边地区有着至关重要的影响。在运行期间，结构安全监测是掌握水闸运行状态的有效手段，也是确保工程稳定运行、预防自然灾害和保障人民生命财产安全的关键环节。

2、目前在水闸安全监测方式中，主要包括变形监测、渗流监测和应力监测三种监测方式。但是传统的水闸健康诊断方法通常以单一的变形、渗流或应力监测数据为基础进行健康诊断，往往只关注某一特定方面的性能指标，这种片面的手段可能导致对水闸结构整体健康状况的误判。特别是当监测方式本身存在精度问题或外部干扰时，那么基于这一数据源的诊断结果就会受到严重影响；或者当采用的单项监测设备出现故障或失效的情况时，则无法对水闸进行有效的健康评估。

3、综上，对于水闸而言，结构的性能通常是多个因素共同作用的结果，其健康状态反映在诸多方面，仅依据单项监测方式的诊断结果难以有效评判工程安全性态，需要提出一种方法充分利用变形、渗流和应力等多源监测信息进行工程性态的综合评估，以克服单项诊断的局限性，为复杂工程结构的健康管理和性能优化提供更可靠的工具。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种水闸建筑物运行性态综合诊断系统及方法，解决现有技术诊断水闸性态时往往只考虑某一特定方面的性能指标，导致诊断结果不够准确；或者当采用的单项监测设备出现故障或失效的情况时，无法对水闸进行有效的健康评估等技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下方案实现：

3、水闸建筑物运行性态综合诊断系统，包括：数据采集模块、数据存储模块、 m个单项诊断模块，以及综合诊断模块， m为大于等于3的正整数。

4、所述数据采集模块用于采集水闸建筑物 m个监测项目对应的各测点的监测数据；所述数据存储模块用于存储数据采集模块采集的监测数据，以及经过单项诊断模块和综合诊断模块处理后的结果数据。

5、每个单项诊断模块根据数据采集模块所采集的对应监测项目的监测数据进行分析，并通过该单个监测项目的监测数据来评估水闸建筑物运行性态；所述综合诊断模块通过将 m个单项诊断模块的分析结果进行融合，对水闸工程运行性态进行综合评估。

6、进一步优化，所述数据采集模块包括布置在水闸建筑物上的多个监测设备，多个监测设备共有 m个种类，每种监测设备与一个需要监测的监测项目相对应，每种监测设备有多台，分别安装在不同的测点；每个测点对应一个唯一的编号，每个监测设备与之对应一个唯一的编号。

7、进一步优化，所述 m为3，3个需要监测的项目包括水闸建筑物的变形、渗流和应力。

8、水闸建筑物运行性态综合诊断方法，基于上述水闸建筑物运行性态综合诊断系统，具体包括如下步骤：

9、步骤s1：每个单项诊断模块根据数据采集模块所采集的对应监测项目的监测数据进行分析，并通过该单个监测项目的监测数据来评估水闸建筑物运行性态；

10、步骤s2：综合诊断模块通过将 m个单项诊断模块的分析结果进行融合，对水闸建筑物整体运行性态综合评估。

11、进一步优化，所述步骤s1，包括如下步骤：

12、步骤s1.1：设定第 k个监测项目对应的测点共有 n个，根据专家打分法对该监测项目对应的每个测点的重要性进行评分，则得出各测点的权重 w ki，计算公式为：

13、 （1）；

14、上式中， s ki表示第 k个监测项目对应的第 i个测点的评分， β, i∈[1, n]， k∈[1, m]。

15、步骤s1.2：建立评语集，划分监测数据范围，使其与评语集相对应；具体为：

16、建立评语集 v={不安全, 较不安全, 较安全, 安全}；设定第 k个监测项目对应的第 i个测点的预警值为 p，该测点当前 t时刻的监测数据值为 x kit；根据监测项目的属性不同，将 m种监测项目分为监测数据越小越安全和监测数据越大越安全两种情况。

17、1）、针对监测数据越小越安全的监测项目，监测数据与评语集的对应关系为：

18、当 x kit > p，则评语为不安全；当 x ki max ＜  x kit  ≤  p，则评语为较不安全；当，则评语为较安全；当，则评语为安全。

19、2）、针对监测数据越大越安全的监测项目，监测数据与评语集的对应关系为：

20、当 x kit＜ p，则评语为不安全；当 p≤ x kit  ≤ x ki min，则评语为较不安全；当，则评语为较安全；当，则评语为安全。

21、其中， x ki min为第 k个监测项目对应的第 i个测点的历史监测数据最小值， x ki max为第 k个监测项目对应的第 i个测点的历史监测数据最大值，为第 k个监测项目对应的第 i个测点的历史监测数据平均值。

22、步骤s1.3：计算第 k个监测项目的每个测点当前 t时刻的监测数据，在四个评语下的隶属度 r ki1、 r ki2、 r ki3、 r ki4，构建第 k个监测项目各测点的隶属度矩阵 r k：

23、 （2）

24、步骤s1.4：计算第 k个监测项目在各评语下的隶属度 e k=( e k1,  e k2,  e k3,  e k4)，获取水闸建筑物针对第 k个监测项目的健康状态；

25、  （3）

26、上式中， α, j∈[1,4]， e kj表示第 k个监测项目在第 j个评语下的隶属度；其中， j=1,2,3,4分别对应不安全、较不安全、较安全和安全； λ为融合算子，取0.5；为zadeh算子，表示对隶属度进行取大运算。

27、进一步优化，所述步骤s1.3中，计算第 k个监测项目的测点 i当前 t时刻的监测数据 x kit，在四个评语下的隶属度 r ki1、 r ki2、 r ki3、 r ki4，具体为：

28、1）、针对监测数据越小越安全的监测项目，各评语下的隶属度为：

29、，则评语为不安全；

30、，则评语为较不安全；

31、，则评语为较安全；

32、，则评语为安全；

33、其中，。

34、2）、针对监测数据越大越安全的监测项目，各评语下的隶属度为：

35、，则评语为不安全；

36、，则评语为较不安全；

37、，则评语为较安全；

38、，则评语为安全；

39、其中， 。

40、进一步优化，所述步骤s2，具体包括如下步骤：

41、步骤s2.1： 针对 m个监测项目，根据专家打分法对每个监测项目的重要性进行评分，第 k个监测项目的评分为 z k，得出各监测项目的权重 θ k，计算公式为：

42、 （4）

43、上式中， ρ, k∈[1, m]。

44、步骤s2.2：根据步骤s1.4计算得到的各个监测项目的隶属度，构建 m个监测项目的隶属度矩阵 e；

45、 （5）

46、步骤s2.3：计算水闸建筑物整体运行状态在各评语下的隶属度矩阵，公式如下：

47、 （6）

48、上式中， f j表示水闸建筑物整体运行状态在第 j个评语下的隶属度。

49、步骤s2.4：根据最大隶属度原则，搜索其对应评语，获取水闸建筑物的综合运行性态

50、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

51、1、本发明所述的综合诊断系统，包括数据采集模块、数据存储模块、多个单项诊断模块，以及综合诊断模块。每个单项诊断模块根据数据采集模块所采集的对应监测项目的监测数据进行分析，并通过该单个监测项目的监测数据来评估水闸建筑物运行性态；综合诊断模块通过将 m个单项诊断模块的分析结果进行融合，对水闸工程运行性态进行综合评估。该系统智能化程度高，对水闸整体健康状态的诊断效果精准，能够有效评估水闸工程的综合运行性态，解决传统诊断方法诊断准确率低、结果片面的问题。

52、2、本发明所述水闸建筑物运行性态综合诊断方法，能够分析多种监测项目、各个测点对水闸运行性态的综合影响；在诊断结果融合过程中，基于监测数据计算各监测项目、各个测点的权重和隶属度，最后根据最大隶属度原则，获取水闸建筑物的综合运行性态。该诊断结果更加全面、准确，对保障水闸安全稳定运行具有重要意义。