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专利号: 2023104023478
申请人: 南昌工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于监测数据分析的大坝安全预警方法,其特征在于,包括:

获取预设周期内的原始大坝监测数据,对所述原始大坝监测数据进行简化,以确定对应的影响指标,并根据所述影响指标从所述原始大坝监测数据中提取相关大坝监测数据;

对所述相关大坝监测数据进行信号提取,以得到原始残差序列,并根据所述原始残差序列确定第一异常点,对所述原始残差序列进行聚类处理,以确定第二异常点;

根据所述第一异常点与所述第二异常点确定原始异常点以及所述原始异常点在所述相关大坝监测数据中的异常位置,将所述原始异常点剔除,以得到正常大坝监测数据;

根据所述异常位置对所述正常大坝监测数据进行缺失修补,以得到补充大坝监测数据;

对所述补充大坝监测数据进行数据集分割,以得到训练数据集与监测数据集,将所述训练数据集输入预设预测模型中进行训练,并将所述监测数据集输入训练好的所述预设预测模型中进行预测,以得到预测值,根据所述预测值对大坝进行风险评估与预警发布;

所述对所述相关大坝监测数据进行信号提取,以得到原始残差序列,并根据所述原始残差序列确定第一异常点的步骤包括:将所述相关大坝监测数据按时间顺序进行排列,以得到监测数据序列;

根据所述监测数据序列的序列长度,在所述监测数据序列上增加预设长度的数据窗口,以得到数据矩阵;

对所述数据矩阵进行奇异值分解,以得到若干分解子矩阵,将所述分解子矩阵进行对角重构,以得到第一重构序列;

将所述第一重构序列进行逐项累加,以得到第二重构序列以及原始残差序列;

识别并提取原始残差序列中的极值点以及残差绝对值小于预设残差值的点,以得到第一异常点;

所述对所述原始残差序列进行聚类处理,以确定第二异常点的步骤包括:根据所述原始残差序列,设置距离阀值与密度阀值,并根据所述距离阀值与所述密度阀值在所述原始残差序列中选取聚类中心点;

判断所述聚类中心点的对象类别并输出对应的类别结果,根据所述类别结果在所述原始残差序列中进行密度可达索引,以得到与所述聚类中心点对应的所有密度可达点;

将所述聚类中心以及与之对应的所有所述密度可达点构成簇集合;

根据所述簇集合中各点之间的密度关联关系确定聚类集合与噪声集合,以得到第二异常点;

所述根据所述第一异常点与所述第二异常点确定原始异常点的步骤包括:选取所述第一异常点与所述聚类集合之间的第一交集数据,并选取所述第一异常点与所述噪声集合之间的第二交集数据,选取所述第一交集数据与所述第二交集数据的并集,以得到原始异常点。

2.根据权利要求1所述的基于监测数据分析的大坝安全预警方法,其特征在于,所述获取预设周期内的原始大坝监测数据,对所述原始大坝监测数据进行简化,以确定对应的影响指标的步骤包括:根据所述原始大坝监测数据,确定原始影响因素集合与预警决策属性集,并计算所述原始影响因素集合与所述预警决策属性集之间的第一相关信息量;

在所述原始影响因素集合中任意删去一个子元素,以得到若干新影响因素集合,并计算每个所述新影响因素集合与所述预警决策属性集之间的第二相关信息量,其中,所述新影响因素集合的数量与所述原始影响因素集合中的子元素数量相同,每个所述新影响因素集合均存在与之对应的舍弃子元素;

判断每个所述新影响因素集合的第二相关信息量与所述第一相关信息量是否相等,若该新影响因素集合的第二相关信息量与所述第一相关信息量相等,则将与该新影响因素集合对应的舍弃子元素从所述原始影响因素集合中剔除,若该新影响因素集合的第二相关信息量与所述第一相关信息量不相等,则将与该新影响因素集合对应的舍弃子元素在所述原始影响因素集合中保留,以此得到影响指标。

3.根据权利要求1所述的基于监测数据分析的大坝安全预警方法,其特征在于,所述根据所述异常位置对所述正常大坝监测数据进行缺失修补,以得到补充大坝监测数据的步骤包括:选取连续的训练监测数据,并对所述训练监测数据与所述正常大坝监测数据进行数据分解与数据重组,以得到缺失训练数据与缺失测试数据;

对所述缺失训练数据与所述缺失测试数据进行归一化处理,并将归一化处理后的所述缺失训练数据输入预设LSTM模型中进行训练;

将归一化处理后的缺失测试数据输入训练后的所述预设LSTM模型中进行预测,以得到若干缺失预测值,将若干所述缺失预测值填补在对应的所述异常位置处,以得到补充大坝监测数据。

4.根据权利要求3所述的基于监测数据分析的大坝安全预警方法,其特征在于,所述对所述训练监测数据与所述正常大坝监测数据进行数据分解与数据重组,以得到缺失训练数据与缺失测试数据的步骤包括:在所述训练监测数据与所述正常大坝监测数据中分别添加若干噪声数据,以得到训练处理数据与测试处理数据,对所述训练处理数据与所述测试处理数据进行多次模态分解,以得到训练分量集合与测试分量集合;

将所述训练分量集合与所述测试分量集合中的每个分量分别进行空间重构,以得到训练重构矩阵与测试重构矩阵,计算所述训练重构矩阵中行向量出现的第一概率与所述测试重构矩阵中行向量出现的第二概率;

根据所述第一概率计算所述训练重构矩阵的第一排列熵值并根据所述第二概率计算所述测试重构矩阵的第二排列熵值;

根据所述第一排列熵值与所述第二排列熵值对所述训练监测数据与所述正常大坝监测数据进行数据重组,以得到缺失训练数据与缺失测试数据。

5.一种基于监测数据分析的大坝安全预警系统,其特征在于,所述系统包括:指标确定模块,用于获取预设周期内的原始大坝监测数据,对所述原始大坝监测数据进行简化,以确定对应的影响指标,并根据所述影响指标从所述原始大坝监测数据中提取相关大坝监测数据;

信号提取模块,用于对所述相关大坝监测数据进行信号提取,以得到原始残差序列,并根据所述原始残差序列确定第一异常点,对所述原始残差序列进行聚类处理,以确定第二异常点;

异常点剔除模块,用于根据所述第一异常点与所述第二异常点确定原始异常点以及所述原始异常点在所述相关大坝监测数据中的异常位置,将所述原始异常点剔除,以得到正常大坝监测数据;

修补模块,用于根据所述异常位置对所述正常大坝监测数据进行缺失修补,以得到补充大坝监测数据;

预测模块,用于对所述补充大坝监测数据进行数据集分割,以得到训练数据集与监测数据集,将所述训练数据集输入预设预测模型中进行训练,并将所述监测数据集输入训练好的所述预设预测模型中进行预测,以得到预测值,根据所述预测值对大坝进行风险评估与预警发布;

所述信号提取模块包括:

排列子模块,用于将所述相关大坝监测数据按时间顺序进行排列,以得到监测数据序列;

加窗子模块,用于根据所述监测数据序列的序列长度,在所述监测数据序列上增加预设长度的数据窗口,以得到数据矩阵;

分解子模块,用于对所述数据矩阵进行奇异值分解,以得到若干分解子矩阵,将所述分解子矩阵进行对角重构,以得到第一重构序列;

累加子模块,用于将所述第一重构序列进行逐项累加,以得到第二重构序列以及原始残差序列;

第一异常确定子模块,用于识别并提取原始残差序列中的极值点以及残差绝对值小于预设残差值的点,以得到第一异常点;

所述信号提取模块还包括:

聚类子模块,用于根据所述原始残差序列,设置距离阀值与密度阀值,并根据所述距离阀值与所述密度阀值在所述原始残差序列中选取聚类中心点;

第二判断子模块,用于判断所述聚类中心点的对象类别并输出对应的类别结果,根据所述类别结果在所述原始残差序列中进行密度可达索引,以得到与所述聚类中心点对应的所有密度可达点;

集合子模块,用于将所述聚类中心以及与之对应的所有所述密度可达点构成簇集合;

第二异常确定子模块,用于根据所述簇集合中各点之间的密度关联关系确定聚类集合与噪声集合,以得到第二异常点;

所述异常点剔除模块具体用于:

选取所述第一异常点与所述聚类集合之间的第一交集数据,并选取所述第一异常点与所述噪声集合之间的第二交集数据,选取所述第一交集数据与所述第二交集数据的并集,以得到原始异常点。

6.一种计算机,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的基于监测数据分析的大坝安全预警方法。

7.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的基于监测数据分析的大坝安全预警方法。