本發(fā)明涉及水位信號分析處理，特別是一種水位信號的分析處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、火溪河流域梯級電站采用無人值班(少人值守)、遠(yuǎn)方集控的運行模式，梯級電站首尾相連，分布在40km的流域范圍內(nèi)，積水區(qū)域海拔在1300m以上，屬亞熱帶山區(qū)氣候，地處山區(qū)狹谷地帶，多發(fā)地震、山洪、泥石流等自然災(zāi)害，洪水引發(fā)的泥石流常致使通訊及電力線路中斷，道路受阻，導(dǎo)致大壩值班人員撤離困難，電站支援人員不能及時到位。

2、水庫水位作為泄洪閘門開啟的重要依據(jù)，水位信號的準(zhǔn)確、穩(wěn)定將影響整個泄洪閘門系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，為防止水庫水位超過警戒線甚至漫壩，進(jìn)一步提高大壩抵御極端自然災(zāi)害的能力，需要按照更高的“無人值班、應(yīng)急處置”需求進(jìn)行智能化改造。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有的電站支援人員不能及時到位的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明所要解決的問題在于如何根據(jù)水位信號進(jìn)行自動控制。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

4、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種水位信號的分析處理方法，其包括，放置多個水位計，采集所述水位計的水位信號；對采集的所述水位信號進(jìn)行一次處理；對所述水位信號的采樣點的有效性和測量值的有效性進(jìn)行驗證；進(jìn)行水位信號的二次處理，并根據(jù)所述二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警。

5、作為本發(fā)明所述水位信號的分析處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述水位計包括壓力式水位計、雷達(dá)水位計和投入式水位計。

6、作為本發(fā)明所述水位信號的分析處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述一次處理包括濾波處理、設(shè)定門檻值和容錯處理；所述濾波處理包括選取滑動窗口，對窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，選取排序后的中間值作為該窗口的輸出；使用巴特沃斯低通濾波器設(shè)置截止頻率；所述門檻值包括靜態(tài)門檻值、動態(tài)門檻值和變化率門檻值；所述容錯處理包括：使用3σ原則檢測異常值，計算當(dāng)前讀數(shù)與前一時刻讀數(shù)的差值，如果差值超過3σ，則標(biāo)記為異常；對于被標(biāo)記為異常的數(shù)據(jù)點，如果是單個異常點，則使用線性插值法進(jìn)行修正；如果是連續(xù)多個異常點，則使用前一個有效值保持。

7、作為本發(fā)明所述水位信號的分析處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述一次處理還包括：自動調(diào)節(jié)回路中，模擬量的選取采用三取均的方法，具體操作如下：若柵前的兩個雷達(dá)水位計和一個投入式水位計均正常，則取兩個雷達(dá)水位計的平均值；若柵前的一個投入式水位計不正常，則取兩個雷達(dá)水位計的平均值；若柵前的一個雷達(dá)水位計不正常，則取另一個正常的雷達(dá)水位計的值；若兩個雷達(dá)水位計不正常，則取正常的投入式水位計的值。

8、作為本發(fā)明所述水位信號的分析處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述水位信號的二次處理包括：收集歷史水庫信息數(shù)據(jù)，選擇加法模型進(jìn)行時間序列分解：

9、y(t)＝t(t)+s(t)+r(t)

10、其中，y(t)是時間序列數(shù)據(jù)，t(t)是趨勢成分，s(t)是季節(jié)性成分，r(t)是殘差成分；使用stl對時間序列進(jìn)行分解，確定每個成分的具體數(shù)值；使用長短期記憶網(wǎng)絡(luò)lstm深度學(xué)習(xí)模型，基于歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練水位預(yù)測模型，輸入維度為每個時間步長的特征數(shù)量，輸出維度為lstm層的隱藏單元數(shù)量，輸出層公式：

11、

12、其中，是預(yù)測的未來6小時的水位，wy和by是輸出層的權(quán)重和偏置，ht為隱藏狀態(tài)；使用均方誤差作為損失函數(shù)：

13、

14、其中，n為樣本數(shù)量，為預(yù)測值，yi為真實值；使用adam優(yōu)化算法進(jìn)行模型參數(shù)更新，adam優(yōu)化算法公式為：

15、

16、其中，α是學(xué)習(xí)率，和分別是動量和均方根估計，∈為常數(shù)，θt為參數(shù)在時間步t的更新值。

17、作為本發(fā)明所述水位信號的分析處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：根據(jù)所述二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警包括：基于歷史數(shù)據(jù)，計算不同季節(jié)、不同初始水位條件下的水位變化率分布，包括以下步驟：對每個類別，即季節(jié)和初始水位組合，計算水位變化率的均值μ0和標(biāo)準(zhǔn)差σ0：定義不同季節(jié)權(quán)重系數(shù)ws；初始水位對變化率的影響如下：

18、f(h0)＝1+0.1×(h0-havg)/hrange

19、其中，h0是當(dāng)前水位，havg是平均水位，hrange是水位范圍；基于未來24小時的降雨預(yù)報：

20、r＝1+0.05×z1

21、其中，z1為預(yù)報降雨量，單位為mm；計算過去7天的水位變化趨勢tg：

22、tg＝1+0.1×(sz-sq)/savg

23、其中，sz為最新水位，sq為7天前水位，savg為7天平均水位；動態(tài)報警閾值計算：

24、δhth＝ws×f(h0)×r×tg×(μ0+k.σ0)

25、其中，δhth是動態(tài)報警閾值，k是敏感度系數(shù)。

26、作為本發(fā)明所述水位信號的分析處理方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警還包括：實時收集水位數(shù)據(jù)，輸入水位預(yù)測模型，比較預(yù)測水位與當(dāng)前動態(tài)報警閾值，如果預(yù)測水位超過報警閾值，則觸發(fā)相應(yīng)級別的預(yù)警；設(shè)置三級水位梯度變化告警，根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)水位和水位死區(qū)，監(jiān)控水位變化，當(dāng)水位上漲達(dá)到設(shè)置的目標(biāo)水位死區(qū)時，自動啟動防汛警報器；當(dāng)水位上漲達(dá)到目標(biāo)水位死區(qū)上限或水位上漲梯度超過設(shè)定值時，發(fā)出閘門聯(lián)控流程啟動的告警；在發(fā)出告警后，若無人為干預(yù)，則自動下發(fā)指令進(jìn)行提門操作。

27、第二方面，本發(fā)明實施例提供了水位信號的分析處理系統(tǒng)，其包括：水位信號采集模塊，用于放置多個水位計，采集所述水位計的水位信號；一次處理模塊，用于對采集的所述水位信號進(jìn)行一次處理；有效性驗證模塊，用于對所述水位信號的采樣點的有效性和測量值的有效性進(jìn)行驗證；二次處理模塊，用于進(jìn)行水位信號的二次處理，并根據(jù)二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警。

28、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的水位信號的分析處理方法的步驟。

29、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其中：所述計算機程序指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如本發(fā)明第一方面所述的水位信號的分析處理方法的步驟。

30、本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明通過在柵前和柵后分別安裝多個水位計，提高了水位監(jiān)測的覆蓋范圍和數(shù)據(jù)的多樣性，利用不同類型水位計的優(yōu)勢，特別是雷達(dá)水位計，能夠有效測量較低水位，彌補了壓力式水位計的不足；通過數(shù)據(jù)的一次處理、有效性驗證和二次處理，整個水位信號分析處理方法在準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和智能化方面都達(dá)到了顯著的提升；綜上，本發(fā)明提高了水位預(yù)測的準(zhǔn)確性和及時性，有助于防洪和水庫管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理異常水位情況，減少災(zāi)害風(fēng)險，且通過自動控制，減少了人工干預(yù)，提高了系統(tǒng)的智能化水平。

技術(shù)特征：

1.一種水位信號的分析處理方法，其特征在于：包括，

2.如權(quán)利要求1所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：所述水位計包括壓力式水位計、雷達(dá)水位計和投入式水位計。

3.如權(quán)利要求2所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：所述一次處理包括濾波處理、設(shè)定門檻值和容錯處理；

4.如權(quán)利要求3所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：所述一次處理還包括：

5.如權(quán)利要求4所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：所述水位信號的二次處理包括：

6.如權(quán)利要求5所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：根據(jù)所述二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警包括：

7.如權(quán)利要求6所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：所述二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警還包括：

8.一種水位信號的分析處理系統(tǒng)，基于權(quán)利要求1～7任一所述的水位信號的分析處理方法，其特征在于：還包括，

9.一種計算機設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1～7任一所述的水位信號的分析處理方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，其特征在于：所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1～7任一所述的水位信號的分析處理方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水位信號的分析處理方法及系統(tǒng)，涉及水位信號分析處理技術(shù)領(lǐng)域。包括放置多個水位計，采集所述水位計的水位信號；對采集的所述水位信號進(jìn)行一次處理；對所述水位信號的采樣點的有效性和測量值的有效性進(jìn)行驗證；進(jìn)行水位信號的二次處理，并根據(jù)所述二次處理的結(jié)果進(jìn)行自動預(yù)警。本發(fā)明提高了水位預(yù)測的準(zhǔn)確性和及時性，有助于防洪和水庫管理，能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理異常水位情況，減少災(zāi)害風(fēng)險。

技術(shù)研發(fā)人員：張黎,陳健,黃大勇,余海波,袁野
受保護的技術(shù)使用者：四川華能涪江水電有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6