利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统

摘要

本发明属于风险防控技术领域，且公开了利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，所述流域水库群至少包括有两个水库，所述显示屏内设有账号登录，所述显示屏包括有模拟分析模块，所述模拟分析模块包括有采集模块、风险等级评估、风险损伤后果和无线模块等。本发明通过采集模块、模拟分析模块、风险损伤后果和风险警告模块等构成了利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，方便相关权限负责人根据结果降低风险损伤后果，具有提升流域水库群系统风险防控能力、提前规避风险、制定预案，提升流域水库群的风险防控和智慧化管理水平和智慧化管理水平的优点。

说明书

技术领域

本发明属于风险防控技术领域，具体为利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统。

背景技术

随着河流水电梯级开发的推进，当前我国已形成流域梯级水库群，而随着服役龄期增长，不可避免地会出现泥沙淤积、功能退化、材料劣化和结构老化等问题，加之暴雨、地震等极端自然灾害的影响，流域系统风险不断累积，另一方面，上下游、干支流水库群之间的设防标准不匹配，上游支流的灾害隐患叠加，均会对干流的大中型电站库群造成威胁，从而导致当任何一座梯级失事或滑坡堵江形成堰塞湖，则可能造成不可控溃决洪水形成的灾害链，如若不能及时截断，则必然出现“多米诺骨牌效应”，从而引发流域系统风险，因此造成的经济与社会损失是不能承受的；

尽管溃坝和水库群连溃是“小概率”事件，但因后果极其严重，因此有必要借助风险理念和数字孪生技术，揭示变化环境下流域灾害风险孕育的时空演化规律，以系统观念研究流域水库群风险评估与防范化解风险的措施，利用情景推演、数值分析、人工智能等融合技术构建物理流域与数字流域之间的互馈模型，研编流域水库群复杂险情应急处置技术装备清单，提升流域水库群系统风险防控和应急处置的技术和水平。

发明内容

本发明的目的在于提供利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，所述流域水库群至少包括有两个水库，所述显示屏内设有账号登录，所述显示屏包括有模拟分析模块，所述模拟分析模块包括有采集模块、风险等级评估、风险损伤后果和无线模块等；

所述账号登录与模拟分析模块与服务器终端连接，所述账号登录登入包括有账户名和登录密码两个部分；

所述采集模块包括有实时数据采集、设备运行情况、往期维护记录和往期风险数据等；

所述风险等级评估和风险损伤后果均与风险警告模块连接，所述模拟分析模块和风险警告模块均与无线模块连接；

所述显示屏在使用的时候，需要先在显示屏上进行账号登录，而在登录的时候，需要输入账户名和登录密码来确定是否用户是否拥有使用权限，当有使用权限的时候，可以通过采集模块进行往期和实时数据采集，然后模拟分析模块对采集到的信息传动到服务器终端中进行数字孪生模拟计算，得出结论并对风险等级进行评估，然后根据当前周边的情况进行风险损伤后果进行计算，最后根据风险损伤后果的大小通过风险警告模块利用无线模块，将可能会受到灾害的区域和后果传输到拥有相关权限负责人的手中，从而方便相关权限负责人根据接收到的信息进行合理而有效的疏散，从而降低风险损伤后果，起到了良好的风险防控功能。

优选的，所述实时数据采集包括有天气情况、地域情况和水域情况；

所述天气情况包括有气象、气温、降雨、暴雨、洪水等特征；

所述地域情况包括有地形地貌、局部断裂和不良物理地质等情况；

所述水域情况包括有水位变化情况、上游来水量、下泄流量、流速和泥沙堆积情况等。

优选的，所述设备运行情况为水库设备实时运行情况，所述往期维护记录包括有水库建设与维护记录。

优选的，所述往期风险数据包括有自然风险、环境风险、工程风险和社会风险；

所述自然风险包括有暴雨、地质、洪水等自然灾害；

所述环境风险包括有下游生态流量泄放、水生陆生物种迁移要求变更、濒危物种、重要湿地保护范围调整和水质泄放要求提高等；

所述工程风险包括有枢纽区工程地质条件差和库岸边坡稳定性差等问题；

所述社会风险包括有水库淹没影响和水库浸没影响等。

优选的，所述水库建设与维护记录包括有水库建设时间与材料老化记录、水库设备老化情况与更换记录和水库建设材料维护与更换记录；

所述水库建设材料维护与更换记录包括有枢纽建筑物材料的更换及其更好的时间，水库边坡的应力、变形、裂缝、渗流等情况的监测。

优选的，所述风险损伤后果包括灾害估算资料、地形地貌资料、应急转移与抢险信息资料和历史灾情数据；

所述灾害估算资料应包括有流域洪水灾害影响区的生命、社会、环境、经济情况报告；

所述地形地貌资料应包括溃坝洪水淹没区地形图，以及水库下游河道地形图与断面图，且测图比例不应小于1:10000。

所述应急转移与抢险信息资料应包括溃坝洪水淹没区防汛道路、撤退道路、避险地点、防汛物资仓库、应急救援物质等分布资料；

所述历史灾情数据应包括有历史典型洪水淹没范围、淹没水深、历史、伤亡、经济损失等调查报告或灾情记载。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过显示屏、账号登录、采集模块、模拟分析模块、风险损伤后果和风险警告模块等构成了利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，在使用的时候，需要输入账户名和登录密码来确定是否用户是否拥有使用权限，然后通过采集模块进行往期的风险数据和现在的实时数据进行采集，然后模拟分析模块对采集到的信息传动到服务器终端中进行数字孪生模拟计算，而由于往期的风险数据的作用，从而方便之后的计算和对比，从而起到了缩小所需要的计算量大小的作用，继而可以快速得出结论并对风险等级进行评估，然后根据当前周边的环境等情况对风险可能会造成的损伤与后果进行计算，最后根据风险损伤后果的大小通过风险警告模块利用无线模块，将可能会受到灾害的区域和后果传输到拥有相关权限负责人的手中，从而方便相关权限负责人根据接收到的信息进行合理而有效的疏散，从而降低风险损伤后果，从而具有提升流域水库群系统风险防控能力、提前规避风险、制定预案，提升流域水库群的风险防控和智慧化管理水平和智慧化管理水平的优点。

附图说明

图1为本发明系统工作流程图；

图2为本发明采集模块示意图；

图3为本发明水域情况示意图；

图4为本发明自然风险、社会风险、环境风险和工程风险影响示意图；

图5为本发明水库建设与维护记录示意图；

图6为本发明风险损伤后果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图6所示，本发明实施例提供了利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，利用数字孪生技术提升流域水库群风险防控能力的系统，流域水库群至少包括有两个水库，显示屏内设有账号登录，显示屏包括有模拟分析模块，模拟分析模块包括有采集模块、风险等级评估、风险损伤后果和无线模块等；

账号登录与模拟分析模块与服务器终端连接，账号登录登入包括有账户名和登录密码两个部分；

采集模块包括有实时数据采集、设备运行情况、往期维护记录和往期风险数据等；

风险等级评估和风险损伤后果均与风险警告模块连接，模拟分析模块和风险警告模块均与无线模块连接；

显示屏在使用的时候，需要先在显示屏上进行账号登录，而在登录的时候，需要输入账户名和登录密码来确定是否用户是否拥有使用权限，当有使用权限的时候，可以通过采集模块进行往期和实时数据采集，然后模拟分析模块对采集到的信息传动到服务器终端中进行数字孪生模拟计算，得出结论并对风险等级进行评估，然后根据当前周边的情况进行风险损伤后果进行计算，最后根据风险损伤后果的大小通过风险警告模块利用无线模块，将可能会受到灾害的区域和后果传输到拥有相关权限负责人的手中，从而方便相关权限负责人根据接收到的信息进行合理而有效的疏散，从而降低风险损伤后果，起到了良好的风险防控功能，通过输入账户名和登录密码确定的使用权限，从而避免没有权限的人员非法获取和修改内容，从而避免出现计算结构出现问题，导致的风险后果和预测出现问题，而通过采集模块对往期的风险数据与现在的实时数据进行采集，从而方便之后的计算和对比，从而方便确定风险后果和缩小所需要的计算量大小的作用，而通过对风险等级进行评估，然后对风险损伤后果进行计算，从而方便执行者可以清楚直白地明白风险区域，从而及时对其进行疏散。

其中，实时数据采集包括有天气情况、地域情况和水域情况；

天气情况包括有气象、气温、降雨、暴雨、洪水等特征，通过对气象、气温、降雨、暴雨、洪水等特征进行实时监控，从而可以得到第一手资料与当前天气的变化，从而可以得出当前天气对于风险产生的影响和后果；

地域情况包括有地形地貌、局部断裂和不良物理地质等情况，通过对地形地貌、局部断裂和不良物理地质等情况进行实时检测，从而可以准确地貌的变化，从而方便之后再进行计算的时候，对水流过地貌时产生的影响和水对地质的影响和变化；

水域情况包括有水位变化情况、上游来水量、下泄流量、流速和泥沙堆积情况等，通过对水位变化情况、上游来水量、下泄流量、流速和泥沙堆积情况进行分析，从而可以准确地得出水位上涨的时间、上涨的速度和下降速度，从而方便进行计算。

其中，设备运行情况为水库设备实时运行情况，往期维护记录包括有水库建设与维护记录，通过实时监控水库设备的运行情况，从而当设备出现问题的时候，可以及时发生，从而可以根据当前的情况进行更换与修复，而通过对水库建设的时候建设材料和设备及其使用寿命，以及更换和维护的情况进行记录，从而当使用的时候，可以方便地进行对比，从而可以有效地减少计算量，方便进行参考与查看。

其中，往期风险数据包括有自然风险、环境风险、工程风险和社会风险，通过将水库群过去发生的风险产生的起因和后果等因素设置成自然风险、环境风险、工程风险和社会风险，从而方便进行参考；

自然风险包括有暴雨、地质、洪水等自然灾害，从而可以通过提前观测，提前过好防御措施；

环境风险包括有下游生态流量泄放、水生陆生物种迁移要求变更、濒危物种、重要湿地保护范围调整和水质泄放要求提高等，从而在进行计算的时候，可以考虑到周围环境的变化，从而进行针对性的调整；

工程风险包括有枢纽区工程地质条件差和库岸边坡稳定性差等问题，从而可以根据枢纽区工程地质条件和库岸边坡的情况，来分析水库所能承受的水含量的多少，从而方便之后的泄流和存水；

社会风险包括有水库淹没影响和水库浸没影响等，可以根据水库被淹没或者浸没对水库造成的影响，从而方便之后的维护。

其中，水库建设与维护记录包括有水库建设时间与材料老化记录、水库设备老化情况与更换记录和水库建设材料维护与更换记录，从而可以确定各个水库的情况及其设备的运行时间，从而可以确定其抗水冲击等方面的性能；

水库建设材料维护与更换记录包括有枢纽建筑物材料的更换及其更好的时间，水库边坡的应力、变形、裂缝、渗流等情况的监测，从而可以知道更换前后不同区域材料的变化及其以往的损坏记录，从而方便确定哪里可能存在薄弱点，从而准对性进行防护。

其中，风险损伤后果包括灾害估算资料、地形地貌资料、应急转移与抢险信息资料和历史灾情数据，通过以上的数据，从而方便进行风险等级以其后果的预算，可以及时地对可能会受到灾害的地方进行疏散，从而避免指定区域里的人受到威胁；

灾害估算资料应包括有流域洪水灾害影响区的生命、社会、环境、经济情况报告，从而可以及时计算出不同风险出现的时候，对于周围的生命、社会、环境和经济情况可能会造成的影响；

地形地貌资料应包括溃坝洪水淹没区地形图，以及水库下游河道地形图与断面图，且测图比例不应小于1:10000，从而可以知道不同的风险等级与当前地质之间相互之间会产生什么样的后果与影响；

应急转移与抢险信息资料应包括溃坝洪水淹没区防汛道路、撤退道路、避险地点、防汛物资仓库、应急救援物质等分布资料，从而可以确定当风险发生之后，哪里可以快速进出，从而方便进行救援，并且可以通知临时避险地点附近的人去指定地点进行避难，而通过准备防汛物资仓库和应急救援物质等分布资料，从而方便进行救援。

历史灾情数据应包括有历史典型洪水淹没范围、淹没水深、历史、伤亡、经济损失等调查报告或灾情记载，通过对过去的记载的对比，从而方便确定当发生相同风险灾害的时候，可能会造成的后果和影响，从而减少计算量，缩短计算时间。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。