本發(fā)明屬于水利工程大壩安全監(jiān)測,具體涉及一種水利工程大壩安全監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
背景技術(shù):
1、對(duì)水利工程大壩進(jìn)行調(diào)度,來保障水利工程大壩的安全是減少或者消除洪澇災(zāi)害的關(guān)鍵;目前,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),常常僅對(duì)水位進(jìn)行監(jiān)測,并以監(jiān)測得到的水位對(duì)水利工程大壩進(jìn)行調(diào)度以及安全防護(hù),但是,前述現(xiàn)有技術(shù)往往存在不及時(shí)的問題,從而會(huì)導(dǎo)致河流溢流,威脅到水利工程大壩的安全,最終可能會(huì)產(chǎn)生巨大的財(cái)產(chǎn)損失。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種水利工程大壩安全監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法,用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。
2、一方面,本發(fā)明提供一種水利工程大壩安全監(jiān)測裝置,包括:歷史數(shù)據(jù)獲取模塊、深度學(xué)習(xí)模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模塊、水位預(yù)測模塊以及安全預(yù)警模塊;
3、所述歷史數(shù)據(jù)獲取模塊,用于獲取水利工程大壩所在區(qū)域的歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位;
4、所述深度學(xué)習(xí)模塊,用于采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位進(jìn)行學(xué)習(xí),以獲取水位預(yù)測模型;
5、所述實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取模塊,用于獲取水利工程大壩所在區(qū)域的實(shí)時(shí)水位影響特征,并將所述實(shí)時(shí)水位影響特征傳輸至水位預(yù)測模塊;
6、所述水位預(yù)測模塊,用于調(diào)度所述水位預(yù)測模型對(duì)實(shí)時(shí)水位影響特征進(jìn)行識(shí)別,確定短期預(yù)測水位;
7、所述安全預(yù)警模塊,用于根據(jù)所述短期預(yù)測水位,對(duì)水利工程大壩進(jìn)行安全監(jiān)測,得到水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果,并根據(jù)所述水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警。
8、進(jìn)一步地,獲取水利工程大壩所在區(qū)域的歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位,包括:
9、獲取歷史時(shí)段中多個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的水位、流量、降雨量以及降雨等級(jí),得到水利工程大壩所在區(qū)域的歷史水位影響特征;
10、針對(duì)任意一個(gè)歷史水位影響特征,獲取短期時(shí)間之后的水位,得到任意一個(gè)歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位;
11、其中,短期用于表征一個(gè)固定的時(shí)間周期。
12、進(jìn)一步地,采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位進(jìn)行學(xué)習(xí),以獲取水位預(yù)測模型,包括:
13、采用bigru-capsnet算法構(gòu)建初始預(yù)測模型;
14、根據(jù)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位,采用改進(jìn)智能優(yōu)化算法對(duì)初始預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練,得到水位預(yù)測模型。
15、進(jìn)一步地,根據(jù)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位,采用改進(jìn)智能優(yōu)化算法對(duì)初始預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練,得到水位預(yù)測模型,包括:
16、針對(duì)初始預(yù)測模型的待優(yōu)化參數(shù),采用隨機(jī)初始化方法對(duì)尋優(yōu)種群進(jìn)行初始化;
17、根據(jù)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位獲取尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度,并按照適應(yīng)度從大到小的順序依次確定第一目標(biāo)個(gè)體、第二目標(biāo)個(gè)體、第三目標(biāo)個(gè)體以及第四目標(biāo)個(gè)體;其中,第一目標(biāo)個(gè)體為最優(yōu)個(gè)體;
18、根據(jù)所述第一目標(biāo)個(gè)體,令尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體向最優(yōu)方向進(jìn)行局部搜索,確定局部搜索之后的個(gè)體;
19、針對(duì)局部搜索之后的個(gè)體,根據(jù)第一目標(biāo)個(gè)體、第二目標(biāo)個(gè)體、第三目標(biāo)個(gè)體以及第四目標(biāo)個(gè)體,對(duì)尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體進(jìn)行聯(lián)合搜索,得到聯(lián)合搜索之后的個(gè)體;
20、針對(duì)聯(lián)合搜索之后的個(gè)體,令尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體進(jìn)行波動(dòng)性搜索,得到波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體;
21、針對(duì)波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體,令尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體圍繞最優(yōu)位置進(jìn)行逃逸搜索,得到逃逸搜索之后的個(gè)體;
22、重復(fù)上述局部搜索、聯(lián)合搜索、波動(dòng)性搜索以及逃逸搜索,直至到達(dá)最大訓(xùn)練次數(shù)之后,根據(jù)逃逸搜索之后的個(gè)體確定出初始預(yù)測模型的最終超參數(shù),得到水位預(yù)測模型。
23、進(jìn)一步地,根據(jù)所述第一目標(biāo)個(gè)體,令尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體向最優(yōu)方向進(jìn)行局部搜索,確定局部搜索之后的個(gè)體,包括:
24、確定當(dāng)前訓(xùn)練次數(shù)t,并根據(jù)當(dāng)前訓(xùn)練次數(shù)t確定收斂因子為:
25、
26、其中,表示第t次訓(xùn)練過程中的收斂因子,表示收斂因子起始值,表示收斂因子最終值,表示最大訓(xùn)練次數(shù);且=2.5,=0;
27、根據(jù)所述收斂因子以及第一目標(biāo)個(gè)體,對(duì)尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體進(jìn)行局部搜索,得到局部搜索之后的個(gè)體為:
28、
29、
30、
31、其中,表示第 t次訓(xùn)練過程中第 m個(gè)個(gè)體,表示局部搜索之后的個(gè)體,m=1,2,…,m,m表示個(gè)體總數(shù),表示第一局部搜索因子,表示第二局部搜索因子,表示第一目標(biāo)個(gè)體,|?|表示對(duì)元素取絕對(duì)值,表示[0,1]之間均勻分布的隨機(jī)數(shù),表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù),表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù)。
32、進(jìn)一步地,針對(duì)局部搜索之后的個(gè)體,根據(jù)第一目標(biāo)個(gè)體、第二目標(biāo)個(gè)體、第三目標(biāo)個(gè)體以及第四目標(biāo)個(gè)體,對(duì)尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體進(jìn)行聯(lián)合搜索,得到聯(lián)合搜索之后的個(gè)體,包括:
33、針對(duì)局部搜索之后的個(gè)體,根據(jù)第一目標(biāo)個(gè)體確定第一搜索位置為:
34、
35、其中,表示第一搜索位置,表示第t次訓(xùn)練過程中第n個(gè)局部搜索之后的個(gè)體,n=1,2,…,m;
36、根據(jù)第二目標(biāo)個(gè)體確定第二搜索位置為:
37、
38、其中,表示第二搜索位置,表示第二目標(biāo)個(gè)體;
39、根據(jù)第三目標(biāo)個(gè)體確定第三搜索位置為:
40、
41、其中,表示第三搜索位置,表示第三目標(biāo)個(gè)體;
42、根據(jù)第四目標(biāo)個(gè)體確定第四搜索位置為:
43、
44、其中,表示第四搜索位置,表示第四目標(biāo)個(gè)體;
45、確定個(gè)體與第一目標(biāo)個(gè)體、第二目標(biāo)個(gè)體、第三目標(biāo)個(gè)體以及第四目標(biāo)個(gè)體之間的曼哈頓距離,并基于曼哈頓距離確定第一加權(quán)權(quán)重、第二加權(quán)權(quán)重、第三加權(quán)權(quán)重以及第四加權(quán)權(quán)重為:
46、
47、
48、
49、
50、其中,表示第一加權(quán)權(quán)重,表示第二加權(quán)權(quán)重,表示第三加權(quán)權(quán)重,表示第四加權(quán)權(quán)重,表示個(gè)體與第一目標(biāo)個(gè)體之間的距離,表示個(gè)體與第二目標(biāo)個(gè)體之間的距離,表示個(gè)體與第三目標(biāo)個(gè)體之間的距離,表示個(gè)體與第四目標(biāo)個(gè)體之間的距離;
51、根據(jù)所述第一搜索位置、第二搜索位置、第三搜索位置、第四搜索位置、第一目標(biāo)個(gè)體、第二目標(biāo)個(gè)體、第三目標(biāo)個(gè)體以及第四目標(biāo)個(gè)體,獲取聯(lián)合搜索之后的個(gè)體為:
52、
53、其中,表示聯(lián)合搜索之后的個(gè)體。
54、進(jìn)一步地,針對(duì)聯(lián)合搜索之后的個(gè)體,令尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體進(jìn)行波動(dòng)性搜索,得到波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體,包括:
55、針對(duì)聯(lián)合搜索之后的個(gè)體,為每個(gè)個(gè)體隨機(jī)匹配一個(gè)不同的其他個(gè)體,得到每個(gè)個(gè)體對(duì)應(yīng)的匹配個(gè)體;
56、根據(jù)每個(gè)個(gè)體對(duì)應(yīng)的匹配個(gè)體,對(duì)個(gè)體進(jìn)行波動(dòng)性搜索,得到波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體為:
57、
58、其中,表示第k個(gè)聯(lián)合搜索之后的個(gè)體,表示波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體,k=1,2,…,m;表示最大訓(xùn)練次數(shù),sin表示正弦函數(shù),cos表示余弦函數(shù),表示圓周率,表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù),表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù),表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù),表示個(gè)體對(duì)應(yīng)的匹配個(gè)體。
59、進(jìn)一步地,針對(duì)波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體,令尋優(yōu)種群中每個(gè)個(gè)體圍繞最優(yōu)位置進(jìn)行逃逸搜索,得到逃逸搜索之后的個(gè)體為:
60、
61、其中,表示第t次訓(xùn)練中第q個(gè)波動(dòng)性搜索之后的個(gè)體,表示逃逸搜索之后的個(gè)體,表示逃逸搜索系數(shù),表示最優(yōu)個(gè)體,表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù),表示(0,1)之間的隨機(jī)數(shù)。
62、進(jìn)一步地,根據(jù)所述短期預(yù)測水位,對(duì)水利工程大壩進(jìn)行安全監(jiān)測,得到水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果,并根據(jù)所述水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警,包括:
63、判斷所述短期預(yù)測水位是否超過預(yù)設(shè)的危險(xiǎn)閾值,若是,則確定水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果為存在危險(xiǎn),否則確定水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果為不存在危險(xiǎn);
64、當(dāng)所述水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果為存在危險(xiǎn)時(shí),則產(chǎn)生預(yù)警信息,并將所述預(yù)警信息傳輸至工作人員指定的設(shè)備中。
65、另一方面,本發(fā)明提供了一種水利工程大壩安全監(jiān)測方法,包括:
66、獲取水利工程大壩所在區(qū)域的歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位;
67、采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位進(jìn)行學(xué)習(xí),以獲取水位預(yù)測模型;
68、獲取水利工程大壩所在區(qū)域的實(shí)時(shí)水位影響特征,并將所述實(shí)時(shí)水位影響特征傳輸至水位預(yù)測模塊;
69、調(diào)度所述水位預(yù)測模型對(duì)實(shí)時(shí)水位影響特征進(jìn)行識(shí)別,確定短期預(yù)測水位;
70、根據(jù)所述短期預(yù)測水位,對(duì)水利工程大壩進(jìn)行安全監(jiān)測,得到水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果,并根據(jù)所述水利工程大壩安全監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警。
71、本發(fā)明提供的一種水利工程大壩安全監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法,通過采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)歷史水位影響特征以及歷史水位影響特征對(duì)應(yīng)的歷史水位進(jìn)行學(xué)習(xí),得到可以預(yù)測水位的水位預(yù)測模型,然后通過水位預(yù)測模型對(duì)實(shí)時(shí)水位影響特征進(jìn)行識(shí)別,最終實(shí)現(xiàn)了水位的預(yù)測,可以以實(shí)際數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),快速預(yù)測是否可能存在危險(xiǎn),使工作人員能夠及時(shí)做出應(yīng)對(duì),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程大壩的安全保障。