本發(fā)明涉及水利設(shè)備，尤其涉及一種用于水庫的水閘控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在防洪減災(zāi)的過程中，水庫需要通過閘門式泄洪的方式調(diào)節(jié)洪水流量，?減少下游洪澇災(zāi)害的發(fā)生，幫助平衡水庫的水位，?避免水庫水位過高導(dǎo)致的大壩安全問題。?這種調(diào)節(jié)機制對于保護下游地區(qū)的安全至關(guān)重要，?尤其是在強降雨等自然災(zāi)害發(fā)生時。

2、然而，目前對于泄洪過程中水庫的閘門的過閘流量均采用傳統(tǒng)水力學(xué)經(jīng)驗公式，需根據(jù)實測水情數(shù)據(jù)，定期人工修正公式中參數(shù)，靈活性差，并且由于閘前水位、閘后水位、閘門開度與過閘流量的非線性關(guān)系，難以通過簡單的數(shù)據(jù)擬合方法獲得其準(zhǔn)確的關(guān)系公式。

3、例如申請?zhí)枮?02110929190.5的專利公開了測控一體化閘門通過采用rbf（radial?basis?function，徑向基函數(shù)）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算目標(biāo)開度，然而在泄洪過程中，由于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強大的非線性映射能力導(dǎo)致其對訓(xùn)練參數(shù)的敏感性較高、泛化能力弱，而在泄洪過程中，作為訓(xùn)練參數(shù)的測控一體化閘門采集的閘前水位和閘后水位的波動較大，無法準(zhǔn)確地反映出其實際水平，因此該專利公開的方法所得出的目標(biāo)開度并無法應(yīng)用于水庫的閘門泄洪過程中。

4、因此，如何利用測控一體化閘門對閘門開度、閘前水位和閘后水位的遙測功能，確定該測控一體化閘門的準(zhǔn)確的過閘流量，以在泄洪過程中，及時發(fā)出預(yù)警并及時準(zhǔn)確地調(diào)整閘門開度是目前有待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明提供一種用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，通過遺傳程序得到實時過閘流量，保證了即使作為訓(xùn)練參數(shù)的泄洪過程中閘門采集的閘前水位和閘后水位的變化較大、不夠準(zhǔn)確時，遺傳程序也可以快速地調(diào)整參數(shù)，而無需對算法本身進(jìn)行大量修改，因此實現(xiàn)了實時過閘流量快速、準(zhǔn)確地生成，實現(xiàn)了及時準(zhǔn)確地調(diào)整閘門開度，增強了水庫泄洪預(yù)警的及時性和準(zhǔn)確性。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，包括測控一體化閘門和遺傳程序模塊；

3、所述測控一體化閘門具有閘門開度、閘前水位和閘后水位的遙測功能，所述閘前水位為設(shè)有閘門的水庫壩前的水位；

4、所述遺傳程序模塊與所述測控一體化閘門通訊，包括模型單元、計算單元和預(yù)警單元；

5、所述模型單元搭載遺傳程序，將歷史數(shù)據(jù)中的所述閘門開度、閘前水位和閘后水位分別歸一化后分別作為所述遺傳程序的輸入層的神經(jīng)元，將用于泄洪的實測過閘流量，或者實測過閘流量對應(yīng)的水力系數(shù)作為所述遺傳程序的輸出層的神經(jīng)元，所述遺傳程序進(jìn)行計算得到最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)；

6、所述計算單元將實時采集的所述閘門開度、閘前水位和閘后水位輸入所述模型單元的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，得到水庫用于泄洪的實時過閘流量；

7、所述預(yù)警單元判定所述實時過閘流量超過上限值，則控制所述測控一體化閘門減小開度，并發(fā)出預(yù)警指令；

8、所述模型單元的歸一化的計算公式為：

9、；

10、和/或，所述模型單元的歸一化的計算公式為：

11、；

12、式中，z為所述歸一化的輸出值，x為所述歸一化的輸入值，為所述歸一化的輸入值的平均值，s為所述歸一化的輸入值的標(biāo)準(zhǔn)值；

13、所述標(biāo)準(zhǔn)值s對于所述閘前水位為閘前設(shè)計水位、對于所述閘后水位為閘后設(shè)計水位、對于所述閘門開度為閘前設(shè)計水位下的水深。

14、尤其，通過歸一化的計算公式，進(jìn)一步降低了遺傳程序?qū)﹂l前水位和閘后水位的敏感度。

15、進(jìn)一步地，所述模型單元還對所述實測過閘流量進(jìn)行歸一化，其中所述標(biāo)準(zhǔn)值s對于過閘流量為閘門的設(shè)計流量。

16、進(jìn)一步地，所述遺傳程序模塊搭載于物聯(lián)網(wǎng)云平臺上，還包括大數(shù)據(jù)單元；

17、所述模型單元獲取所述大數(shù)據(jù)單元存儲的大數(shù)據(jù)庫中的至少1000條歷史數(shù)據(jù)中的所述閘門開度、閘前水位、閘后水位和實測過閘流量用于迭代訓(xùn)練所述遺傳程序，進(jìn)而得到所述最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)。

18、進(jìn)一步地，所述預(yù)警單元獲取所述物聯(lián)網(wǎng)云平臺記錄的下游水道數(shù)據(jù)，根據(jù)實時過閘流量和下游水道數(shù)據(jù)綜合設(shè)定發(fā)出的預(yù)警等級指令。

19、進(jìn)一步地，所述預(yù)警單元搭載用于預(yù)測下游水道泄洪高度的計算公式，具體為：

20、；

21、式中，a為預(yù)測下游水道泄洪高度，q為所述實時過閘流量，w為下游水道的設(shè)計寬度，l為下游水道的實時水位；

22、所述預(yù)警單元根據(jù)所述預(yù)測下游水道泄洪高度所處的等級區(qū)間，判定發(fā)出的預(yù)警等級指令；

23、所述預(yù)警單元獲取所述物聯(lián)網(wǎng)云平臺記錄的下游水道的降雨量數(shù)據(jù)，若所述降雨量數(shù)據(jù)超過降雨量上限值，則將所述預(yù)警等級指令提高一級。

24、進(jìn)一步地，所述預(yù)警單元包括閘門控制子單元；

25、判定所述實時過閘流量超過上限值時，所述閘門控制子單元將設(shè)定開度與實際閘門開度的差值輸入控制算法，得出用于減小所述測控一體化閘門的開度的調(diào)整值。

26、進(jìn)一步地，所述控制算法為pid控制算法，所述閘門控制子單元根據(jù)所述預(yù)警等級指令設(shè)定對應(yīng)的比例增益、積分增益和微分增益。

27、進(jìn)一步地，所述遺傳程序模塊還包括水力系數(shù)計算單元；

28、所述水力系數(shù)計算單元用于根據(jù)水力學(xué)的閘孔過閘流量計算公式，得出水力系數(shù)與過閘流量、所述閘前水位的關(guān)系；

29、所述模型單元將所述水力系數(shù)作為所述遺傳程序的輸出層的神經(jīng)元，得到所述閘門開度、閘前水位和閘后水位作為自變量、所述水力系數(shù)作為因變量的所述最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)；

30、所述計算單元將實時采集的所述閘門開度、閘前水位和閘后水位輸入所述模型單元的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，得到預(yù)測水力系數(shù)，將所述預(yù)測水力系數(shù)代入所述閘孔過閘流量計算公式得到預(yù)測過閘流量。

31、尤其，通過結(jié)合水力學(xué)的閘孔過閘流量計算公式，進(jìn)一步增強了通過遺傳程序獲得的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的擬合精度和泛化能力。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

33、1、通過遺傳程序得到實時過閘流量，保證了即使作為訓(xùn)練參數(shù)的泄洪過程中閘門采集的閘前水位和閘后水位變化較大、不夠準(zhǔn)確時，遺傳程序也可以快速地調(diào)整參數(shù)，而無需對算法本身進(jìn)行大量修改，因此實現(xiàn)了實時過閘流量快速、準(zhǔn)確的生成，實現(xiàn)了及時準(zhǔn)確地調(diào)整閘門開度，增強了水庫泄洪預(yù)警的及時性和準(zhǔn)確性。

34、2、通過歸一化的計算公式，進(jìn)一步降低了遺傳程序?qū)﹂l前水位和閘后水位的敏感度。

35、3、通過結(jié)合水力學(xué)的閘孔過閘流量計算公式，進(jìn)一步增強了通過遺傳程序獲得的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的擬合精度和泛化能力。

36、4、通過根據(jù)預(yù)警等級指令設(shè)定的控制算法，實現(xiàn)了在泄洪中靈活地控制閘門開度的調(diào)整速度。

技術(shù)特征：

1.一種用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，包括測控一體化閘門和遺傳程序模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及水利設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，提供一種用于水庫的水閘控制系統(tǒng)，包括測控一體化閘門、模型單元、計算單元和預(yù)警單元；測控一體化閘門具有閘門開度、閘前水位和閘后水位的遙測功能；模型單元搭載遺傳程序，將歷史數(shù)據(jù)中的閘門開度、閘前水位和閘后水位或?qū)?yīng)的水力系數(shù)分別歸一化后和實測過閘流量用于迭代遺傳程序，得到最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)；計算單元通過采集值和最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)，得到水庫的實時過閘流量；預(yù)警單元判定所述實時過閘流量超過上限值，則控制所述測控一體化閘門減小開度，并發(fā)出預(yù)警。本發(fā)明實現(xiàn)了實時過閘流量快速、準(zhǔn)確地生成，實現(xiàn)了及時準(zhǔn)確地調(diào)整閘門開度，增強了水庫泄洪預(yù)警的及時性和準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：謝永強,高春娥,胡建東,王進(jìn),羅青海,李健,呂南
受保護的技術(shù)使用者：邵陽市水利水電勘測設(shè)計院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10