基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的堤壩健康監(jiān)測(cè)敏感測(cè)點(diǎn)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種堤壩健康監(jiān)測(cè)分析方法，特別是涉及一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的堤壩健 康監(jiān)測(cè)敏感測(cè)點(diǎn)分析確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 堤壩健康監(jiān)測(cè)不僅有利于避免大的險(xiǎn)情和災(zāi)害發(fā)生，對(duì)堤壩性態(tài)及微小變化的準(zhǔn) 確掌握也是反饋設(shè)計(jì)施工質(zhì)量和檢驗(yàn)科研效果的前提條件。及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握堤壩的性態(tài)， 是保證堤壩安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。
[0003] 堤壩健康監(jiān)測(cè)是河湖和水庫安全運(yùn)行的耳目，但目前，絕大部分實(shí)測(cè)資料分析方 法對(duì)數(shù)據(jù)要求比較高，如要求數(shù)據(jù)滿足平穩(wěn)性、正態(tài)性和獨(dú)立同分布等要求，而實(shí)際實(shí)測(cè)資 料都具有非平穩(wěn)性、相關(guān)性和異方差性，從而使得現(xiàn)有分析方法難以準(zhǔn)確掌握測(cè)值規(guī)律，有 時(shí)甚至得到錯(cuò)誤結(jié)論。同時(shí)現(xiàn)有分析方法對(duì)敏感或重要測(cè)點(diǎn)分析確定往往無能為力，只能 依靠專家經(jīng)驗(yàn)。
[0004] 實(shí)際上，堤壩健康監(jiān)測(cè)的實(shí)際測(cè)值序列大多不平穩(wěn)，尤其是堤壩危險(xiǎn)期或非常工 況期。而敏感或重要測(cè)點(diǎn)的確定往往同結(jié)構(gòu)性態(tài)分析是相互關(guān)聯(lián)的，是一個(gè)問題的兩個(gè)方 面。目前常規(guī)分析方法許多都只能適應(yīng)平穩(wěn)時(shí)間序列或?qū)?shù)據(jù)噪聲敏感，從而既不能識(shí)別 敏感測(cè)點(diǎn)，也不能對(duì)結(jié)構(gòu)性態(tài)進(jìn)行有效分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，充分利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法的 多尺度分析功能和對(duì)誤差不敏感的優(yōu)勢(shì)，提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的堤壩健康監(jiān)測(cè)敏感測(cè)點(diǎn) 分析方法，克服常規(guī)分析方法對(duì)數(shù)據(jù)誤差的敏感性，可發(fā)現(xiàn)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的重要程度，實(shí)現(xiàn)各個(gè) 測(cè)點(diǎn)之間相關(guān)關(guān)系的分析，并準(zhǔn)確地掌握堤壩的工程健康性態(tài)，實(shí)現(xiàn)堤壩性態(tài)的有效預(yù)警。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的堤壩健康監(jiān)測(cè)敏感測(cè)點(diǎn)分析方法，包括以下步驟：
[0008] 1)根據(jù)堤壩健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和測(cè)點(diǎn)，應(yīng)用布設(shè)于測(cè)點(diǎn)的傳感器獲取堤壩對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的 實(shí)際測(cè)值時(shí)間序列；
[0009] 2)運(yùn)用等概率粗?；姆椒?，將測(cè)值時(shí)間序列轉(zhuǎn)化成符號(hào)序列；
[0010] 3)把符號(hào)序列編碼在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，構(gòu)造復(fù)雜網(wǎng)路；
[0011] 4)對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進(jìn)行分析，獲取該堤壩健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的敏感測(cè)點(diǎn)及其性 態(tài)演化規(guī)律，進(jìn)行堤壩的工程健康性態(tài)判別。
[0012] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟1)中堤壩健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括環(huán)境量、滲流場(chǎng)、溫 度場(chǎng)和變形場(chǎng)。
[0013] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟2)中等概率粗粒化的方法，具體包括步驟，2-1) 設(shè)X_和X_分別是測(cè)值時(shí)間序列的最大值和最小值，轉(zhuǎn)化后的符號(hào)共有N種，記為si， S2，· · ·，SN，疋_乂·
[0014]Si=s.j，xmin+(j_l)d彡Xi<xmin+jd，j= 1，· · ·，N (1)
[0015] 其中，N>2,d= (x_-x_)/N;由式（1)得到N種不同字符構(gòu)成的符號(hào)序列；
[0016] 2-2)記堤壩測(cè)值時(shí)間序列為|x(t) = 1，. . .，N}，通過式⑵計(jì)算測(cè)值時(shí)間序列波 動(dòng)k⑴，
[0018] 其中，At為時(shí)間間隔；
[0019] 2-3)通過式（3)計(jì)算不同波動(dòng)值可能出現(xiàn)的概率p(k)，
[0021] 其中，Num(x)對(duì)應(yīng)測(cè)值序列的波動(dòng)模態(tài)X發(fā)生的次數(shù)；
[0022]2-4)把測(cè)值時(shí)間序列的波動(dòng)k(t)分為5個(gè)區(qū)間，定義5個(gè)特征字符為式（4)，
[0024] 其中，t代表測(cè)值數(shù)值快速增加，r代表測(cè)值數(shù)值緩慢的增加，e代表測(cè)值數(shù)值不增 不減，d代表測(cè)值數(shù)值緩慢的降低，f代表測(cè)值數(shù)值快速的降低；
[0025] 從而將測(cè)值時(shí)間序列轉(zhuǎn)換成符號(hào)序列為式（5)，
[0026] S=(SASy · ·)，Sie(t，r，e，d，f) (5)
[0027] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟3)中構(gòu)造復(fù)雜網(wǎng)路，是在把符號(hào)序列編碼在有向 加權(quán)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之后，通過excle2pajek軟件轉(zhuǎn)換成pajek軟件可處理的格式。
[0028] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟4)中對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)進(jìn)行分析，通過 pajek軟件進(jìn)行。
[0029] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述步驟4)中復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)包括平均最短路徑長(zhǎng) 度、平均集聚系數(shù)和模塊度系數(shù)。
[0030] 本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為：所述環(huán)境量包括潰壩前上游水位測(cè)點(diǎn)、潰壩前下游水位測(cè) 點(diǎn)和大氣壓力測(cè)點(diǎn)；所述滲流場(chǎng)包括滲壓水位測(cè)點(diǎn)、滲流量測(cè)點(diǎn)和壩體水分測(cè)點(diǎn)；所述溫 度場(chǎng)采用分布式光纖測(cè)量，包括壩體表面氣溫測(cè)點(diǎn)、庫水溫測(cè)點(diǎn)、壩體內(nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)、上游 水溫測(cè)點(diǎn)和下游水溫測(cè)點(diǎn)；所述變形場(chǎng)包括壩體表面變形測(cè)點(diǎn)、壩體內(nèi)部變形測(cè)點(diǎn)和傾度 測(cè)點(diǎn)。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：
[0032]根據(jù)潰壩試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度揭示測(cè)值時(shí)間序列變化的動(dòng)力學(xué)特 征，首先運(yùn)用等概率粗?；姆椒?，將測(cè)值時(shí)間序列轉(zhuǎn)化成符號(hào)序列，把符號(hào)序映射成網(wǎng)絡(luò) 參數(shù)構(gòu)造復(fù)雜網(wǎng)路，然后通過對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)的分析，獲取重要測(cè)點(diǎn)及其性態(tài)演化 規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)堤壩健康性態(tài)分析，具有有效識(shí)別重要測(cè)點(diǎn)和判別堤壩性態(tài)演化的能力。其 中，采用粗?；椒ǎ欣诳朔?shù)據(jù)誤差對(duì)分析結(jié)果的影響，有利于實(shí)現(xiàn)不同尺度的分 析；同時(shí)采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法，可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的重要程度，實(shí)現(xiàn)各個(gè)測(cè)點(diǎn)之間相關(guān)關(guān) 系的分析，從而提取敏感測(cè)點(diǎn)，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握堤壩的工程健康性態(tài)，實(shí)現(xiàn)堤壩性態(tài)的更有 效預(yù)警。
[0033] 上述內(nèi)容僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了更清楚的了解本發(fā)明的技術(shù)手段，下 面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的堤壩健康監(jiān)測(cè)敏感測(cè)點(diǎn)分析方法的流程圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的堤壩試驗(yàn)過程中蓄水期的環(huán)境溫度過程線；
[0036] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的堤壩試驗(yàn)過程中潰決過程的水位過程線；
[0037] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的潰壩前上、下游水位測(cè)值的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0038] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的整個(gè)過程滲流壓力測(cè)點(diǎn)Ml、M2對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0039] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的潰壩期滲流壓力測(cè)點(diǎn)Ml、M2對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0040] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的4個(gè)不同測(cè)點(diǎn)的光纖溫度測(cè)值的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0041] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的潰壩期測(cè)點(diǎn)Sl、S2測(cè)值對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0042] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例的整個(gè)過程傾度測(cè)點(diǎn)Kl、K2測(cè)值對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0043] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例的潰壩期傾度測(cè)點(diǎn)Kl、K2測(cè)值對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖；
[0044] 圖11為本發(fā)明實(shí)施例的整個(gè)過程的三組溫度測(cè)值對(duì)應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0046] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的堤壩健康監(jiān)測(cè)敏感測(cè)點(diǎn)分析方法， 包括以下步驟：
[0047] 1)根據(jù)堤壩健康監(jiān)測(cè)所設(shè)置的項(xiàng)目應(yīng)用監(jiān)測(cè)傳感器，獲取該堤壩健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的 測(cè)點(diǎn)的測(cè)值時(shí)間序列；其中，壩健康監(jiān)測(cè)項(xiàng)目根據(jù)需要包括環(huán)境量、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和變形 場(chǎng)等。
[0048] 2)運(yùn)用等概率粗?；姆椒?，將測(cè)值時(shí)間序列轉(zhuǎn)化成符號(hào)序列；其中，等概率粗 ?；姆椒?，具體包括步驟，
[0049] 2-1)設(shè)x_和x_分別是測(cè)值時(shí)間序列的最大值和最小值，轉(zhuǎn)化后的符號(hào)共有N 種，記為Sps2, . . .，SN，定義<