本發(fā)明涉及水利工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，尤其涉及多模態(tài)時(shí)空融合的水利風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、水利工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)領(lǐng)域主要涉及對(duì)水利工程設(shè)施及相關(guān)流域系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行預(yù)先監(jiān)測(cè)、識(shí)別與分析，并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展趨勢(shì)與嚴(yán)重程度進(jìn)行預(yù)判，以提前發(fā)布警示信息的一系列理論與方法。

2、現(xiàn)有技術(shù)在處理水利工程風(fēng)險(xiǎn)時(shí)存在數(shù)據(jù)單一與分析模式靜態(tài)化的問題，在實(shí)際運(yùn)作過程中，水利工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常只依賴于局部傳感器監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，缺乏多源數(shù)據(jù)之間的深度關(guān)聯(lián)分析，難以捕捉水文條件和工程設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)間復(fù)雜的交互影響關(guān)系；同時(shí)忽視實(shí)時(shí)條件下風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢(shì)的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警存在滯后性和偏差，例如難以及時(shí)識(shí)別壩體位移或入庫(kù)流量劇增所帶來的突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，從而延誤應(yīng)急響應(yīng)的最佳時(shí)機(jī)。因此，需要進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的多模態(tài)時(shí)空融合的水利風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：多模態(tài)時(shí)空融合的水利風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)包括：

3、多模態(tài)時(shí)空數(shù)據(jù)融合模塊，基于水庫(kù)群傳感器數(shù)據(jù)流、遙感影像和氣象預(yù)報(bào)，進(jìn)行時(shí)空對(duì)齊與特征提取計(jì)算，得到融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值，基于所述融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值與預(yù)設(shè)調(diào)度規(guī)則，定義不同窗口下的閘門開度與泄洪流量調(diào)整選項(xiàng)，建立潛在調(diào)度操作集；

4、水利風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估模塊，基于所述潛在調(diào)度操作集，關(guān)聯(lián)水位與入庫(kù)流量演算水動(dòng)力響應(yīng)，計(jì)算各操作選項(xiàng)影響程度，得到情景水力影響度，基于所述情景水力影響度，評(píng)估潰壩概率指標(biāo)，構(gòu)建量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)庫(kù)；

5、資源與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)算配置模塊，基于所述量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)庫(kù)，匹配供水保證率與發(fā)電效益指標(biāo)計(jì)算各情景均衡表現(xiàn)，得到風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)，基于所述風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)，篩選并排序情景，生成風(fēng)險(xiǎn)約束效能排序列表；

6、調(diào)度方案預(yù)警發(fā)布模塊，基于風(fēng)險(xiǎn)約束效能排序列表，按照優(yōu)先級(jí)選定情景，并根據(jù)情景的所述潰壩概率指標(biāo)生成實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)。

7、較佳的，所述融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值的獲取步驟為：

8、基于水位高度、入庫(kù)流速與泄洪速率，分別按時(shí)間戳進(jìn)行線性插值與離群點(diǎn)剔除處理，并將水位高度、入庫(kù)流速與泄洪速率對(duì)齊于同一時(shí)間序列，結(jié)合遙感影像中同一時(shí)間窗口下的地表反射率圖譜與地形坡度圖譜，同步氣象預(yù)報(bào)中未來三小時(shí)內(nèi)的降水強(qiáng)度柵格序列，生成時(shí)間對(duì)齊后的水庫(kù)群傳感器數(shù)據(jù)流、遙感影像圖譜與氣象預(yù)報(bào)柵格序列；

9、根據(jù)時(shí)間對(duì)齊后的水庫(kù)群傳感器數(shù)據(jù)流、遙感影像圖譜與氣象預(yù)報(bào)柵格序列，將每一時(shí)刻的水位高度、入庫(kù)流速、泄洪速率與降水強(qiáng)度按區(qū)域網(wǎng)格編號(hào)映射至三維地理格網(wǎng)中，結(jié)合對(duì)應(yīng)位置的地表反射率與地形坡度生成地理格網(wǎng)下的多模態(tài)時(shí)空特征向量集；

10、基于所述地理格網(wǎng)下的多模態(tài)時(shí)空特征向量集，計(jì)算融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值。

11、較佳的，所述潛在調(diào)度操作集的獲取步驟為：

12、基于所述融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值，調(diào)用預(yù)設(shè)調(diào)度規(guī)則中的閘門水位閾值、泄洪警戒線流量與安全水位區(qū)間，逐項(xiàng)執(zhí)行參數(shù)閾值比對(duì)，將所述融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值依次映射至調(diào)度條件中，生成符合閘門調(diào)度條件的時(shí)空態(tài)勢(shì)匹配參數(shù)集合；

13、基于所述符合閘門調(diào)度條件的時(shí)空態(tài)勢(shì)匹配參數(shù)集合，調(diào)用預(yù)設(shè)調(diào)度規(guī)則中針對(duì)不同時(shí)間窗口定義的閘門開度調(diào)整等級(jí)與泄洪流量調(diào)整等級(jí)，逐項(xiàng)執(zhí)行閘門開度等級(jí)選擇，生成潛在調(diào)度操作集。

14、較佳的，所述情景水力影響度的獲取步驟為：

15、基于所述潛在調(diào)度操作集，調(diào)用每個(gè)調(diào)度操作中的閘門開度變化量、泄洪流量變化量、閘門開啟持續(xù)時(shí)間、水位監(jiān)測(cè)序列、入庫(kù)流量監(jiān)測(cè)序列與操作觸發(fā)時(shí)間，分別按調(diào)度操作編號(hào)建立參數(shù)對(duì)應(yīng)表，生成水位與入庫(kù)流量調(diào)度響應(yīng)組合集；

16、根據(jù)所述水位與入庫(kù)流量調(diào)度響應(yīng)組合集，逐項(xiàng)進(jìn)行水動(dòng)力模擬，獲得每項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的水位最大上升幅度、入庫(kù)流量瞬時(shí)斜率、流量擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間、泄洪響應(yīng)延遲和水位滯后回落時(shí)間，生成調(diào)度操作水動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)集；

17、基于所述調(diào)度操作水動(dòng)力響應(yīng)參數(shù)集，計(jì)算情景水力影響度，計(jì)算公式為：

18、；

19、其中，為第項(xiàng)調(diào)度操作的情景水力影響度，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)水位最大上升幅度，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)入庫(kù)流量瞬時(shí)斜率，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)流量擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)泄洪響應(yīng)延遲，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)水位滯后回落時(shí)間，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)調(diào)度起始時(shí)間。

20、較佳的，所述量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)庫(kù)的獲取步驟為：

21、基于所述情景水力影響度，提取每項(xiàng)調(diào)度操作編號(hào)對(duì)應(yīng)的情景水力影響度值，并同步調(diào)取編號(hào)對(duì)應(yīng)的壩體實(shí)時(shí)位移量、壩體周邊浸潤(rùn)線抬升高度、下游流速峰值、壩基滲壓上升幅度和結(jié)構(gòu)裂縫長(zhǎng)度增長(zhǎng)，統(tǒng)一整理編號(hào)索引對(duì)應(yīng)關(guān)系，生成調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)參數(shù)集；

22、根據(jù)所述調(diào)度操作風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)參數(shù)集，計(jì)算調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的潰壩概率指標(biāo)，計(jì)算公式為：

23、；

24、其中，為第項(xiàng)調(diào)度操作的潰壩概率指標(biāo)，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的壩體實(shí)時(shí)位移量，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的壩體周邊浸潤(rùn)線抬升高度，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的下游流速峰值，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的壩基滲壓上升幅度，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)裂縫長(zhǎng)度增長(zhǎng)值，為第項(xiàng)調(diào)度操作的情景水力影響度；

25、基于所述潰壩概率指標(biāo)，將每項(xiàng)調(diào)度操作與潰壩概率指標(biāo)按操作編號(hào)進(jìn)行一一綁定，依照編號(hào)順序建立索引結(jié)構(gòu)，生成量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)庫(kù)。

26、較佳的，所述風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)的獲取步驟為：

27、基于所述量化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)庫(kù)，提取每項(xiàng)調(diào)度操作編號(hào)對(duì)應(yīng)的潰壩概率指標(biāo)，同步調(diào)取調(diào)度操作中記錄的區(qū)域供水達(dá)成量、對(duì)應(yīng)時(shí)間段供水計(jì)劃值、發(fā)電功率輸出值、裝機(jī)容量及發(fā)電時(shí)長(zhǎng)，生成供水與發(fā)電基礎(chǔ)參數(shù)集；

28、基于所述供水與發(fā)電基礎(chǔ)參數(shù)集，計(jì)算調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)，計(jì)算公式為：

29、；

30、其中，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的供水保證率，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的發(fā)電功率輸出值，為第項(xiàng)調(diào)度操作對(duì)應(yīng)的發(fā)電裝機(jī)容量，為第項(xiàng)調(diào)度操作的潰壩概率指標(biāo)。

31、較佳的，所述風(fēng)險(xiǎn)約束效能排序列表的獲取步驟為：

32、基于各調(diào)度操作的風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)，以風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)作為排序依據(jù)，逐項(xiàng)執(zhí)行數(shù)值大小比較，并進(jìn)行降序排序，形成情景風(fēng)險(xiǎn)效益排序序列；

33、基于所述情景風(fēng)險(xiǎn)效益排序序列，按照排序順序調(diào)用對(duì)應(yīng)情景編號(hào)，逐項(xiàng)進(jìn)行序號(hào)索引匹配，以風(fēng)險(xiǎn)排序順序作為索引，建立風(fēng)險(xiǎn)約束效能排序列表。

34、較佳的，所述實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)的獲取步驟為：

35、調(diào)用所述風(fēng)險(xiǎn)約束效能排序列表中排序編號(hào)最靠前的調(diào)度操作編號(hào)，進(jìn)行信息的逐項(xiàng)提取，生成優(yōu)先級(jí)最高的情景方案；

36、根據(jù)所述優(yōu)先級(jí)最高的情景方案，獲取潰壩概率指標(biāo)數(shù)值，判定潰壩概率指標(biāo)數(shù)值所落入的實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)閾值區(qū)間，得到實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

38、本發(fā)明中，通過融合水庫(kù)群傳感器數(shù)據(jù)流、遙感影像和氣象預(yù)報(bào)的數(shù)據(jù)，執(zhí)行時(shí)空對(duì)齊和特征提取計(jì)算，構(gòu)建融合時(shí)空態(tài)勢(shì)值，提升多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的協(xié)同分析精度和態(tài)勢(shì)感知能力，提高數(shù)據(jù)利用率和風(fēng)險(xiǎn)分析的準(zhǔn)確性；在建立潛在調(diào)度操作集時(shí)，定義不同時(shí)間窗口下的閘門開度與泄洪流量調(diào)整選項(xiàng)，強(qiáng)化調(diào)度方案的靈活性和應(yīng)變能力，使調(diào)度操作更貼合實(shí)際水文條件變化；針對(duì)情景水力影響度和潰壩概率指標(biāo)的計(jì)算與風(fēng)險(xiǎn)效益均衡指數(shù)的確定，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和定量化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程，降低風(fēng)險(xiǎn)判斷的主觀性，提升決策可靠性；在實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)的生成環(huán)節(jié)，通過對(duì)風(fēng)險(xiǎn)排序序列和實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的綜合評(píng)估，匹配風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警信號(hào)，提高風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性，增強(qiáng)應(yīng)急響應(yīng)的主動(dòng)性。