山东黄河水利工程质量检测中心;中国水利水电科学研究院丰焕平获国家专利权
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龙图腾网获悉山东黄河水利工程质量检测中心;中国水利水电科学研究院申请的专利一种水利工程渗流智能监测系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119476939B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411549596.0,技术领域涉及:G06Q10/0635;该发明授权一种水利工程渗流智能监测系统是由丰焕平;侯冠宇;王茂华;王泽;石洋;李照会设计研发完成,并于2024-11-01向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种水利工程渗流智能监测系统在说明书摘要公布了:本发明涉及水利工程管理技术领域,公开一种水利工程渗流智能监测系统,包括多传感器感知模块、数据采集模块、数据融合与处理模块、机器学习预测模块、智能决策模块、自适应监测调度模块、自动巡检与响应模块、数字孪生与仿真分析模块、通信模块;所述多传感器感知模块负责实时采集渗流相关的多维度数据。采用机器学习算法进行渗流趋势的智能预测,且结合实时数据进行风险评估,相比于传统的基于预设阈值的监测方法,本发明能通过学习历史数据和实时数据,自动识别复杂的渗流模式企鹅提前预测未来的风险,实现对水利工程渗流风险的前瞻性管理,显著提升系统的预测精度和反应速度。
本发明授权一种水利工程渗流智能监测系统在权利要求书中公布了:1.一种水利工程渗流智能监测系统,其特征在于,包括多传感器感知模块、数据采集模块、数据融合与处理模块、机器学习预测模块、智能决策模块、自适应监测调度模块、自动巡检与响应模块、数字孪生与仿真分析模块、通信模块; 所述多传感器感知模块负责实时采集渗流相关的多维度数据; 所述数据采集模块负责将实时监测数据采集到系统内部; 所述数据融合与处理模块将不同传感器采集的多源数据进行融合、过滤与预处理; 所述机器学习预测模块基于历史监测数据和实时采集数据,利用机器学习算法进行渗流趋势的预测; 所述智能决策模块结合机器学习预测结果和实时监测数据,计算当前的渗流风险水平; 所述智能决策模块包括风险评估单元、预警单元、应急响应单元; 所述风险评估单元根据实时数据和机器学习模型的预测结果,计算当前的渗流风险; 所述预警单元根据风险评估单元的结果,自动生成预警信号; 所述应急响应单元在高风险或预警状态时,自动启动应急响应程序; 所述风险评估单元结合实时数据和预测数据,计算系统当前的综合风险指数Rt,且根据该指数判断渗流风险的高低; 风险评估公式为:Rt=α1Sxs+α2Qxs+α3Txs, 其中,Sxs为水体安全系数,Qxs为侵蚀安全系数,Txs为天气条件系数,α1、α2、α3为权重系数; 水体安全系数Sxs计算公式: 其中,Sy为监测的水压值,Sthreshold为预设的水压安全阈值,β1为调整参数; 侵蚀安全系数Qxs计算公式: 其中,Ts为土壤含水量,Tthreshold为土壤含水量的预设阈值,β2为调整参数; 天气条件系数Txs计算公式:Txs=αrRt+αgGq, 其中,Rt为当前的降雨量,Gq为当前的光照强度,αr和αg为调整参数; 所述预警单元根据风险评估单元计算的综合风险指数Rt,判断是否触发预警信号,且决定预警的级别; 预警判断公式: 其中,Rt为当前计算出的综合风险指数,Rthreshold为预设的风险阈值,超出阈值会触发预警信号,标识为1,否则为0; 预警级别公式: 其中,Rlow、Rmedium、Rhigh为预警级别的风险指数分界值; 所述自适应监测调度模块动态调整系统的监测频率、传感器采集周期和巡检调度,以生成的风险评估结果; 所述自动巡检与响应模块负责自动化巡检和应急响应; 所述数字孪生与仿真分析模块通过实时监测数据构建坝体及周围环境的数字孪生模型,且进行渗流和土壤侵蚀的仿真分析; 所述数字孪生与仿真分析模块包括数字孪生建模单元、渗流仿真单元、虚拟现实集成单元; 所述数字孪生建模单元基于实时监测数据,构建坝体及周边环境的数字孪生模型,动态模拟坝体的渗流和土壤侵蚀情况; 所述渗流仿真单元利用仿真技术分析和预测渗流扩散路径、土壤侵蚀和地下水渗透的动态过程; 所述虚拟现实集成单元将数字孪生模型与虚拟现实技术结合,管理人员能通过VR设备查看坝体实时的渗流状态; 所述数字孪生建模单元通过将实时监测数据、历史数据与水利工程的几何结构相结合,构建与物理世界相对应的数字模型; 数字孪生模型通过集合几何信息、物理状态和实时监测数据,使用三维有限元模型描述物理系统中的应力、应变和渗流行为; 渗流问题的控制方程:基于渗流过程中的达西定律,渗流速度vs与水力坡降i的关系为:vs=-k·i, 其中,vs为渗流速度,k为渗透系数,i为水力坡降; 有限元模型的离散化:数字孪生的几何模型通过有限元法进行离散化,对任意空间域V,使用有限元法的弱形式表达应力-应变关系,根据物理力学方程,渗流的弱形式表示为: 其中,h为水头高度,为水头梯度,φ为形函数,q为水源项,dV为微元积分; 边界条件:数字孪生建模单元需满足边界条件,边界条件包括: hx=h0,在边界ΓD,qx=q0,在边界ΓN 其中,hx为在边界特定位置x上的水头高度,h0为初始的水头高度,ΓD和ΓN为水头固定边界和水流通量固边界,qx为在边界ΓN上的特定位置x处的流量值,q0为初始的流量值; 所述通信模块负责各传感器节点、自动巡检设备与控制中心间的数据传输通畅。
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