大坝水库安全监测系统的制作方法

1.本发明属于水利行业的监测领域，尤其涉及一种大坝水库安全监测系统。


背景技术：

2.大坝截河拦水的堤堰，水库、江河等的拦水大堤，水库是拦洪蓄水和调节水流的水利工程建筑物，两者对于河堤下游来灌溉、发电、防洪、养殖和生活用水都有着及其关键的作用。是保障下游人民财产和生命安全的重要设施。但是大坝水库受坝型、坝体结构、地质条件、生态环境、洪水冲击等因素的影响，容易出现裂缝、位移、渗流等安全隐患，如果这些隐患不能及时察觉，将会对人民的生命和财产安全造成巨大的威胁。
3.传统的大坝水库安全监测手段，通常是通过渗流计、rtk、土压力等多种传感器进行综合监测，这样的监测方式首先设备成本高，并且需要施工安装、维护，也带来了巨大的人工成本，经济效益较低。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大坝水库安全监测系统，可以有效节约监控成本，提高监测效率。
5.本发明通过以下方式实现：一种大坝水库安全监测系统，包括：数据感知单元：包括n个姿态传感器，所述n》10；所述姿态传感器均匀分布且固定设置在大坝和水库的坝面；边缘计算端：获取数据采集单元数据并进行数据分析；控制终端：部署在安全监测中心的服务器或云端，用于数据管理、预警接收和数据可视化呈现；所述边缘计算端通过以下方式进行监测数据判断：s1以姿态传感器垂直于地心重力加速度的方向为y轴，定义x轴和z轴，x轴、z轴、y轴两两垂直，建立经过y轴和z轴且与x轴垂直的y轴面，同理建立x轴面和z轴面，x轴面、y轴面和z轴面两两垂直；s2将x轴面，y轴面和z轴面，以设备中心为原点，分别以形成4个等分区间，用axm，aym，azm表示，m={1,2,3,4}，表示区间的标识号；s3读取姿态传感器的偏移量，并将偏移量投影到x轴面、y轴面和z轴面，形成为x轴面、y轴面和z轴面的偏移量bx，by，bz；s4找出偏移总量b
总
最大的姿态传感器c，其中b
总
=|bx|+|by|+|bz|；s5，针对c点的b
总
并进行判断：s51如果c相邻的所有姿态传感器都没有数据变化，则判断为故障数据，发出故障警报；s52如果c相邻的所有姿态传感器都发生数据变化，且偏移量在x轴面、y轴面和z轴
面投影都落入同一个区间，则判断c点为危险点，发出风险警报；s53如果c相邻的所有姿态传感器都发生数据变化，且偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影不完全落入同一个区间，则判断c点附近出现裂缝，或者有多个危险点，发出风险警报。
6.进一步的，还包括如下步骤，s54继续搜索与c相邻，偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影与c有区别的且偏移总量最大的点d；s55剔除d相邻且与c在x轴面、y轴面和z轴面投影相同的监测点，判断d点相邻的其他姿态传感器的数据变化情况，如果有其他监测点e的b
总e
大于b
总d
，则继续以e点为基础，与相邻的监测点比较，直到找到b
总
最大的点，则该b
总
最大的点判断为第二危险点。
7.进一步的，还包括声光报警器，当边缘计算端发现危险点且无法与控制终端取得通信连接时，启动声光报警器。
8.进一步的，所述姿态传感器还包括警报灯，当边缘计算终端发现该姿态传感器为危险点时，该姿态传感器则开启报警灯。
9.进一步的，所述数据感知单元还包括水位监测、雨量监测和温湿度监测。
10.本发明提供一种水库大坝安全监测系统，通过姿态传感器进行大坝水库的安全监测，并通过边缘计算端进行安全状况判断，实现快速响应，节省安装成本的目的。同时可以通过姿态传感器的数据，判断大坝或水库存在的危险点，并提供警报，协助管理人员快速发现大坝水库的安全隐患。
附图说明
11.图1为本发明x、y、z轴面建立示意图；图2为偏移量投影示意图；图3为x轴面区间划分示意图；图4为危险点判断示意图；图5为第二危险点示意图。
具体实施方式
12.一种大坝水库安全监测系统，包括：数据感知单元：包括n个姿态传感器1，所述n》10；所述姿态传感器均匀分布且固定设置在大坝和水库的坝面；边缘计算端：获取数据采集单元数据并进行数据分析；控制终端：用于管理边缘计算端的数据、预警接收和数据可视化呈现；所述边缘计算端通过以下方式进行监测数据判断：s1以姿态传感器垂直于地心重力加速度的方向为y轴，定义x轴和z轴，x轴、z轴、y轴两两垂直，建立经过y轴和z轴且与x轴垂直的y轴面，同理建立x轴面和z轴面，x轴面、y轴面和z轴面两两垂直；s2将x轴面，y轴面和z轴面，以设备中心为原点，分别以形成4个等分区间，用axm，aym，azm表示，m={1,2,3,4}，表示区间的标识号；
s3读取姿态传感器的偏移量2，并将偏移量投影到x轴面、y轴面和z轴面，形成为x轴面、y轴面和z轴面的偏移量bx，by，bz；s4找出偏移总量b
总
最大的姿态传感器c，其中b
总
=|bx|+|by|+|bz|；s5，针对c点的b
总
并进行判断：s51如果c相邻的所有姿态传感器都没有数据变化，则判断为故障数据，发出故障警报；s52如果c相邻的所有姿态传感器都发生数据变化，且偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影都落入同一个区间，则判断c点为危险点，发出风险警报；s53如果c相邻的所有姿态传感器都发生数据变化，且偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影不完全落入同一个区间，则判断c点附近出现裂缝，或者有多个危险点，并发出风险警报。
13.实际使用时，姿态传感器设置越多越能提高监测准确性，且姿态传感器尽量均匀分布固定在水库或大坝的监测面。安装时姿态传感器应予以统一的初始化，确保每个姿态传感器在监测前处于相同的状态。
14.姿态传感器的偏移量，均可以分解为x轴面、y轴面、z轴面三个平面的角度偏移量，偏移量是为了表示偏移的程度大小，可以根据实际需求，用角度表示或者转换为数值表示。图2以x轴面为例，根据x轴和y轴将x轴面划分为ax1，ax2，ax3，ax4四个区间。
15.y轴面和z轴面的分解与x轴面类似，不再赘述。
16.当有姿态传感器监测到偏移数据时，首先做数据可靠性判断，即判断姿态传感器相邻的监测点是否监测到偏移，如果仅一个传感器出现偏移，则证明该传感器可能出现故障。
17.偏移量总量最大的监测点，代表了偏移度可能是最大的，由于大坝水库这类大型工程的塌方在初始阶段一般是有方向性的，不会分散型地塌陷，因此可以认为塌方点周围都会往同一方向出现偏移。
18.图3所示，当监测到偏移量最大的点c时，将c点和周围c1-c3各个监测点做比较，从偏移判断各个点在x轴面、y轴面、z轴面上的偏移是否都落入同一个区间。如果c1-c3所有监测点都没有监测到偏移数据，则判定c的监测数据为故障数据。
19.如果c1-c3均监测有数据，则判断各个监测点偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影，如果x轴面、y轴面和z轴面投影所在的区间均与监测点c相同，则证明各个监测点均向相同的方向倾斜，且c倾斜程度最为严重，因此判断c点为危险点，并发出警报。
20.如果同时存在多个偏移量b
总
相同的监测点，且该些b
总
偏移量均为偏移量最大的点，则随机选择其中一个点做判断。
21.如果c1-c3均有监测数据，且监测点中有一个监测点偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影所在的区间与监测点c存在差异，则证明可能有其他监测点往不同方向进行偏移。则判断为c点附近可能存在裂缝或者存在其他出现塌陷、滑落的危险点，并发出警报。
22.数据可视化方式可以通过建立监测面模型并标识姿态传感器对应的位置实现，对于出现警报的传感器进行高亮显示，从而使管理者可以及时了解危险的情况，对大坝水库进行检修巡查。
23.进一步的，还包括如下步骤，
s54继续搜索与c相邻，偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影与c有区别的且偏移总量最大的点d；即是在c1-c3中选取偏移量最大的点，重新定义为d。比如c2为除c外偏移量最大的监测点，如图4所示，则将c2重新定义为d。
24.s55剔除d相邻且与c在x轴面、y轴面和z轴面投影相同的监测点，判断d点相邻的其他姿态传感器的数据变化情况，如果有其他监测点e的b
总e
大于b
总d
，则继续以e点为基础，与相邻的监测点比较（如e1、e2、e3，如果e、e1、e2、e3中e的偏移量最大，则e为第二危险点），否则，则如同前法直到找到b
总
最大（除c点外）的点，则该b
总
最大点判断为第二危险点。
25.进一步的，还包括声光报警器，当边缘计算端发现危险点且无法与控制终端取得通信连接时，启动声光报警器。
26.在通信环境受阻时，仍然能够及时响应。
27.进一步的，所述姿态传感器还包括警报灯，当边缘计算终端发现该姿态传感器为危险点时，该姿态传感器则开启报警灯。
28.进一步的，所述数据感知单元还包括水位监测传感器、雨量监测传感器和温湿度传感器。
29.多种因素结合监测，为安全监测和维护提供决策依据。

技术特征：
1.一种大坝水库安全监测系统，其特征在于，包括：数据感知单元：包括n个姿态传感器，所述n>10；所述姿态传感器均匀分布且固定设置在大坝和水库的坝面；边缘计算端：获取数据采集单元数据并进行数据分析；控制终端：部署在安全监测中心的服务器或云端，用于数据管理、预警接收和数据可视化呈现；所述边缘计算端通过以下方式进行监测数据判断：s1以姿态传感器垂直于地心重力加速度的方向为y轴，定义x轴和z轴，x轴、z轴、y轴两两垂直，建立经过y轴和在z轴且与x轴垂直的y轴面，同理建立x轴面和z轴面，x轴面、y轴面和z轴面两两垂直；s2将x轴面，y轴面和z轴面，以设备中心为原点，分别以形成4个等分区间，用axm，aym，azm表示，m={1,2,3,4}，表示区间的标识号；s3读取姿态传感器的偏移量，并将偏移量投影到x轴面、y轴面和z轴面，形成为x轴面、y轴面和z轴面的偏移量bx，by，bz；s4找出偏移总量b
总
最大的姿态传感器c，其中b
总
=|bx|+|by|+|bz|；s5，针对c点的b
总
并进行判断：s51如果c相邻的所有姿态传感器都没有数据变化，则判断为故障数据，发出故障警报；s52如果c相邻的所有姿态传感器都发生数据变化，且偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影都落入同一个区间，则判断c点为危险点，发出风险警报；s53如果c相邻的所有姿态传感器都发生数据变化，且偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影不完全落入同一个区间，则判断c点附近出现裂缝，或者有多个危险点，发出风险警报。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述边缘计算端通过以下方式进行监测数据判断还包括如下步骤，s54继续搜索与c相邻，偏移量在x轴面、y轴面和z轴面投影与c有区别的且偏移总量最大的点d；s55剔除d相邻且与c在x轴面、y轴面和z轴面投影相同的监测点，判断d点相邻的其他姿态传感器的数据变化情况，如果有其他监测点e的b
总e
大于b
总d
，则继续以e点为基础，与相邻的监测点比较，直到找到b
总
最大的点，则b
总
最大的点判断为第二危险点。3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，还包括声光报警器，当边缘计算端发现危险点且无法与控制终端取得通信连接时，启动声光报警器。4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述姿态传感器还包括警报灯，当边缘计算终端发现该姿态传感器为危险点时，该姿态传感器则开启报警灯。5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述数据感知单元还包括水位监测传感器、雨量监测传感器和温湿度监测传感器。

技术总结
本发明提供一种大坝水库安全监测系统，包括：数据感知单元：包括N个姿态传感器，所述N>10；所述姿态传感器均匀分布且固定设置在大坝和水库的坝面；边缘计算端：获取数据采集单元数据并进行数据分析；控制终端：部署在安全监测中心的服务器或云端，用于数据管理、预警接收和数据可视化呈现；可以有效节约监控成本，提高监测效率。提高监测效率。提高监测效率。


技术研发人员：易卫东 陈权 章和盛 蔡棉锐 蔡桂斌 李广志
受保护的技术使用者：国科星图（深圳）数字技术产业研发中心有限公司
技术研发日：2022.02.09
技术公布日：2022/3/8