智慧型堤坝安防系统的制作方法

1.本发明属于堤坝安全技术领域，具体是智慧型堤坝安防系统。


背景技术：

2.堤坝是水利工程中的一项重要水利设施，在防洪工程中，堤坝的地位至关重要，因此须对堤坝进行实时监控以杜绝各种危险事件的发生。
3.现有的监控方式是人工定期巡检，这种监控方式受外部环境影响较大，且在时间上存在各种盲区，同时只能对堤坝的表面进行肉眼监测，而对于堤坝内部情况无法获得有效的检测，从而无法保证对堤坝情况的实时监控，为此，现提供智慧型堤坝安防系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供智慧型堤坝安防系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：智慧型堤坝安防系统，包括电子安防系统和堤坝防护系统，所述电子安防系统包括指挥中心，所述堤坝防护系统包括基于土坝浇筑的混凝土防护模块，所述混凝土防护模块之间设置有支撑板，所述指挥中心通信连接有数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、预警模块以及安装在支撑板内的部分数据采集模块；
6.所述数据采集模块有用于获取堤坝的内部渗透数据的渗透数据采集终端、用于获取堤坝表面承受的压力数据的压力数据采集终端、用于监测堤坝位移的定位数据采集终端以及用于获取堤坝内部结构数据的扫描终端；
7.将堤坝表面划分为若干个子区域，在每个子区域堤坝内均分布安装有渗透数据采集终端、压力数据采集终端和定位数据采集终端；
8.将多个子区域内的各数据采集终端划分为同一个数据采集终端组，并对数据采集终端组内的数据采集终端所获取到的数据通过数据处理模块进行处理，数据采集模块获取到的数据经过数据处理模块的处理后，由数据分析模块对堤坝分别对土壤液化隐患、水位增长隐患、堤坝变形隐患以及堤坝管涌隐患进行分析，并根据分析结果生成预警信息。
9.进一步的，所述渗透数据采集终端获取堤坝渗透数据的过程包括：
10.将渗透数据采集终端根据需求安装在堤坝土壤内，实时获取每个渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率，并记录渗透数据采集终端在堤坝土壤内部的安装位置，对渗透数据采集终端进行标号。
11.进一步的，所述压力数据采集终端获取压力数据的过程包括：
12.将压力数据采集终端安装在支撑板下表面，通过压力数据采集终端获取压力值，同时对每个压力数据采集终端进行标号，并对每个压力数据采集终端的所在位置进行标记。
13.进一步的，所述扫描终端获取堤坝内部结构数据的过程包括：通过扫描终端，定期对堤坝内部进行扫描，然后获得堤坝内部结构的扫描数据。
14.进一步的，数据处理模块处理数据的过程包括：
15.设置土壤含水率阈值，然后将同一个数据采集终端组内的所有渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率数据与土壤含水率阈值进行比较；
16.设置压力阈值，然后将同一个数据采集终端组内的所有压力数据采集终端所获取到的压力数据与压力阈值进行比较；
17.对扫描数据进行频谱分析，获得堤坝内部的频谱分析图，将所获得的频谱分析图发送至数据分析模块；
18.根据堤坝的不同流域，选择若干个子区域，然后在每个子区域中设置一个定位数据采集终端，并获取其经纬度坐标；
19.然后将各组采集的数据上传至指挥中心，并通过将定位数据采集终端进行连接，从而形成堤坝走势曲线。
20.进一步的，对土壤液化隐患进行分析的过程包括：当堤坝子区域内存在超过一半以上的渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率超过土壤含水率阈值时，计算该子区域的土壤液化风险系数；然后对土壤液化风险系数进行时序分析，生成液化风险系数分析图谱，并在液化风险系数分析图谱内设置警戒线，当液化风险系数到达警戒线时，则获取在后续t时间段内，液化风险系数的趋势，若液化风险系数的趋势呈连续上升，则生成预警信息。
21.进一步的，对水位增长隐患进行分析的过程包括：当堤坝子区域存在至少一个压力数据采集终端所采集到的压力数据超过压力阈值时，则获取在后续t时间段内，压力数据采集终端所获取到的数据是否稳定或呈上升趋势；若稳定或呈上升趋势，则以该压力数据采集终端所在的位置作水平线，并标记该水平线经过的相邻的子区域内的压力数据采集终端，记为参考压力数据采集终端，当参考压力数据采集终端的压力数据大于压力阈值时，则将该水平线标记为水位线；设置水位预警线，当水位线到达水位预警线时，则生成预警信息。
22.进一步的，对堤坝变形隐患进行分析的过程包括：定期获取堤坝走势曲线，并将最新获取到的堤坝走势曲线与前一个获取到的堤坝走势曲线进行对比，当最新的堤坝走势曲线与前一个获取到的堤坝走势曲线相比，出现差异，则将出现差异的定位数据采集终端位置进行标记，获取最新的经纬度坐标值，将最新的经纬度坐标值与原经纬度坐标值进行对比，从而获得偏差距离。
23.进一步的，对堤坝管涌隐患进行分析的过程包括：根据堤坝内部的频谱分析图，根据频谱分布情况，生成不同灰度值的堤坝内部成像图；堤坝内部存在洞穴时，洞穴的部分与土壤的密度存在差异，从而导致频谱存在差异，密度越大，灰度值越大，密度越小则灰度值越小；设置灰度值阈值线，将低于灰度值阈值线的部分进行标记，则标记的部分即为堤坝内部的洞穴。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过设置堤坝防护系统，能够对夯土堤坝的表面实现最直接的防护效果，从而大大提高堤坝的抗冲刷、抗渗漏以及抗管涌的能力，电子安防系统通过在堤坝设置渗透数据采集终端、压力数据采集终端以及扫描终端，从而能够从堤坝的土壤含水率、水位以及内部洞穴进行多维度的监测，同时利用对数据采集终端的定位，能够定期自动检测堤坝是否发生形变，发现汛期安全隐患，同时预警信息同时发送至指挥中心和堤坝管理人员，实现人机联动，及时监控汛情、预防险情。
附图说明
25.图1为本发明的电子安防系统原理图；
26.图2为本发明的混凝土安防模块示意图。
具体实施方式
27.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.智慧型堤坝安防系统，包括电子安防系统和堤坝防护系统，所述电子安防系统包括指挥中心，所述堤坝防护系统包括基于土坝浇筑的混凝土防护模块，所述混凝土防护模块之间设置有支撑板；
29.如图1所示，所述指挥中心通信连接有数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、预警模块以及安装在支撑板内的部分数据采集模块；
30.所述数据采集模块有渗透数据采集终端、压力数据采集终端、定位数据采集终端以及扫描终端；
31.所述渗透数据采集终端用于获取堤坝的内部渗透数据，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，堤坝迎水面的表面安装有混凝土防护模块，将渗透数据采集终端安装在靠近混凝土防护模块内侧的堤坝内部，具体获取过程包括：
32.将渗透数据采集终端根据需求安装在堤坝内，并记录渗透数据采集终端在堤坝内部的安装位置，通过每个渗透数据采集终端获取堤坝内部的渗透数据，具体过程包括：
33.对渗透数据采集终端进行标号，记为i，i＝1，2，
……
，n，n为整数，将渗透数据采集终端安装在堤坝内部，并标记每个渗透数据采集终端在堤坝内部的所在位置；
34.实时获取每个渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率，将土壤含水率标记为hsi；并将每个渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率发送至数据处理模块；
35.所述压力数据采集终端用于获取堤坝表面承受的压力数据，需要进一步说明的是，在具体实施过程中，压力数据采集终端安装在堤坝迎水面表面的支撑板下表面，压力数据的获取过程具体包括：
36.将压力数据采集终端安装在支撑板表面，同时对每个压力数据采集终端进行标号，记为j，j＝1，2，
……
，m，m为整数；并对每个压力数据采集终端的所在位置进行标记；
37.将每个压力数据采集终端所获取到的压力值记为ylj，并将压力数据采集终端所获取到的压力值实时发送至指挥中心；
38.所述扫描终端用于获取堤坝内部结构数据，具体获取过程包括：
39.通过扫描终端，定期对堤坝内部进行扫描，然后获得堤坝内部结构的扫描数据；
40.然后将扫描数据发送至指挥中心。
41.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，如图2所示，所述混凝土防护模块内设有六个防护板，且防护板之间上下两个为一组，横向设置有三组；且上下两个一组之间通过支撑板进行连接，压力数据采集终端安装在支撑板内。
42.将堤坝表面划分为若干个子区域，在每个子区域内均分布安装有渗透数据采集终
端、压力数据采集终端以及定位数据采集终端；
43.将同一个子区域内的各数据采集终端划分为同一个数据采集终端组，并对数据采集终端组内的数据采集终端所获取到的数据通过数据处理模块进行处理，具体处理过程包括：
44.设置土壤含水率阈值，将同一个数据采集终端组内的渗透数据采集终端数量记为a，a＜n；然后将同一个数据采集终端组内的所有渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率数据与土壤含水率阈值进行比较，当同一个数据采集终端组内存在一半以上的渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率超过土壤含水率阈值，则将该数据采集终端组所在的子区域进行标记；
45.设置压力阈值，并将同一个数据采集终端组内的压力数据采集终端的数量记为b，b＜m；然后将同一个数据采集终端组内的所有压力数据采集终端所获取到的压力数据与压力阈值进行比较，当同一个数据采集终组内至少一个压力数据采集终端所采集到的压力数据超过压力阈值，且随着时间的推移未衰减，判定堤坝内的水位到达该数据采集终端组所在的子区域内；
46.对扫描数据进行频谱分析，获得堤坝内部的频谱分析图，将所获得的频谱分析图发送至数据分析模块；
47.需要进一步说明的是，在具体实施过程中，堤坝在长期经过水流的冲击，容易发生形变，从而导致堤坝承受力下降，容易在汛期发生隐患，对此，通过对数据采集终端的位置对堤坝的形变情况进行监测，具体方式为：
48.在堤坝的不同流域选择若干个子区域，然后在每个子区域中设置一个定位数据采集终端，并获取其经纬度坐标，经纬度坐标通过北斗卫星定位获得；
49.然后将各个定位数据采集终端依次进行连接，从而形成堤坝走势曲线，并将堤坝走势曲线上传至指挥中心进行保存。
50.数据采集模块获取到的数据经过数据处理模块的处理后，由数据分析模块对堤坝进行分析，从而判定出堤坝是否存在安全隐患，具体分析过程包括：
51.(1)对土壤液化隐患进行分析：当堤坝子区域内存在一半以上的渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率超过土壤含水率阈值时，则将每个渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率标记为hsi；
52.通过公式获得该子区域的土壤液化风险系数sxi，其中hy为土壤含水率阈值；
53.对土壤液化风险系数进行时序分析，生成液化风险系数分析图谱，并在液化风险系数分析图谱内设置警戒线，当液化风险系数到达警戒线时，则获取在后续t时间段内，液化风险系数的趋势，若液化风险系数的趋势呈连续上升，则生成预警信息，并将预警信息和该子区域的位置通过预警模块发送至堤坝管理人员及指挥中心；
54.(2)对水位增长隐患进行分析：当堤坝子区域存在至少一个压力数据采集终端所采集到的压力数据超过压力阈值时，则获取在后续t时间段内，压力数据采集终端所获取到的数据是否稳定或呈上升趋势；若稳定或呈上升趋势，则以该压力数据采集终端所在的位
置作水平线，并标记该水平线经过的相邻的子区域内的压力数据采集终端，记为参考压力数据采集终端，当参考压力数据采集终端的压力数据大于压力阈值时，则将该水平线标记为水位线；设置水位预警线，当水位线到达水位预警线时，则生成预警信息，并将预警信息通过预警模块发送至指挥中心；
55.(3)对堤坝变形隐患进行分析：定期获取堤坝走势曲线，并将最新获取到的堤坝走势曲线与前一个获取到的堤坝走势曲线进行对比，当最新的堤坝走势曲线与前一个获取到的堤坝走势曲线相比，出现差异，则将出现差异的定位数据采集终端位置进行标记，获取最新的经纬度坐标值，将最新的经纬度坐标值(x0，y0)与原经纬度坐标值(x
最新
，y
最新
)进行对比，从而获得偏差距离pj，将偏差距离pj以及该定位数据采集终端的所在位置通过预警模块发送至指挥中心；
56.(4)对堤坝管涌隐患进行分析：根据堤坝内部的频谱分析图，根据频谱分布情况，生成不同灰度值的堤坝内部成像图；需要进一步说明的是，在具体实施过程中，堤坝内部存在洞穴时，洞穴的部分与土壤的密度存在差异，从而导致频谱存在差异，密度越大，灰度值越大，密度越小则灰度值越小；设置灰度值阈值线，将低于灰度值阈值线的部分进行标记，则标记的部分即为堤坝内部的洞穴，然后将洞穴分布情况通过预警模块发送至指挥中心。
57.以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

技术特征：
1.智慧型堤坝安防系统，包括电子安防系统和堤坝防护系统，所述电子安防系统包括指挥中心，所述堤坝防护系统包括基于土坝浇筑的混凝土防护模块，所述混凝土防护模块之间设置有支撑板，其特征在于，所述指挥中心通信连接有数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块、预警模块以及安装在支撑板内的部分数据采集模块；所述数据采集模块设有用于获取堤坝的内部渗透数据的渗透数据采集终端、用于获取堤坝表面承受的压力数据的压力数据采集终端、用于监测堤坝位移的定位数据采集终端以及用于获取堤坝内部结构数据的扫描终端；将堤坝表面划分为若干个子区域，在每个子区域堤坝内均分布安装有渗透数据采集终端、压力数据采集终端和定位数据采集终端；将同一个子区域内的各数据采集终端划分为同一个数据采集终端组，并对数据采集终端组内的数据采集终端所获取到的数据通过数据处理模块进行处理，数据采集模块获取到的数据经过数据处理模块的处理后，由数据分析模块对堤坝的土壤液化隐患、水位增长隐患、堤坝变形隐患以及堤坝管涌隐患进行分析，并根据分析结果生成预警信息。2.根据权利要求1所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，所述渗透数据采集终端获取堤坝渗透数据的过程包括：将渗透数据采集终端根据需求安装在堤坝土壤内，实时获取每个渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率，对渗透数据采集终端进行标号，并记录渗透数据采集终端在堤坝土壤内部的安装位置。3.根据权利要求1所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，所述压力数据采集终端获取压力数据的过程包括：将压力数据采集终端安装在支撑板下表面，通过压力数据采集终端获取压力值，同时对每个压力数据采集终端进行标号，并对每个压力数据采集终端的所在位置进行标记。4.根据权利要求1所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，所述扫描终端获取堤坝内部结构数据的过程包括：通过扫描终端，定期对堤坝内部进行扫描，然后获得堤坝内部结构的扫描数据。5.根据权利要求4所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，数据处理模块处理数据的过程包括：设置土壤含水率阈值，然后将同一个数据采集终端组内的所有渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率数据与土壤含水率阈值进行比较；设置压力阈值，然后将同一个数据采集终端组内的所有压力数据采集终端所获取到的压力数据与压力阈值进行比较；对扫描数据进行频谱分析，获得堤坝内部的频谱分析图，将所获得的频谱分析图发送至数据分析模块；根据堤坝的不同流域，选择若干个子区域，然后在每个子区域中设置一个定位数据采集终端，并获取其经纬度坐标；通过将定位数据采集终端进行连接，从而形成堤坝走势曲线；然后将各组采集的数据上传至指挥中心。6.根据权利要求5所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，对土壤液化隐患进行分析的过程包括：当堤坝子区域内存在超过一半以上的渗透数据采集终端所获取到的土壤含水率超过土壤含水率阈值时，计算该子区域的土壤液化风险系数；然后对土壤液化风险系数
进行时序分析，生成液化风险系数分析图谱，并在液化风险系数分析图谱内设置警戒线，当液化风险系数到达警戒线时，则获取在后续t时间段内，液化风险系数的趋势，若液化风险系数的趋势呈连续上升，则生成预警信息。7.根据权利要求5所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，对水位增长隐患进行分析的过程包括：当堤坝子区域存在至少一个压力数据采集终端所采集到的压力数据超过压力阈值时，则获取在后续t时间段内，压力数据采集终端所获取到的数据是否稳定或呈上升趋势；若稳定或呈上升趋势，则以该压力数据采集终端所在的位置作水平线，并标记该水平线经过的相邻的子区域内的压力数据采集终端，记为参考压力数据采集终端，当参考压力数据采集终端的压力数据大于压力阈值时，则将该水平线标记为水位线；设置水位预警线，当水位线到达水位预警线时，则生成预警信息。8.根据权利要求5所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，对堤坝变形隐患进行分析的过程包括：定期获取堤坝走势曲线，并将最新获取到的堤坝走势曲线与前一个获取到的堤坝走势曲线进行对比，当最新的堤坝走势曲线与前一个获取到的堤坝走势曲线相比，出现差异，则将出现差异的定位数据采集终端位置进行标记，获取最新的经纬度坐标值，将最新的经纬度坐标值与原经纬度坐标值进行对比，从而获得偏差距离。9.根据权利要求5所述的智慧型堤坝安防系统，其特征在于，对堤坝管涌隐患进行分析的过程包括：根据堤坝内部的频谱分析图，根据频谱分布情况，生成不同灰度值的堤坝内部成像图；堤坝内部存在洞穴时，洞穴的部分与土壤的密度存在差异，从而导致频谱存在差异，密度越大，灰度值越大，密度越小则灰度值越小；设置灰度值阈值线，将低于灰度值阈值线的部分进行标记，则标记的部分即为堤坝内部的洞穴。

技术总结
本发明公开了智慧型堤坝安防系统，涉及堤坝安全技术领域，通过设置堤坝防护系统，能够对夯土堤坝的表面实现最直接的防护效果，从而大大提高堤坝的抗冲刷、抗渗漏以及抗管涌的能力，电子安防系统通过在堤坝设置渗透数据采集终端、压力数据采集终端以及扫描终端，从而能够从堤坝的土壤含水率、水位以及内部洞穴进行多维度的监测，同时利用对数据采集终端的定位，能够定期自动检测堤坝是否发生形变，发现汛期安全隐患，同时预警信息同时发送至指挥中心和堤坝管理人员，实现人机联动，及时监控汛情、预防险情。预防险情。预防险情。


技术研发人员：卢锋 孙跃武 韦伟
受保护的技术使用者：南京扬安智能科技有限公司
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/3/7