本發(fā)明屬于地下水監(jiān)測(cè)，尤其涉及基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在基坑監(jiān)測(cè)過程中，地下水位監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法主要包括人工測(cè)量和自動(dòng)化測(cè)量?jī)纱箢?；人工測(cè)量通常采用鋼卷尺或水尺進(jìn)行水位測(cè)定，這種方法不僅效率低下，而且容易受到人為因素的影響，導(dǎo)致讀數(shù)誤差較大；另一方面，隨著技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化測(cè)量逐漸成為主流，它通過在基坑中布置傳感器來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下水位的變化。然而，自動(dòng)化測(cè)量方法盡管提供了更高的精度和實(shí)時(shí)性，但也存在著明顯的不足之處；首先，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝需要在現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)大量的傳感器、數(shù)據(jù)線和電源線，這不僅前期投入成本高，而且在復(fù)雜地質(zhì)條件下，傳感器的安裝和維護(hù)也變得極為困難；其次，傳感器容易受到環(huán)境因素的干擾，例如土壤中的濕度變化或機(jī)械振動(dòng)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定甚至失效。

2、如授權(quán)公告號(hào)為cn117990187b的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了基于人工智能的地下水水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括：獲取當(dāng)前采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和若干個(gè)歷史采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線；根據(jù)當(dāng)前采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線上的水位數(shù)據(jù)的差異，獲得當(dāng)前采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和每個(gè)歷史采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線波動(dòng)評(píng)價(jià)；根據(jù)當(dāng)前采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和每個(gè)歷史采樣周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線之間的差異，獲得每個(gè)時(shí)刻水位數(shù)據(jù)調(diào)整后的異常程度；根據(jù)每個(gè)時(shí)刻水位數(shù)據(jù)調(diào)整后的異常程度，獲得異常水位，完成地下水水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3、以上現(xiàn)有技術(shù)存在以下問題：現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往只能提供簡(jiǎn)單的水位數(shù)據(jù)報(bào)告或二維圖表，無法直觀展示不同深度的水位變化情況，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件下，難以準(zhǔn)確捕捉到水位異常的細(xì)節(jié)，為此本技術(shù)提供了基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)方法及系統(tǒng)，該方法首先通過獲取待檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同位置點(diǎn)及深度的水位壓力序列數(shù)據(jù)，并利用延拓插值模型預(yù)處理，生成預(yù)處理后的水位壓力序列；同時(shí)結(jié)合地理狀態(tài)信息構(gòu)建虛擬三維空間，將預(yù)處理數(shù)據(jù)輸入三維熱圖生成模型，生成三維水位分布熱力空間，其次，通過配置水位分級(jí)異常區(qū)間和水位色彩映射函數(shù)，獲得三維水位異常分布熱力空間并實(shí)時(shí)更新顯示；此外，該方法利用歷史降雨量與地下水位變化數(shù)據(jù)，獲得預(yù)測(cè)的水位值，并生成預(yù)測(cè)的三維水位異常分布熱力空間與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共同顯示實(shí)現(xiàn)二次預(yù)警；該方法結(jié)合了壓感檢測(cè)與可視化技術(shù)，提高了地下水位狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)方法，步驟包括：

4、s1、獲取待檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同位置點(diǎn)不同深度水位壓力序列數(shù)據(jù)，并通過配置的延拓插值模型對(duì)每一個(gè)位置點(diǎn)不同深度水位壓力序列進(jìn)行預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的水位壓力序列；

5、s2、獲取待檢測(cè)區(qū)域地理狀態(tài)信息，生成虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間，并在虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間集成三維熱圖生成模型，將預(yù)處理后的水位壓力序列輸入到三維熱圖生成模型，在虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間不同水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)的三維水位分布熱力空間；

6、s3、配置水位分級(jí)異常區(qū)間，并通過水位分級(jí)異常區(qū)間和yuv三通道彩色空間構(gòu)建得到水位色彩映射函數(shù)，并將水位色彩映射函數(shù)配置到虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間中，對(duì)三維水位分布熱力空間中每一個(gè)水位深度對(duì)應(yīng)的二維水位分布熱力圖進(jìn)行渲染，獲得渲染完成的三維水位異常分布熱力空間；

7、s4、將渲染完成的三維水位異常分布熱力空間輸入到顯示設(shè)備進(jìn)行顯示，并根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的不同深度水位壓力序列對(duì)三維水位異常分布熱力空間進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

8、具體地，基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)方法，步驟還包括：

9、s5、獲取待檢測(cè)區(qū)域歷史井點(diǎn)降水量與對(duì)應(yīng)的地下水位變化數(shù)據(jù)，將獲取的數(shù)據(jù)輸入到支持向量機(jī)構(gòu)建的水位預(yù)測(cè)模型中進(jìn)行訓(xùn)練，獲取訓(xùn)練完成的水位預(yù)測(cè)模型，并將訓(xùn)練完成的水位預(yù)測(cè)模型集成到虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間；

10、s6、獲取當(dāng)前檢測(cè)時(shí)刻前7天對(duì)應(yīng)的井點(diǎn)降水量、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏量與對(duì)應(yīng)的地下水位變化數(shù)據(jù)輸入到水位預(yù)測(cè)模型，獲得未來12小時(shí)水位值；

11、s7、基于未來12小時(shí)水位值和配置水位分級(jí)異常區(qū)間，獲取預(yù)測(cè)的三維水位異常分布熱力空間，并將預(yù)測(cè)的三維水位異常分布熱力空間輸入到顯示設(shè)備與對(duì)應(yīng)位置點(diǎn)的實(shí)時(shí)三維水位異常分布熱力空間共同顯示和前置示警。

12、具體地，不同水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)的三維水位分布熱力空間，生成的步驟包括：

13、s201、將待檢測(cè)區(qū)域地理狀態(tài)信息，輸入到地圖三維生成算法中，獲得虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間，并將水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)位置信息在虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)標(biāo)注；

14、s202、將標(biāo)注后的虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間輸入到三維網(wǎng)格算法中，進(jìn)行等面積劃分，獲得等面積初次劃分子區(qū)域序列和每個(gè)初次劃分子區(qū)域中對(duì)應(yīng)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)的個(gè)數(shù)；

15、s203、根據(jù)每個(gè)初次劃分子區(qū)域中水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)個(gè)數(shù)占比和同一深度土壤含水率，計(jì)算得到每個(gè)初次劃分子區(qū)域?qū)?yīng)的二次劃分因子，具體為：，其中，為第 i個(gè)初次劃分子區(qū)域?qū)?yīng)的二次劃分因子，表示第 i個(gè)初次劃分子區(qū)域?qū)?yīng)的水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)個(gè)數(shù)占比，表示第 i個(gè)初次劃分子區(qū)域所有水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)在同一深度的平均土壤含水率；

16、s204、設(shè)置子區(qū)域二次劃分閾值，當(dāng)初次劃分子區(qū)域?qū)?yīng)的二次劃分因子大于子區(qū)域二次劃分閾值時(shí)，將對(duì)應(yīng)初次劃分子區(qū)域及二次劃分因子輸入到三維網(wǎng)格算法進(jìn)行二次區(qū)域劃分，獲得二次水位監(jiān)測(cè)子區(qū)域序列。

17、具體地，不同水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)的三維水位分布熱力空間，生成的步驟還包括：

18、s205、根據(jù)二次水位監(jiān)測(cè)子區(qū)域序列中每個(gè)子區(qū)域?qū)?yīng)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)預(yù)處理后的水位壓力序列構(gòu)建熱力圖輸入序列，其中，依次表示第 i個(gè)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)對(duì)應(yīng)經(jīng)度、緯度值和距離海平面的高度值，表示在第 i個(gè)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)第 k次監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)水位深度，表示在第 i個(gè)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)第 k次監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)的水壓值；

19、s206、將不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入到三維熱圖生成模型中生成對(duì)應(yīng)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)每一監(jiān)測(cè)水位深度對(duì)應(yīng)的二維水位分布熱力圖，并將每一監(jiān)測(cè)水位深度對(duì)應(yīng)的二維水位分布熱力圖進(jìn)行堆疊，獲得對(duì)應(yīng)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)的三維水位分布熱力空間。

20、具體地，水位色彩映射函數(shù)構(gòu)建的步驟包括：

21、s301、根據(jù)待檢測(cè)區(qū)域歷史監(jiān)測(cè)水位和行業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建水位分級(jí)異常區(qū)間，具體為：

22、正常水位范圍為：，警戒水位范圍為：，危險(xiǎn)水位范圍為：，其中，為待檢測(cè)區(qū)域歷史平水期對(duì)應(yīng)的平均水位，表示待檢測(cè)區(qū)域歷史平水期到枯水期水位波動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的枯水波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差，表示待檢測(cè)區(qū)域歷史平水期到豐水期水位波動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的豐水波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差，表示枯水波動(dòng)系數(shù)，和依次表示豐水期不同水位范圍對(duì)應(yīng)的警戒水位系數(shù)和危險(xiǎn)水位系數(shù)；

23、s302、根據(jù)設(shè)置的水位分級(jí)異常區(qū)間和yuv三通道彩色空間，構(gòu)建顏色映射區(qū)間，具體為：當(dāng)時(shí)為綠色映射區(qū)間；當(dāng)時(shí)為黃色映射區(qū)間，當(dāng)時(shí)為橙色映射區(qū)間，當(dāng)時(shí)為紅色映射區(qū)間。

24、具體地，水位色彩映射函數(shù)構(gòu)建的步驟還包括：

25、s303、根據(jù)顏色映射區(qū)間和yuv三通道彩色空間，構(gòu)建顏色映射區(qū)間內(nèi)的動(dòng)態(tài)水位色彩映射函數(shù)，具體為：

26、；

27、其中，和表示第 i個(gè)水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)水位深度為時(shí)yuv三通道彩色空間中u和v對(duì)應(yīng)的色度值；和表示當(dāng)前時(shí)刻水位深度對(duì)應(yīng)顏色映射區(qū)間上限和下限值對(duì)應(yīng)的 u色度上限值和下限值，和表示當(dāng)前時(shí)刻水位深度對(duì)應(yīng)顏色映射區(qū)間上限和下限值對(duì)應(yīng)的 v色度上限值和下限值，和依次表示當(dāng)前時(shí)刻水位深度對(duì)應(yīng)顏色映射區(qū)間的上限值和下限值；

28、s304、根據(jù)構(gòu)建的動(dòng)態(tài)水位色彩映射函數(shù)，對(duì)三維水位分布熱力空間每一監(jiān)測(cè)水位深度對(duì)應(yīng)的二維水位分布熱力圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)顏色渲染并標(biāo)記對(duì)應(yīng)的異常等級(jí)和水位深度，獲得渲染完成的三維水位異常分布熱力空間。

29、具體地，s7的具體步驟包括：

30、s701、將實(shí)時(shí)獲取的三維水位異常分布熱力空間和預(yù)測(cè)得到的三維水位異常分布熱力空間在時(shí)間維度上進(jìn)行對(duì)齊，并獲取實(shí)時(shí)三維水位異常分布熱力空間在 t+1時(shí)刻的真實(shí)數(shù)據(jù)信息；

31、s702、根據(jù)實(shí)時(shí)三維水位異常分布熱力空間在 t+1時(shí)刻的真實(shí)水位信息與預(yù)測(cè)得到的三維水位異常分布熱力空間在 t+1時(shí)刻對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)水位信息，獲得預(yù)測(cè)誤差值；

32、s703、將預(yù)測(cè)誤差值反饋到水位預(yù)測(cè)模型中，對(duì)預(yù)測(cè)得到的三維水位異常分布熱力空間進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，并利用調(diào)整后的預(yù)測(cè)水位信息和水位分級(jí)異常區(qū)間進(jìn)行水位前置示警。

33、基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)系統(tǒng)，包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、三維熱圖生成模塊和異常映射模塊；

34、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括數(shù)據(jù)獲取單元和預(yù)處理單元；

35、數(shù)據(jù)獲取單元，用于獲取待檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同位置點(diǎn)不同深度水位壓力序列數(shù)據(jù)、地理狀態(tài)信息和歷史降雨量與對(duì)應(yīng)的地下水位變化數(shù)據(jù)；

36、預(yù)處理單元，通過配置的延拓插值模型對(duì)每一個(gè)位置點(diǎn)不同深度水位壓力序列進(jìn)行預(yù)處理，獲得預(yù)處理后的水位壓力序列；

37、三維熱圖生成模塊包括三維構(gòu)建單元和熱力圖單元；

38、三維構(gòu)建單元，用于根據(jù)待檢測(cè)區(qū)域內(nèi)地理狀態(tài)信息，通過三維生成算法，生成虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間；熱力圖單元，用于根據(jù)預(yù)處理后的水位壓力序列，在虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間不同的水位監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)通過配置的三維熱圖生成模型，生成對(duì)應(yīng)的三維水位分布熱力空間。

39、具體地，異常映射模塊包括映射生成單元和渲染單元；

40、映射生成單元，用于配置水位分級(jí)異常區(qū)間，并利用水位分級(jí)異常區(qū)間和yuv三通道彩色空間構(gòu)建得到水位色彩映射函數(shù)；渲染單元，用于將水位色彩映射函數(shù)配置到虛擬待檢測(cè)區(qū)域三維空間中，對(duì)三維水位分布熱力空間中每一個(gè)水位深度對(duì)應(yīng)的二維水位分布熱力圖進(jìn)行渲染，獲得渲染完成的三維水位異常分布熱力空間。

41、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)指令，當(dāng)計(jì)算機(jī)指令運(yùn)行時(shí)執(zhí)行基于壓感和圖像結(jié)合的地下水位狀態(tài)異常檢測(cè)方法。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

43、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過獲取待檢測(cè)區(qū)域內(nèi)不同位置點(diǎn)不同深度的水位壓力序列數(shù)據(jù)，并結(jié)合延拓插值模型進(jìn)行預(yù)處理，生成了虛擬待檢測(cè)區(qū)域的三維空間及三維水位分布熱力空間；其次通過配置水位分級(jí)異常區(qū)間和yuv三通道彩色空間構(gòu)建水位色彩映射函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維水位分布熱力空間中每一個(gè)水位深度對(duì)應(yīng)的二維水位分布熱力圖的精細(xì)渲染，最終形成了三維水位異常分布熱力空間，并能在顯示設(shè)備上實(shí)時(shí)更新顯示，本發(fā)明克服了現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只能提供簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)報(bào)告或二維圖表的局限，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地質(zhì)條件下水位異常的精準(zhǔn)捕捉和直觀展示，顯著提升了監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。