船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法及系统与流程

本发明涉及航运枢纽船闸结构服役状态智能监测及预警，特别是一种船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法及系统。

背景技术：

1、船闸作为综合交通运输体系中不可或缺的组成部分，船闸使用寿命较长且承担的交通压力较大，定期的检测与管理具有重大的意义。不全面的船闸服役状态评估方法容易造成安全隐患的疏漏，从而导致严重的交通问题。

2、当船闸投入使用后，在灌、泄水的水动力作用、船舶作用、后方填土作用以及混凝土性质变化等多因素共同影响下，船闸结构的力学性能会随时间变化，导致建筑物出现不同程度的变形，威胁船闸结构的使用安全性。在对船闸结构的重要部位的变形特征进行实时监测的过程中，受现场诸多不可控因素的影响，导致变形监测数据会出现随机波动、间断跳跃等现象。由于数据的随机波动，预警系统可能难以区分正常波动和真正的安全威胁，可能导致预警系统的灵敏度不足或误报，船闸结构安全性动态研判能力不足，难以实时、有效地研判船闸结构的运行状态。

3、因此，需要一种能对船闸的服役状态进行安全评估的研判方法，合理反映船闸结构真实工作性状的有效变形统计参数。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，该方法利用设置于船闸上的监测仪器获取船闸结构有效变形参数构建动态反演分析数学模型来实现安全性动态评判。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，包括以下步骤：

4、s1：在枢纽船闸结构现场设置监测仪器并获取监测数据；所述监测数据为船闸结构现场实时监测获得的原始变形数据；

5、s2：对监测数据进行预处理得到用于反映船闸结构工作时的有效变形统计参数；

6、s3：根据有效变形统计参数建立船闸结构力学参数动态反演分析数学模型，并通过动态反演分析数学模型计算得到影响船闸结构安全性的重要力学参数；

7、s4：构建船闸结构的数值模型，根据重要力学参数计算结构稳定安全系数，对枢纽船闸结构进行安全性动态评判，并根据评判结果进行预警。

8、进一步，所述监测数据是按照以下方式获取：

9、将引张线设置于闸首、闸墙获取位移监测信号；

10、将双标倒垂和真空激光准直测量系统设置于船闸闸墙顶获取结构待测部位的位移变化信号；

11、通过多点位移计、测缝计获取基岩变形、裂缝及沉降缝监测信号；

12、通过渗压计获取闸墙基础扬压力；

13、通过土压力监测仪获取墙后回填土压力监测信号；

14、进一步，所述步骤s2中对监测数据进行预处理得到用于反映船闸结构工作时的有效变形统计参数，具体按照以下步骤进行：

15、s21：对监测数据进行异常值调整，所述异常值调整采用三倍标准差法3σ，即当监测数据处于小于x+3σ且大于x-3σ范围内的数据为符合要求的正常数据，其中，x表示平均值，σ表示标准差；

16、s22：对进行异常值调整后的监测数据进行数字滤波，所述数字滤波采用butterworth滤波器。

17、进一步，所述步骤s3中的船闸结构力学参数动态反演分析数学模型按照以下方式建立：

18、将有效变形统计参数变为复数形式；

19、采用复变量求导法求解位移参量对各待求物理力学参数的偏导数；

20、采用newton-raphson迭代优化方法完成变量更新直至得到符合要求的解；

21、最终实现船闸结构力学参数动态反演分析过程。

22、进一步，所述步骤s4中的船闸结构的数值模型按照以下方式建立：

23、s41：根据船闸结构安全性的重要力学参数，采用有限元软件建立三维船闸闸室模型；

24、s42：在三维船闸闸室模型中确定材料属性，混凝土材料本构关系采用广义hooke定律；土体材料本构关系采用mohr-coulormb模型；

25、s43：确定单元网格和边界条件后，计算荷载工况。

26、进一步，所述步骤s4中的枢纽船闸结构的安全性动态评判按照以下步骤进行：

27、计算后方边坡的稳定安全系数k，所述稳定安全系数k处于1.30～1.50范围内，则为安全状态，如果超出安全状态，则发出安全预警信号；

28、所述后方边坡的稳定安全系数k由反演力学参数代入有限元计算得到。

29、进一步，所述s4中的枢纽船闸结构的安全性动态评判按照以下步骤进行，以船闸闸室为例：

30、获取闸室结构的变形、位移监测数据，反演混凝土结构的受力状态及应力特征，如果反演得到的混凝土应力值超过自身的设计强度，则发出预警信号。

31、本发明提供的船闸结构安全动态监测模型及智能预警系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

32、本发明的有益效果在于：

33、本发明提供的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法及系统，本方法用于监测船闸结构服役过程中的安全动态研判，首先基于原始变形监测数据解译算法获得能够合理反映船闸结构真实工作性状的有效变形统计参数。然后采用船闸结构力学参数动态反分析数值算法对有效变形统计参数进行反演计算，获得影响船闸结构安全性的重要力学参数，最后进一步计算结构的稳定安全系数，将之作为评价结构安全性的量化指标，对船闸结构的安全性进行动态评判，是本项目研究拟解决的关键问题。

34、本发明旨在通过多源数据融合、智能算法应用、实时监测与预警系统构建等一系列手段，合理反映船闸结构真实工作性状的有效变形统计参数，对船闸结构的安全性进行动态评判，全面提升船闸结构安全性能，确保船闸安全稳定运行。

35、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：所述监测数据是按照以下方式获取：

3.如权利要求1所述的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：所述步骤s2中对监测数据进行预处理得到用于反映船闸结构工作时的有效变形统计参数，具体按照以下步骤进行：

4.如权利要求1所述的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：所述步骤s3中的船闸结构力学参数动态反演分析数学模型按照以下方式建立：

5.如权利要求1所述的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：所述步骤s4中的船闸结构的数值模型按照以下方式建立：

6.如权利要求1所述的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：所述步骤s4中的枢纽船闸结构的安全性动态评判按照以下步骤进行：

7.如权利要求1所述的船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法，其特征在于：所述s4中的枢纽船闸结构的安全性动态评判按照以下步骤进行，以船闸闸室为例：

8.船闸结构安全动态监测模型及智能预警系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1至7任一项所述的方法。

技术总结本发明公开了一种船闸结构安全动态监测模型及智能预警方法及系统，本方法用于监测船闸结构服役过程中的安全动态研判，首先基于原始变形监测数据解译算法获得能够合理反映船闸结构真实工作性状的有效变形统计参数。然后采用船闸结构力学参数动态反分析数值算法对有效变形统计参数进行反演计算，获得影响船闸结构安全性的重要力学参数，最后进一步计算结构的稳定安全系数，将之作为评价结构安全性的量化指标，对船闸结构的安全性进行动态评判，是本项目研究拟解决的关键问题。技术研发人员：徐军,陆茵茵,刘明维,向周宇,吴林键,黄德露,王泓霖,余丰泰受保护的技术使用者：盐城市港航事业发展中心技术研发日：技术公布日：2024/12/2