一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115759378A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202211409261.XG06Q50/06(2012.01)(22)申请日2022.11.11G06Q50/26(2012.01)G06F16/2455(2019.01)(71)申请人黄河万家寨水利枢纽有限公司G06F16/2458(2019.01)地址030002山西省太原市府东街89号G06F16/248(2019.01)申请人中国水利水电科学研究院G06T17/20(2006.01)(72)发明人王金亮张涛雷峥琦周秋景G06F30/23(2020.01)吕轶斌侯争光程恒李鑫G06N5/022(2023.01)梁箫李琦宋思晗薛楠G06F16/36(2019.01)徐秀鸣郭麟熙江晨芳G08B31/00(2006.01)(74)专利代理机构成都方圆聿联专利代理事务G08B21/18(2006.01)所(普通合伙)51241G06F119/08(2020.01)专利代理师张淑枝G06F119/14(2020.01)(51)Int.Cl.G06Q10/04(2023.01)G06Q10/063(2023.01)权利要求书4页说明书8页附图5页(54)发明名称一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统及方法(57)摘要本发明公开了一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统及方法，属于智慧水利建设领域，包括数据采集管理模块、大坝有限元模型及三维虚拟场景模块、大坝结构性态分析模块、实时监控预警模块、工程决策支持模块。本发明利用数字孪生技术，建立与实体大坝同步的数字孪生体，通过物理实体和虚拟模型同步，可以追踪大坝历史状态、评价现时状态、预测未来状态，构建安全性态预报、安全风险预警、安全状态预演、安全处置预案等功能，全面实现工程安全智能分析预警，有效提升工程管理的数字化、智慧化水平。CN115759378ACN115759378A权利要求书1/4页1.一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，其特征在于，包括数据采集管理模块、大坝有限元模型及三维虚拟场景模块、大坝结构性态分析模块、实时监控预警模块、工程决策支持模块；所述数据采集管理模块，用于采集坝址区环境量监测数据及大坝安全监测数据，并依据查询指令提供相对应的数据检索服务；所述大坝有限元模型及三维虚拟场景模块，其中大坝有限元模型用于支撑大坝结构性态有限元计算，计算结果提取后，在三维虚拟场景中进行可视化展示和交互查询；所述大坝结构性态分析模块，大坝结构性态分析模块，包括基于大坝和基岩的三维有限元模型、环境量预测模块、自动化前后处理模块；根据数据采集管理模块的监测数据以及大坝有限元模型，对大坝当前或未来工作性态进行有限元计算分析；分析的结果反馈给三维虚拟场景模块和实时监控预警模块；所述实时监控预警模块，根据数据采集管理模块的监测数据和大坝结构性态分析模块分析结果，动态计算大坝安全监控指标，并依据监控指标和监测数据进行安全评估和分级预警；分析结果输入给工程决策支持模块；所述工程决策支持模块，对工程知识、设计资料、规程规范检索，并依据实时监控预警模块的预警结果进行归因分析和工程措施建议。2.一种基于数字孪生的大坝安全分析预警方法，采用权利要求1所述的一种基于数字孪生的大坝安全分析预警系统，包括以下步骤：步骤一：在大坝实际运行过程中，数据采集管理模块定时自动采集坝址区环境量、大坝变形、渗流渗压、应力应变及温度监测数据，并对采集到的不同监测项目的数据进行粗差判别和率定，对过滤后的数据按照监测项目进行分类存储；步骤二：大坝结构性态分析模块根据用户指令，从数据采集管理模块中获取环境量的实时监测值，或调用环境量预测模块生成环境量预测值，或从系统外部导入环境量的预演调度方案；根据环境量实测值、预测值或导入数据，设定有限元计算的边界条件，生成计算输入文件；步骤三：大坝结构性态分析模块调用大坝有限元模型进行大坝结构性态分析，分析完成后，根据监测仪器的布设位置，从有限元结果中提取相应位置的温度、变形、应力和渗流时程曲线；根据有限元计算结果，分别绘制大坝和基岩的温度场、变形场、应力场和渗流场的云图，并调用大坝有限元模型及三维虚拟场景模块加载和显示结果；将历次分析的分析时间、分析类型、执行情况写入计算日志，时程曲线保存至数据库相应表单、云图保存至指定路径；步骤四：实时监控预警模块采用置信区间法和极限状态法拟定大坝变形的分级监控指标，采用规范法拟定渗流渗压的分级监控指标，采用小概率法拟定应力应变的分级监控指标。步骤五：实时监控预警模块从数据采集管理模块获取当前大坝安全监测数据，应用分级监控指标对各监测项目的测点进行状态识别，并对测值超出监控指标的测点数量进行分类统计：测值在一级监控指标范围内时