一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法
【專利說明】一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及大壩安全的技術(shù)領(lǐng)域，特別是通過對(duì)大壩模型的修正來進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān) 測方法的技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 20世紀(jì)60年代以前，大壩的觀測和安全控制以人工為主。60~70年代的20年中，為 了加強(qiáng)大壩安全監(jiān)測，許多國家研究改進(jìn)觀測方法，實(shí)現(xiàn)了觀測數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化，日本、 西班牙、意大利、法國、美國、蘇聯(lián)等國家有很多大壩安裝了自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法;同時(shí)在資料 計(jì)算方面應(yīng)用了計(jì)算機(jī)，加快了觀測成果的反饋速度。70年代后期，意大利致力于利用微機(jī) 實(shí)現(xiàn)在線安全監(jiān)控的研究，80年代中期已在十幾座壩上應(yīng)用，同時(shí)建立了集中的離線處理 中心，使大壩安全監(jiān)控達(dá)到了新的水平。大壩安全監(jiān)控方面總的發(fā)展趨向是研制更為準(zhǔn)確 可靠的自動(dòng)化方法，研究應(yīng)力、滲流等觀測物理量的監(jiān)控模型，研究更具智能性的數(shù)據(jù)處理 專家方法等，使大壩安全監(jiān)控更為有效。
[0003]簡而言之，大壩安全自動(dòng)監(jiān)控方法是利用電子計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)大壩觀測數(shù)據(jù)的自動(dòng)采 集和自動(dòng)處理，對(duì)大壩性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級(jí)報(bào)警的觀測方法，所以在大壩觀 測數(shù)據(jù)的處理、數(shù)學(xué)模型的建立與修正等環(huán)節(jié)提高精確度對(duì)于監(jiān)控其安全的能力有重要影 響。專利CN201510151645-種大壩監(jiān)測自動(dòng)化比測方法，是基于觀測值與實(shí)際值的誤差是 否滿足2ξ法則，再進(jìn)行樣本相關(guān)性與差異性的分析，但是并沒有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，而降低 了對(duì)比的可信度。本發(fā)明是基于數(shù)據(jù)預(yù)處理和模型的在線修正來提高大壩的自動(dòng)化安全監(jiān) 測監(jiān)控能力。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，通過 對(duì)人工觀測與自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理，再進(jìn)行對(duì)比和相關(guān)性分析進(jìn)而在線修正預(yù)測模型 的參數(shù)，進(jìn)而分析差異性出現(xiàn)的原因，對(duì)大壩性態(tài)正常與否、是否報(bào)警提供判斷，在總體上 實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)修正與控制，為大壩安全的監(jiān)測監(jiān)控提供了可靠的模型依據(jù)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，所述方法在模型建立 與評(píng)估過程的具體步驟包括：
[0006] (a)觀測數(shù)據(jù)采集:分別通過自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法與人工觀測對(duì)大壩實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù) 進(jìn)行米集；
[0007] (b)狀態(tài)評(píng)估:對(duì)量測到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的檢查、報(bào)警、記錄與打??；
[0008] (c)數(shù)據(jù)預(yù)處理:采用改進(jìn)傳統(tǒng)萊以特準(zhǔn)則的方法進(jìn)行粗大誤差數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)、剔除 和數(shù)據(jù)校正;而針對(duì)隨機(jī)誤差，則采用五點(diǎn)三次滑動(dòng)平均法去噪；
[0009] (d)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析:對(duì)于同一監(jiān)測量的一致時(shí)序的兩組數(shù)據(jù)序列進(jìn)行檢驗(yàn)，包括 兩個(gè)序列的均值的差異性檢驗(yàn)、方差的差異性檢驗(yàn)以及兩者的相關(guān)性檢驗(yàn)；
[0010] (e)模型修正:根據(jù)兩組數(shù)據(jù)序列的差異性狀態(tài)，利用最小二乘的原理，修正數(shù)學(xué) 模型的常數(shù)項(xiàng)。
[0011] 作為優(yōu)選，所述(a)和(b)步驟中，實(shí)時(shí)量測方法通過埋設(shè)在大壩及基礎(chǔ)內(nèi)的自動(dòng) 監(jiān)測儀器來獲得效應(yīng)量、水位、溫度等數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)送至監(jiān)測中心或者更高層次的計(jì) 算中心。
[0012] 作為優(yōu)選，所述(c)步驟中，對(duì)數(shù)據(jù)的濾波去噪過程通過均方誤差、信噪比、平滑度 和相關(guān)系數(shù)等準(zhǔn)則綜合評(píng)價(jià)。
[0013] 作為優(yōu)選，所述(d)步驟中，差異性分析主要通過在假設(shè)方差無顯著性差異的基礎(chǔ) 上，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量與顯著性水平來接受或者拒絕結(jié)論;相關(guān)性分析主要通過皮爾遜相關(guān)系數(shù) 的計(jì)算來得到。
[0014] 作為優(yōu)選，所述(e)步驟中，通過預(yù)處理的實(shí)測值與數(shù)學(xué)模型的預(yù)測值進(jìn)行比較， 差異性大于閾值時(shí)應(yīng)用最小二乘來修正模型的常數(shù)項(xiàng)。
[0015] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過對(duì)觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理，與模型的預(yù)測量進(jìn)行對(duì)比 和相關(guān)性分析進(jìn)而在線修正模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)修正與控制，為大壩性態(tài)正常與否作 出初步判斷和分級(jí)報(bào)警的觀測方法、為大壩安全的監(jiān)測監(jiān)控提供了可靠的模型依據(jù)，為難 以測量的物理參數(shù)提供了觀測方法，大大提高了大壩機(jī)理分析的透明程度，并且有效地提 高過程系統(tǒng)的反應(yīng)速度和控制精度，易于計(jì)算機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)。
[0016] 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。 【【附圖說明】】
[0017] 圖1是本發(fā)明一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法的狀態(tài)評(píng)估與在線模型修正示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0018]參閱圖1，本發(fā)明一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，具體步驟包括：
[0019] 步驟一、分別通過自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法與人工觀測對(duì)大壩實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；
[0020] 步驟二、對(duì)量測到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的檢查、報(bào)警、記錄與打?。?br>[0021] 步驟三、采用改進(jìn)傳統(tǒng)萊以特準(zhǔn)則的方法進(jìn)行粗大誤差數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)、剔除和數(shù)據(jù) 校正;而針對(duì)隨機(jī)誤差，則采用五點(diǎn)三次滑動(dòng)平均法去噪；
[0022] 步驟四、對(duì)于同一監(jiān)測量的一致時(shí)序的兩組數(shù)據(jù)序列進(jìn)行檢驗(yàn)，包括兩個(gè)序列的 均值的差異性檢驗(yàn)、方差的差異性檢驗(yàn)以及兩者的相關(guān)性檢驗(yàn)；
[0023]步驟五、根據(jù)兩組數(shù)據(jù)序列的差異性狀態(tài)，利用最小二乘的原理，修正數(shù)學(xué)模型 的常數(shù)項(xiàng)。
[0024]步驟三中，差異性檢驗(yàn):在假設(shè)人工實(shí)測值與自動(dòng)采集數(shù)據(jù)序列均值無顯著性差 異的基礎(chǔ)上，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量c:
[0026] 符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，在顯著性水平為a時(shí)，拒絕域?yàn)?_〇〇，-Za/2 )和(Za/2，+ °° )，Za/2 的具體數(shù)值可以通過查表獲得。
[0027] 相關(guān)性檢驗(yàn):在假設(shè)兩者數(shù)據(jù)方差無差異的基礎(chǔ)上，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量X2:
[0028] χ2= (Κ-1) · σ2Μ/σ2Ν~χ2(Κ_1)
[0029] 符合卡布分布，在顯著性水平a時(shí)，查表亦可以得到其拒絕域。
[0030]步驟四中，粗大誤差的預(yù)處理:利用萊以特準(zhǔn)則，對(duì)測量值進(jìn)行η次等精度的重復(fù) 測量，取其中某一測量值Xl相應(yīng)的殘差^為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行異常值判斷，滿足時(shí)，認(rèn)定^為異常值 并進(jìn)行剔除。
[0031 ] 1·', -| - X |> 3σ
[0032]式中λ為η個(gè)測量值的算術(shù)平均值；&為測量數(shù)據(jù)均方根誤差估計(jì)，
[0033]隨機(jī)誤差的預(yù)處理:利用五點(diǎn)三次滑動(dòng)平均來濾去數(shù)據(jù)中的隨機(jī)誤差，
[0035] 式中 η = 2。
[0036] 考慮到相距平滑數(shù)據(jù)fk較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)平滑的作用呀小于較近者，是不等權(quán)的，因 而對(duì)不同復(fù)雜變化的數(shù)據(jù)，其滑動(dòng)的m個(gè)相鄰數(shù)據(jù)取不同的加權(quán)平均來表示滑動(dòng)數(shù)據(jù)：
[0038] 式中 n = l。
[0039] 本發(fā)明工作過程：
[0040] 本發(fā)明一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法在工作過程中，本發(fā)明通過對(duì)觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處 理，與模型的預(yù)測量進(jìn)行對(duì)比和相關(guān)性分析進(jìn)而在線修正模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)修正與 控制，為大壩性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級(jí)報(bào)警的觀測方法、為大壩安全的監(jiān)測監(jiān)控 提供了可靠的模型依據(jù)，為難以測量的物理參數(shù)提供了觀測方法，大大提高了大壩機(jī)理分 析的透明程度，并且有效地提高過程系統(tǒng)的反應(yīng)速度和控制精度，易于計(jì)算機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)。
[0041] 上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，其特征在于:通過對(duì)人工觀測與自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)的預(yù)處 理，再進(jìn)行對(duì)比和相關(guān)性分析進(jìn)而在線修正預(yù)測模型的參數(shù)，進(jìn)而分析差異性出現(xiàn)的原因， 對(duì)大壩性態(tài)正常與否、是否報(bào)警提供判斷，在總體上實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)修正與控制，為大壩安全的 監(jiān)測監(jiān)控提供了可靠的模型依據(jù)。所述方法在模型建立與評(píng)估過程的具體步驟包括： (a) 觀測數(shù)據(jù)采集:分別通過自動(dòng)數(shù)據(jù)采集方法與人工觀測對(duì)大壩實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行 米集； (b) 狀態(tài)評(píng)估:對(duì)量測到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的檢查、報(bào)警、記錄與打?。? (c) 數(shù)據(jù)預(yù)處理:采用改進(jìn)傳統(tǒng)萊以特準(zhǔn)則的方法進(jìn)行粗大誤差數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)、剔除和數(shù) 據(jù)校正;而針對(duì)隨機(jī)誤差，則采用五點(diǎn)三次滑動(dòng)平均法去噪； (d) 數(shù)據(jù)相關(guān)性分析:對(duì)于同一監(jiān)測量的一致時(shí)序的兩組數(shù)據(jù)序列進(jìn)行檢驗(yàn)，包括兩個(gè) 序列的均值的差異性檢驗(yàn)、方差的差異性檢驗(yàn)以及兩者的相關(guān)性檢驗(yàn)； (e) 模型修正：根據(jù)兩組數(shù)據(jù)序列的差異性狀態(tài)，利用最小二乘的原理，修正數(shù)學(xué)模型 的常數(shù)項(xiàng)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，其特征在于:所述(a)和(b)步驟中， 實(shí)時(shí)量測方法通過埋設(shè)在大壩及基礎(chǔ)內(nèi)的自動(dòng)監(jiān)測儀器來獲得效應(yīng)量、水位、溫度等數(shù)據(jù)， 并將監(jiān)測數(shù)據(jù)送至監(jiān)測中心或者更高層次的計(jì)算中心。3. 如權(quán)利要求1所述的一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，其特征在于:所述(c)步驟中，對(duì)數(shù)據(jù) 的濾波去噪過程通過均方誤差、信噪比、平滑度和相關(guān)系數(shù)等準(zhǔn)則綜合評(píng)價(jià)。4. 如權(quán)利要求1所述的一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，其特征在于:所述(d)步驟中，差異性 分析主要通過在假設(shè)方差無顯著性差異的基礎(chǔ)上，構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量與顯著性水平來接受或者拒 絕結(jié)論;相關(guān)性分析主要通過皮爾遜相關(guān)系數(shù)的計(jì)算來得到。5. 如權(quán)利要求1所述的一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，其特征在于:所述(e)步驟中，通過預(yù) 處理的實(shí)測值與數(shù)學(xué)模型的預(yù)測值進(jìn)行比較，差異性大于閾值時(shí)應(yīng)用最小二乘來修正模型 的常數(shù)項(xiàng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大壩自動(dòng)化監(jiān)測方法，具體步驟包括：(a)觀測數(shù)據(jù)采集；(b)狀態(tài)評(píng)估；(c)數(shù)據(jù)預(yù)處理：采用改進(jìn)傳統(tǒng)萊以特準(zhǔn)則的方法進(jìn)行粗大誤差數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)、剔除和數(shù)據(jù)校正；而針對(duì)隨機(jī)誤差，則采用五點(diǎn)三次滑動(dòng)平均法去噪；(d)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析；(e)模型修正。本發(fā)明通過對(duì)觀測數(shù)據(jù)的預(yù)處理，與模型的預(yù)測量進(jìn)行對(duì)比和相關(guān)性分析進(jìn)而在線修正模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)修正與控制，為大壩性態(tài)正常與否作出初步判斷和分級(jí)報(bào)警的觀測方法、為大壩安全的監(jiān)測監(jiān)控提供了可靠的模型依據(jù)，為難以測量的物理參數(shù)提供了觀測方法，大大提高了大壩機(jī)理分析的透明程度，并且有效地提高過程系統(tǒng)的反應(yīng)速度和控制精度，易于計(jì)算機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】G01D21/02
【公開號(hào)】CN105571645
【申請?zhí)枴緾N201610049825
【發(fā)明人】潘祖國
【申請人】潘祖國
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年1月25日