[发明专利]基于时间序列聚类融合的水工结构运行状态监测系统

说明书

本发明涉及水利水电工程中的结构运行状态监测技术领域，具体涉及一种基于时间序列聚类融合的水工结构运行状态监测系统，在水工结构不同监测部位布置一定数量的传感器，并将信号线接入控制室内，通过分通过传感器设备采集到大量的监测数据，采用聚类方法对不同观测信息进行分类，然后利用多通道加权多尺度排列熵融合计算对不同类的监测信息进行融合，通过融合后熵值曲线的变化，进行结构运行状态的监测，能够快速得到结构运行状态，以便有针对性地对结构加以防护。

技术领域

本发明涉及水利水电工程中的结构运行状态监测技术领域，具体涉及一种基于时间序列聚类融合的水工结构运行状态监测系统。

背景技术

水工结构在服役过程中，容易出现不同程度的异常问题，甚至影响整个水利枢纽的安全运行。鉴于水工结构所处环境复杂多变，不同运行状态的表现形式也不相同，单一监测量不能达到全面分析结构安全性的目的。因此，为全面评价水工建筑物的运行状态，需要在结构不同部位和不同观测项目上布置大量测点。目前对大坝等水工建筑物的监测大多使用“点”式传感器监测形式，在长期或不间断连续监测过程中，造成监测信息大容量、多元化，传统的监测信息处理方式难以满足速度和容量方面的要求。因此，亟需一种新的信息处理手段，综合利用不同测点的监测信息，对结构进行综合评估，从而全面系统地监测结构运行状态，为结构整体安全评价及防灾减灾奠定基础。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和问题，本发明提供一种基于时间序列聚类融合的水工结构运行状态监测系统，该监测系统具有形式简单、施工方便、工程造价低的特点；工作人员面对大量积累的监测数据，通过计算机信息处理模块，快速得到结构运行状态，以便有针对性地对结构加以防护。

本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种基于时间序列聚类融合的水工结构运行状态监测系统，其特征在于：包括数据采集模块、聚类分析模块、多通道加权多尺度排列熵分析模块以及熵值分析与运行状态监测模块，所述数据采集模块为安装于被测结构不同部位的传感器，通过传感器得到被测结构不同部位的监测信号；监测信号进入聚类分析模块，所述聚类分析模块将不同项目观测数据分类；所述多通道加权多尺度排列熵分析模块分别对同一类多通道数据、不同类的监测数据进行分析，利用所述多通道加权多尺度排列熵程序，将多通道数据、不同类的监测数据分别进行融和，并通过所述熵值分析与运行状态监测模块绘制融合后熵值监测曲线图。

进一步的，所述聚类分析模块将不同项目观测数据分类的方法为：聚类分析模块利用聚类程序将采集到的数据形成数据集，通过欧式距离公式计算数据之间的距离，并把距离转化为矩阵形式，再通过最短距离准则对被测结构不同部位的观测信号划分类别。

进一步的，所述多通道加权多尺度排列熵分析模块对同一类多通道数据进行分析的方法为：利用多通道加权多尺度排列熵程序，通过多测点数据在总体所占的比重分配权重；

由公式(1)计算可得权重，依据权重将多通道数据进行融和，由公式(2)和公式(3)定义多测点多权重的多尺度排列熵，并绘制熵值曲线图。

进一步的，所述多通道加权多尺度排列熵分析模块对不同类的监测数据进行分析的方法为：通过多通道加权多尺度排列熵方法，得到多条融合后的熵值运行监测曲线。

本发明的有益效果：本发明的基于时间序列聚类融合的水工结构运行状态监测系统，适用于于当结构监测指标较多，监测数据大量积累的情况，直接通过结构不同观测项目的实测信号，通过相应的分析模块采集并监测数据量，达到对水工结构运行状态全面监测的目的，确保监测数据的时效性和准确性，工作人员面对大量积累的监测数据，通过计算机信息处理模块，快速得到结构运行状态，用以辅助决策，让决策者及时掌握结构运行状态，以便有针对性地对结构加以防护。该监测系统无需特殊的监测设备，具有形式简单、施工方便、工程造价低，便于运行管理的特点，从而节约大量的物力、人力、财力和时间。