【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水利工程，具體為一種河工模型多數據處理分析方法及系統。
技術介紹
1、河道治理與水資源管理屬于水利工程與環境科學的大領域。在這一領域中，河流泥沙運動與沉積研究是關鍵課題，直接關系到河道疏浚、洪水防控、水生態保護等具體問題。河道中的泥沙運動涉及到泥沙輸送、擴散及沉積的復雜過程，控制和優化這些過程有助于保障河道暢通，保護水生態環境，以及提高水資源的利用效率。河道泥沙運動與沉積模擬作為這一課題中的重要工具，能夠通過數據分析與模型預測，為河道治理提供科學依據。
2、現階段傳統的泥沙監測方法依賴于人工采樣和離線分析，數據獲取效率低且實時性差；其次，現有的泥沙沉積預測模型多是基于靜態數據或簡化條件，難以全面反映復雜的河流動態特性；最后，針對不同河流區域的泥沙濃度異常分布，現有方法往往缺乏精準評估與可視化呈現的能力，導致泥沙治理決策效率不高。這些缺點限制了河道泥沙運動與沉積模擬在現代水利工程中的廣泛應用；
3、上述現狀和缺點的產生，主要歸因于以下幾點：一是傳統監測技術難以支持大范圍、長時間的高精度數據采集；二是模型計算能力的限制，未能整合多源數據，全面捕捉泥沙運動與沉積的動態特征；三是河道泥沙運動具有強非線性和區域性特征，常規方法難以有效刻畫。受此影響，當泥沙濃度異常分布未被及時發現并解決時，可能導致河道淤積加劇、洪澇災害頻發、水生態系統失衡，甚至影響沿河地區經濟發展。
技術實現思路
1、針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種河工模型多數據處理分析方法及系
2、為實現以上目的，本專利技術通過以下技術方案予以實現：包括以下步驟：
3、s1、在實際河流中部署河工監測設備，實時采集河流數據，同時構建河工服務器，將所采集到的河流數據傳輸到河工服務器中，同時通過api應用程序接口接入河道管理系統，提取當前河道實際的河工數據，傳輸到河工服務器中，在河工服務器中，基于河工數據和河流數據進行構建河工的數字孿生模型；
4、s2、通過在數字孿生模型中提取河流動態仿真的運動特征向量，并對運動特征向量進行預處理，獲取標準河工運動數據集；
5、s3、提取標準河工運動數據集進行計算泥沙在水流中的泥沙空間分布濃度nsc，并基于泥沙空間分布濃度nsc的輸出結果，進行初步評估河工的數字孿生模型中河流不同區域的泥沙空間分布濃度nsc隨時間變化趨勢；
6、s4、若初步評估出當前區域泥沙濃度異常后，則提取標準河工運動數據集進行計算輸出河流的泥沙輸送量qs和沉積速率s，并預測河流的泥沙分布和移動路徑以及泥沙沉積區域和沉積速度；
7、s5、再將泥沙輸送量qs和沉積速率s進行綜合計算，輸出綜合泥沙沉積指標zns，在基于綜合泥沙沉積指標zns的輸出結果，進行二次對比評估，全面分析河流的泥沙濃度異常下河流泥沙的運動情況，并基于二次對比評估結果，生成優化提示。
8、優選的，所述s1包括s11和s12；
9、s11、在實際河流中按照相同間距進行部署河工監測設備，實時采集河流的河床在不同流域的河流數據；
10、所述河工監測設備包括滑動摩擦儀、激光粒度儀、黏度儀、水位計、流速計、顆粒濃度傳感器和水下聲吶；
11、所述河流數據包括泥沙運動數據、河流運動數據和水體數據；
12、s12、設置無線傳輸網絡nb-lot將河工監測設備與河工服務器進行集成，將河流數據傳輸到河工服務器中，基于所獲取的實際河流數據，結合實際河流的河工數據，利用3dmax軟件進行構建河工三維模型；
13、所述河工數據包括河床深度、水面寬度和坡度；
14、通過所獲取的河工三維模型使用unity和流體力學cfd模型，基于河流數據對河工三維模型進行動態仿真，同時對河工三維模型設置三維坐標網格，在對三維坐標網格的每個十字交叉點進行標記三維坐標（x，y，z），其中，x表示橫軸坐標，y表示縱軸坐標，z表示豎軸坐標，再構建可視化界面，將動態仿真后的河工三維模型載入可視化界面中，進行集成獲取河工的數字孿生模型。
15、優選的，所述s2包括s21和s22；
16、s21、通過構建數字孿生模型后，對數字孿生模型進行特征提取，獲取河流動態仿真的運動特征向量；
17、所述運動特征向量包括摩擦系數mc、沉積物形態因子fs、泥沙擴散系數dm、顆粒密度pp、水體黏性nx、顆粒沉降速度vs、水流剪切應力jq和河床粗糙度系數kb;
18、所述摩擦系數mc通過滑動摩擦儀實時采集后集成到數字孿生模型中提取；
19、所述沉積物形態因子fs通過激光粒度儀實時采集后集成到數字孿生模型中提取獲取；
20、所述顆粒密度pp通過顆粒濃度傳感器實時采集后集成到數字孿生模型中提取獲取；
21、所述水體黏性nx通過黏度儀實時采集后集成到數字孿生模型中提取獲取；
22、所述河床粗糙度系數kb通過水下聲吶實時采集后集成到數字孿生模型中提取獲取；
23、所述泥沙擴散系數dm通過水流的湍流強度和顆粒物特性，使用流體力學cfd模型，基于流場和泥沙特性反演計算提取，具體計算公式為：；其中vt表示湍流黏度，ks表示泥沙擴散prandtl數值；
24、所述顆粒沉降速度vs通過基于顆粒密度pp和水體黏性nx進行計算提取，具體算法公式為：，其中，pf表示河流水體密度，g表示重力加速度；
25、所述水流剪切應力jq通過結合河流速度和河流深度，進行計算提取，具體算法公式為，，其中，h表示水深，通過水位計獲取，sf表示水流坡度；
26、s22、對所提取的運動特征向量進行預處理，所述預處理的方式包括數據清洗和去噪，在預處理后使用歸一化法將運動特征向量按比例縮放到相同區間，消除運動特征向量的量綱影響，獲取標準河工運動數據集。
27、優選的，所述s3包括s31和s32；
28、s31、啟動數字孿生模型，實時提取不斷在變更的標準河工運動數據集，進行實時計算不同時間段的三維坐標網格中的泥沙空間分布濃度nsc；
29、所述泥沙空間分布濃度nsc通過以下算法公式計算輸出；
30、；
31、式中，nsc（x，y，z，t）表示在三維坐標（x，y，z）空間中隨時間t的泥沙空間分布濃度的變化分布，dm（t）表示時間t的泥沙擴散系數，ms表示泥沙的質量，v表示水樣體積，表示泥沙濃度，表示泥沙濃度的二級空間導數，表示三維坐標（x，y，z）空間中隨時間t的泥沙濃度的變化分布。
32、優選的，s32、基于在數字孿生模型中識別出在三維坐標（x，y，z）空間中隨時間t的泥沙空間分布濃度的變化分布nsc（x，y，z，t）的輸出結果，進行初步評估，分析數字孿生模型中不同河流區域的泥沙濃度分布情況，具體評估內容如下所示；
33、當三維坐標（x，y，z）空間中隨時間t的泥沙空間分布濃度的變化分布nsc本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述S1包括S11和S12；
3.根據權利要求2所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述S2包括S21和S22；
4.根據權利要求3所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述S3包括S31和S32；
5.根據權利要求4所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：S32、基于在數字孿生模型中識別出在三維坐標（x，y，z）空間中隨時間t的泥沙空間分布濃度的變化分布Nsc（x，y，z，t）的輸出結果，進行初步評估，分析數字孿生模型中不同河流區域的泥沙濃度分布情況，具體評估內容如下所示；
6.根據權利要求5所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述S4包括S41和S42；
7.根據權利要求6所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：S42、同時構建泥沙沉積算法模型，提取標準河工運動數據集，輸入泥沙沉積算法模型中，進行計算輸出河流泥沙的沉
8.根據權利要求7所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述S5包括S51和S52；
9.根據權利要求8所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：S52、基于所述綜合泥沙沉積指標Zns的輸出結果進行二次對比評估，全面分析河流的泥沙濃度異常下河流泥沙的運動情況，并基于評估結果生成提示信息，具體評估內容如下所述；
10.一種河工模型多數據處理分析系統，應用于權利要求1-9中任一項所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：包括河工建模模塊、特征提取與處理模塊、泥沙分布分析模塊、泥沙運動分析模塊和異常提示模塊；
...【技術特征摘要】
1.一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述s1包括s11和s12；
3.根據權利要求2所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述s2包括s21和s22；
4.根據權利要求3所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述s3包括s31和s32；
5.根據權利要求4所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：s32、基于在數字孿生模型中識別出在三維坐標（x，y，z）空間中隨時間t的泥沙空間分布濃度的變化分布nsc（x，y，z，t）的輸出結果，進行初步評估，分析數字孿生模型中不同河流區域的泥沙濃度分布情況，具體評估內容如下所示；
6.根據權利要求5所述的一種河工模型多數據處理分析方法，其特征在于：所述s4包括s41和s...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳斌，游文蓀，萬浩平，楊楠，黃志文，鄒俊，周蘇芬，李昌垣，虞慧，
申請(專利權)人：江西省水利科學院江西省大壩安全管理中心，江西省水資源管理中心，
類型：發明
國別省市：
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