[发明专利]基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法

说明书

本发明基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法，包括如下步骤：通过监测传感器及数据采集终端获取水库大坝安全监测数据并发送至现地边缘网关，边缘网关进行数据缺测检查并补测，再将有效数据通过移动通信上传至云服务平台；云服务平台训练得到的大坝安全预测模型下发至边缘网关，边缘网关根据预测模型拟定预警指标并进行现地渗流及变形实时预警，从而提升水库大坝安全监测及预警智能化水平。本发明无需在坝区建设中心机房进行数据处理，仅通过监测数据和边缘网关即可实现大坝安全预测预警，同时减轻了管理人员的工作强度，提高了水库大坝安全预警效率。

技术领域

本发明涉及水库大坝安全监测预警及水利信息化领域，具体地指一种基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法。

背景技术

我国现有各类水库大坝9.8万余座，其中中小型水库占比99.2％(其中水库等级的划分是根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)确定的)，且中小型水库大多建于20世纪50-70年代，由于受当时历史影响及经济技术条件限制，很多水库都存在着不同程度的病险问题，一旦失事将造成不可估量的社会及经济损失。安全监测是评价大坝安全状态，保障大坝安全运行的重要手段。

目前大部分中小型水库还是以机房管理中心为基础开展安全监测数据采集和分析工作，该模式需要建造专用机房，配备计算机、网络设备、恒温恒湿设备、静电地板等，造价昂贵、运维困难，并且计算能力有限、数据封闭不流通，难以适应中小型水库大坝安全管理要求和发展趋势。

随着现代信息技术的飞速发展，将安全监测终端与物联网、云计算结合，可以实现多源信息的全面感知及智慧管理，但仍存在诸多不足之处：(1)难以保证实时性要求。云计算模型中，数据需上传至云计算中心进行处理，其处理速度受到网络带宽、中心计算能力、总计算任务量等多因素的影响，很难满足水库应急情况下的及时响应及安全预警；(2)对水库现场的通信网络环境过度依赖。通信网络一旦中断，现地数据将无法上云，也就无法对水库大坝进行实时监测及预警。

边缘计算作为在网络边缘执行计算的新型计算模型，可以有效解决云计算模型中存在的问题，已经在工业智能制造、无人驾驶、室内定位、视频安防等领域取得较大成功。中小型水库安全监测结合边缘计算的新型监测模式，可以弥补传统机房中心及云计算模式存在的诸多不足，避免对网络环境的过度依赖，并保证紧急情况的及时响应及安全预警，为自动化、智能化的现代安全监测技术提供新的思路及解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法，以提高中小型水库大坝现地实时监测及预警的能力，并减少对网络环境的依赖。

本发明一种基于边缘计算的中小型水库大坝智能监测预警方法，包括如下步骤：

步骤一:通过监测传感器及数据采集终端获取水库大坝安全监测数据并发送至现地边缘网关，边缘网关进行数据缺测检查并补测，再将有效数据通过移动通信上传至云服务平台。

步骤二:云服务平台依靠其强大的计算服务能力进行深入的数据分析和算法运算，将训练得到的大坝安全预测模型下发至边缘网关，边缘网关根据预测模型拟定预警指标并进行现地渗流及变形实时预警，从而提升水库大坝安全监测及预警智能化水平。

在上述技术方案中，所述的监测传感器主要指水库大坝环境量、渗流及变形数据采集传感器。

所述的数据采集终端可按照现地实际部署情况，采用有线或无线方式将采集数据发送到边缘网关。

在上述技术方案中，所述的边缘网关主要包括微处理器模块、存储模块、电源模块、多通信接口以及4G通信模块等，其中微处理器模块负责数据处理及分析计算；存储模块负责数据存储；电源模块提供电能；多通信接口负责数据交互，主要包括网络接口、RS232及RS485串口、USB接口；4G通信模块负责将打包好的数据上传到云端平台并接收云端下发的模型及规则。