專利名稱：一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制和自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種自動(dòng)控制閘門泄 流量的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
水閘是水利樞紐中最常用到的一種低水頭擋水兼泄水的水利工程建筑物， 其主要工作原理是依靠可以升降啟閉的閘門控制水位、調(diào)節(jié)泄流量，從而達(dá)到 擋水或泄水的目的。其廣泛應(yīng)用于防洪、灌溉、排水、航運(yùn)、發(fā)電等水利工程 中。目前，水閘的操作主要依靠事先按照恒定流計(jì)算得到的工作手冊(cè)人工手動(dòng)完成，這存在兩個(gè)問(wèn)題 一是在自然條件下河道水流為非恒定過(guò)程，依照恒定 流開(kāi)啟閘門高度控制泄流量勢(shì)必會(huì)和實(shí)際情況存在較大誤差；二是人工手動(dòng)完 成存在一定的經(jīng)驗(yàn)性，且效率較低。如何有效解決上述問(wèn)題，提高水利工程效 益和管理水平，精簡(jiǎn)管理人員，適應(yīng)現(xiàn)代化水利的要求，成為亟待解決的科研 課題。近年來(lái)，通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為解決上述問(wèn)題提供了可能。包括 流域雨情、水情、工情、氣象信息和其它信息的測(cè)量和傳輸技術(shù)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)和計(jì) 算機(jī)的發(fā)展而變得易于實(shí)現(xiàn)，各類專業(yè)自動(dòng)測(cè)量設(shè)備使數(shù)據(jù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等途 徑迅速地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，依靠大型數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、 存儲(chǔ)和挖掘，再調(diào)用相關(guān)的專業(yè)模型對(duì)這些數(shù)據(jù)模擬計(jì)算，工作人員根據(jù)計(jì)算 結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)做出相應(yīng)處理。但是，在數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程中，不同的數(shù)學(xué)模型分布在 水科學(xué)的不同分支，如產(chǎn)匯流計(jì)算才莫型屬于水文學(xué)分支，一、二維水動(dòng)力學(xué)模 型屬于水力學(xué)分支，尚不能從系統(tǒng)的角度把相關(guān)的模型集成到統(tǒng)一的管理平臺(tái) 上。因此，要對(duì)閘門泄流量進(jìn)行自動(dòng)化控制，必須對(duì)閘門開(kāi)啟高度進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì) 算，這就需要把各種數(shù)學(xué)模型和閘門控制有效結(jié)合起來(lái)進(jìn)行整體模擬。此外，如何根據(jù)河道內(nèi)水流實(shí)際流動(dòng)情況以及水閘調(diào)度原則確定閘門開(kāi)啟 高度也一直是近年來(lái)科學(xué)研究的重點(diǎn)。目前，已有部分?jǐn)?shù)值模擬軟件采用一維 水動(dòng)力學(xué)模型均一化方法計(jì)算單孔閘門的開(kāi)啟高度，并可根據(jù)閘門開(kāi)啟高度計(jì) 算河道過(guò)流量。這種一維水力學(xué)模型均一化方法將河流看作是一維的，在整個(gè) 橫斷面內(nèi)速度均勻，將全斷面視為連續(xù)體，物理量諸如流量、過(guò)水?dāng)嗝婊蛩弧?水深，沿流程均看成是連續(xù)的，它們都是時(shí)間和流程的連續(xù)函數(shù)。但是，對(duì)于 復(fù)雜的多孔閘門系統(tǒng)，由于各閘室在河道橫斷面所處位置不同，水流流態(tài)對(duì)其 過(guò)流能力有著一定的影響，在計(jì)算閘門開(kāi)啟高度時(shí)，若采用一維水動(dòng)力學(xué)模型 均一化計(jì)算方法則計(jì)算結(jié)果精度較低，若采用二維水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算方法，雖然精度有所提高，但因計(jì)算復(fù)雜度的增加和計(jì)算數(shù)據(jù)量的增大而速度較慢，無(wú) 法滿足實(shí)時(shí)模擬調(diào)度的要求?？傊枰绢I(lǐng)域技術(shù)人員迫切解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是如何有效結(jié)合 各種數(shù)學(xué)模型和閘門控制，對(duì)復(fù)雜的多孔閘門系統(tǒng)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確模擬，以更 加精確地控制閘門開(kāi)啟高度和泄流量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法，能夠 有效結(jié)合各種數(shù)學(xué)模型和閘門控制，對(duì)復(fù)雜的閘壩系統(tǒng)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確模擬， 以更加精確地控制閘門開(kāi)啟高度和泄流量。本發(fā)明所要解決的另 一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)控制閘門泄流量的 系統(tǒng)，用以保證上述方法在實(shí)際中的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了 一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方 法，包括以下步驟獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)入流流量獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況及泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得 多孔閘門的開(kāi)啟高度；依據(jù)所述開(kāi)啟高度控制閘門開(kāi)啟。優(yōu)選的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)以樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練，所 述樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué)特征數(shù)據(jù)，利用二維水力學(xué)模型生成的 包括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)選的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);漠型為局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);漠型。優(yōu)選的，所述獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量為通過(guò)分布式水文模型計(jì)算所 述河道所在流域的降雨產(chǎn)流量得到。優(yōu)選的，獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況為通過(guò)一維水力學(xué)模型計(jì)算所 述河道實(shí)時(shí)水流的流量和水位得到。優(yōu)選的，所述控制閘門開(kāi)啟包括以下步驟獲取閘門開(kāi)啟命令；依據(jù)所述閘門開(kāi)啟命令發(fā)出執(zhí)行指令；依據(jù)所述執(zhí)行指令控制閘門啟閉機(jī)開(kāi)啟；反饋閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度；判斷所述閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度是否達(dá)到計(jì)算出的閘門開(kāi)啟高度，如 果是，則發(fā)出停止命令，停止閘門啟閉機(jī)工作；如果否，則繼續(xù)啟動(dòng)閘門啟閉 機(jī)工作。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種自動(dòng)控制閘門泄流量的系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊，用于獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；水動(dòng)力模擬模塊，用于依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算 閘門的開(kāi)啟高度，包括入流計(jì)算子模塊，用于依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲得的水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)，獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊，用于依據(jù)所述入流計(jì)算子模塊得到的實(shí)時(shí)入流流量 獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型子模塊，用于依據(jù)所述實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊得到的實(shí)時(shí)水流 變化情況及河道泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得多孔閘門的開(kāi)啟高度；以及，閘門控制模塊，用于依據(jù)所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度開(kāi)啟 閘門。優(yōu)選的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)以樣本數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練，所述 樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué)特征數(shù)據(jù)，利用二維水力學(xué)模型生成的包 括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)選的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。優(yōu)選的，所述入流計(jì)算子模塊通過(guò)分布式水文模型計(jì)算所述河道所在流域 的降雨產(chǎn)流量得到進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量。優(yōu)選的，所述實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊通過(guò)一維水力學(xué)模型計(jì)算所述河道實(shí)時(shí) 水流的流量和水位得到所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況。優(yōu)選的，所述閘門控制模塊包括中央處理器，用于獲取閘門開(kāi)啟命令，并接收傳感器反饋的閘門啟閉機(jī)當(dāng) 前開(kāi)啟高度數(shù)據(jù)，與所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度進(jìn)行比較，依 據(jù)比較結(jié)果發(fā)出執(zhí)行指令；執(zhí)行器，用于獲取所述中央處理器的執(zhí)行指令；閘門啟閉機(jī)，用于依據(jù)所述執(zhí)行器的執(zhí)行指令控制閘門啟閉機(jī)；傳感器，用于反饋所述閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，本發(fā)明使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將計(jì)算河道過(guò)流量的一維水力模型和計(jì)算 多孔閘門過(guò)流量的二維水力學(xué)模型耦合起來(lái)，有效利用了一維水力模型計(jì)算速 度快和二維水力模型計(jì)算精度高的特點(diǎn)，在對(duì)多孔閘門進(jìn)行控制時(shí)，既保證了 實(shí)時(shí)性，又保證了精確性。其次，本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)it型采用了局部逼近神經(jīng)網(wǎng)紹4莫型，與全局逼迫 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相比，局部逼近網(wǎng)絡(luò)對(duì)于每一個(gè)輸入-輸出對(duì)，只有少量的連接 權(quán)需要進(jìn)行調(diào)整，因而學(xué)習(xí)速度快，有效保證了多孔閘門控制的實(shí)時(shí)性。然后，本發(fā)明使用分布式水文模型依據(jù)收集到的水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出河道的入流流量，并以入流流量作為 一維水力學(xué)模型的輸入?yún)?shù)計(jì)算河道的水力學(xué)參數(shù)，從而將水文學(xué)模型和水力學(xué)模型有效結(jié)合起來(lái)，解決了長(zhǎng)久以來(lái)水文學(xué) 模型和水力學(xué)模型很難集成到統(tǒng)一的管理平臺(tái)上的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明的一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法實(shí)施例的步驟流程圖；圖2是本發(fā)明的一種自動(dòng)控制閘門泄流量的系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明應(yīng)用圖2所示的系統(tǒng)實(shí)施例進(jìn)行閘門泄流量控制的步驟流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明的核心構(gòu)思之一在于，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將計(jì)算河道過(guò)流量的一維 水力模型和計(jì)算多孔閘門過(guò)流量的二維水力學(xué)模型耦合起來(lái)，對(duì)閘門開(kāi)啟高度 進(jìn)行計(jì)算，控制閘門開(kāi)啟，進(jìn)而控制閘門泄流量。本發(fā)明綜合了一維水力模型 計(jì)算速度快、二維水力模型計(jì)算精度高和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型智能化的特點(diǎn)，在對(duì)多 孔閘門進(jìn)行控制時(shí)，既保證了實(shí)時(shí)性，又保證了精確性，且將水文學(xué)模型和水 力學(xué)模型有效結(jié)合到了統(tǒng)一的管理平臺(tái)上。參考圖1，示出了本發(fā)明一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法實(shí)施例的步驟流 程圖，可以包括以下步驟步驟101:獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；當(dāng)河道流域發(fā)生降雨時(shí)，流域監(jiān)測(cè)站收集降雨數(shù)據(jù)、河道上游支流匯入的 水量等水文資料數(shù)據(jù)，并將這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳給負(fù)責(zé)管理這些水文數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)庫(kù)。步驟102:獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；當(dāng)河道所在流域發(fā)生降雨時(shí)，經(jīng)過(guò)地面植被和覆蓋物截留以及填洼和下滲 后，剩余的雨量即降雨產(chǎn)流量以地表徑流的形式從坡面向下流動(dòng)，進(jìn)而匯入河道，形成入流。本步驟中，分布式水文模型利用流域降雨時(shí)收集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù) 中的水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量。所述分布式水文模型常采用徑流曲線數(shù)(SCS)法來(lái)計(jì)算地表徑流量，其具體計(jì)算方法為 式中，上述公式中，込^為每毫米的超滲雨量或直接徑流量，i 勿是每毫米的累計(jì)降雨深度，/。是每毫米的初始損失水量，包括截流、初期入滲、地表填洼、蒸散發(fā)和其他因素。S為開(kāi)始產(chǎn)流后的可能最大每毫米持水量，該系數(shù)隨土壤類型、土地利用方式、人類活動(dòng)和坡度等變化而發(fā)生相應(yīng)變化。分布式水文模型應(yīng)用SCS法推求逐時(shí)段的徑流量時(shí)，用每個(gè)時(shí)段末的累計(jì)降雨通過(guò)g ="2式計(jì)算相應(yīng)的累計(jì)徑流，再把相鄰時(shí)段的累積徑流量相減，得到每時(shí)段的徑流量。用此徑流量乘以河道所在流域面積，再除以 降雨時(shí)間即得到進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量。在實(shí)際應(yīng)用中，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其它模型或方法計(jì)算進(jìn)入河道的 實(shí)時(shí)入流流量，本發(fā)明無(wú)須對(duì)此作出限制。步驟103:依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)入流流量獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；根據(jù)由分布式水文模型計(jì)算得到的進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量， 一維水力學(xué) 模型計(jì)算河道內(nèi)水流實(shí)時(shí)的流量、7JC位變化等情況。本實(shí)施例中， 一維水力學(xué) 才莫型使用圣維南方程計(jì)算河道的實(shí)時(shí)流量和水位。圣維南方程計(jì)算方法如下， 包括連續(xù)方程<formula>formula see original document page 10</formula>1運(yùn)動(dòng)方程<formula>formula see original document page 11</formula>式中，e為過(guò)水?dāng)嗝嫫骄髁?，c (=丄及1/6)為謝才阻力系數(shù)，及為過(guò)水?dāng)嗝娴乃Π霃?，Z為水位。公知的是,對(duì)于上述非線性偏微分方程組，只有在極少數(shù)理想化的情形下， 才能得到解析解。在實(shí)際情況下， 一般都必須采取數(shù)值方法，用有限個(gè)離散的 網(wǎng)格點(diǎn)來(lái)逼近連續(xù)區(qū)域中無(wú)限個(gè)點(diǎn)，用這些結(jié)點(diǎn)上離散的近似解來(lái)逼近準(zhǔn)確 解，常用的數(shù)值方法有差分、特征線、有限元、有限體積、邊界元等。對(duì)于一 維非恒定流問(wèn)題，差分方法仍然應(yīng)用得最普遍，其中差分格式存在許多改進(jìn)的 變形的方法，本實(shí)施例采用四點(diǎn)偏心隱式差分格式，采用追趕法進(jìn)行求解。在實(shí)際應(yīng)用中，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其它模型或方法獲得河道的實(shí)時(shí) 水流變化情況，本發(fā)明無(wú)須對(duì)此作出限制。步驟104:依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況及泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)模型獲得多孔閘門的開(kāi)啟高度；其中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)^^莫型是經(jīng)過(guò)以樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練后的 局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué)特征數(shù)據(jù)， 利用二維水力學(xué)模型生成的包括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。具體 來(lái)講，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練可以包括以下子步驟子步驟a1:輸入所述河道的特征數(shù)據(jù)，以及，樣本流量和水位數(shù)據(jù)；河道的特征數(shù)據(jù)可以包括河道長(zhǎng)度、寬度、河底地形以及閘門所在位置等 數(shù)據(jù)；同時(shí)，輸入作為樣本數(shù)據(jù)的模擬流量和水位。子步驟a2:生成樣本數(shù)據(jù)庫(kù)；利用二維水力學(xué)模型依據(jù)子步驟a1中的數(shù)據(jù)計(jì)算不同閘門開(kāi)啟高度、不 同閘前水位多個(gè)工況的閘門泄流數(shù)據(jù)，生成包括上述數(shù)據(jù)的樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。本實(shí)施例的二維水力學(xué)模型總體控制方程采用二維水流連續(xù)方程和運(yùn)動(dòng) 方考呈如下<formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula><formula>formula see original document page 12</formula>式中， w、 v分另，j表示x、 y 方向水流運(yùn)動(dòng)速度，/z為水深，g為重力加速度，c為謝才系數(shù)，v,為紊動(dòng)粘性系數(shù)。對(duì)上述方程釆用追趕法求解，即假設(shè)相應(yīng) 節(jié)點(diǎn)的水位和流速之間存在一次線性函數(shù)關(guān)系，將其與控制方程的差分形式聯(lián)立，可得形如"二CM+CN./z和/2-d+Q."的關(guān)系式，其中Cm、 Cn、 Ct、 Cj為循環(huán)計(jì)算系數(shù)，結(jié)合進(jìn)口流速和出口水位兩個(gè)邊界條件，可在追的過(guò)程中分別求 出，然后在趕的過(guò)程中求出相應(yīng)的流速和水位。對(duì)于閘門處的過(guò)流問(wèn)題，若閘門開(kāi)啟到一定高度，經(jīng)過(guò)閘孔的水流不受閘門控制，則其上下游水面線是連續(xù)的，可直接釆用上述方法進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)過(guò)流 方式為閘孔出流時(shí)，經(jīng)過(guò)閘孔的水流受到閘門控制，由于外界條件的變化使得 閘門處X方向7jC位產(chǎn)生突變，水面不連續(xù)，必須根據(jù)其水力特性作特殊處理。 對(duì)此，以閘門所在處為分界線，將河道分為上游和下游兩部分，閘門處水深、x向流速利用閘孔出流公式耦合ii^法求出，作為閘門上游河段的出口邊界條 件和下游河段的進(jìn)口邊界條件，分別追趕計(jì)算。其中，閘孔出流公式根據(jù)閘后水躍位置的不同分為自由出流公式和淹沒(méi)出流公式兩種，如下所示 閘孑L自由出流/>式<formula>formula see original document page 12</formula>式中，//。為閘孔自由出流流量系數(shù)， 為淹沒(méi)系數(shù)，e為閘門開(kāi)度，b為 閘孔凈寬，H。為閘底堰上水頭。閘門處水深依據(jù)與閘門前一個(gè)計(jì)算結(jié)點(diǎn)相對(duì) 應(yīng)的水深，由閘孔出流公式推導(dǎo)獲得，閘門處水深即為閘門開(kāi)啟高度。閘孔淹沒(méi)出流公式:<formula>formula see original document page 12</formula>子步驟A3:訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。本實(shí)施例使用局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用監(jiān)督學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練，使所 有參數(shù)都經(jīng)歷一個(gè)誤差修正學(xué)習(xí)的過(guò)程。所述局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于每個(gè) 輸入-輸出對(duì)，只有少量的連接權(quán)需要進(jìn)行調(diào)整，因而訓(xùn)練速度快，有較好的 實(shí)時(shí)性。以所述樣本流量和水位作為輸入數(shù)據(jù)，以與其對(duì)應(yīng)的閘門開(kāi)啟高度、 和閘門泄流數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練。在實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型依據(jù)河道閘門附近的實(shí)時(shí)流量和 水位，結(jié)合所要求的下泄流量，計(jì)算出多孔閘門的開(kāi)啟高度。需要說(shuō)明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其它模型或方法 生成樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，本發(fā)明無(wú)須對(duì)此作出限制。步驟105:依據(jù)閘門開(kāi)啟高度控制閘門開(kāi)啟。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算得到多孔閘門的開(kāi)啟高度，以命令的形式發(fā)送給閘門啟 閉機(jī)的中央處理器，中央處理器令執(zhí)行器開(kāi)始工作，發(fā)出執(zhí)行指令，啟動(dòng)閘門 啟閉機(jī)開(kāi)始上升或下降，閘門傳感器將反映閘門啟閉機(jī)開(kāi)啟高度的反饋信息反 饋給中央處理器并將之與計(jì)算出的閘門開(kāi)啟高度進(jìn)行比較，如果閘門啟閉機(jī)已 達(dá)到指定高度，則中央處理器發(fā)出停止命令使執(zhí)行器工作，執(zhí)行器發(fā)出停止指 令，控制閘門啟閉機(jī)停機(jī)；如果閘門啟閉機(jī)還未開(kāi)啟到達(dá)指定高度，則繼續(xù)工 作，直至開(kāi)啟到指定高度。此外，當(dāng)河道的閘門為單孔閘門時(shí)，本發(fā)明可以利用一維水力學(xué)^f莫型如步 驟103中所述模型，依據(jù)河道的實(shí)時(shí)水流變化情況及泄流量需要，直接計(jì)算獲 得單孔閘門的開(kāi)啟高度，并依據(jù)該開(kāi)啟高度控制閘門開(kāi)啟。需要說(shuō)明的是，本方法實(shí)施例為了簡(jiǎn)單描述，將其表述為一系列的動(dòng) 作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動(dòng)作順序 的限制，因?yàn)橐罁?jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或者同時(shí)進(jìn)行。其 次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說(shuō)明書中所描述的實(shí)施例均屬于優(yōu)選實(shí) 施例，所涉及的動(dòng)作和模塊并不 一 定是本發(fā)明所必須的。參考圖2,示出了本發(fā)明一種自動(dòng)控制閘門泄流量的系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖，可以包括數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊201,用于獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；水動(dòng)力模擬模塊202,用于依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 計(jì)算閘門的開(kāi)啟高度，包括入流計(jì)算子模塊2021,用于依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲得的水文學(xué)監(jiān) 測(cè)數(shù)據(jù)，獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；優(yōu)選的是，本子模塊可以通過(guò)分布式水文模型計(jì)算所述河道所在流域的降 雨產(chǎn)流量得到進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量。實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊2022,用于依據(jù)所述入流計(jì)算子模塊得到的實(shí)時(shí)入 流流量獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；優(yōu)選的是，本子模塊可以通過(guò)一維水力學(xué)模型計(jì)算所述河道實(shí)時(shí)水流的流 量和水位得到所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型子模塊2023,用于依據(jù)所述實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊得到的實(shí) 時(shí)水流變化情況及河道泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得多孔閘門的開(kāi)啟高 度；優(yōu)選的是，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)以樣本數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練，所 述樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué)特征數(shù)據(jù)，利用二維水力學(xué)模型生成的 包括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。優(yōu)選的是，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以為局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。 閘門控制模塊203,用于依據(jù)所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度 開(kāi)啟閘門。優(yōu)選的是，閘門控制模塊還可以進(jìn)一步包括中央處理器2031,用于獲取閘門開(kāi)啟命令，并接收傳感器反饋的閘門啟 閉機(jī)當(dāng)前開(kāi)啟高度數(shù)據(jù)，與所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度進(jìn)行比 較，依據(jù)比較結(jié)果發(fā)出執(zhí)行指令；執(zhí)行器2032,用于獲取所述中央處理器的執(zhí)行指令；閘門啟閉機(jī)2033，用于依據(jù)所述執(zhí)行器的執(zhí)行指令控制閘門啟閉機(jī)；傳感器2034，用于反饋所述閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度。參考圖3,示出了本發(fā)明應(yīng)用圖2所示的系統(tǒng)實(shí)施例進(jìn)行閘門泄流量控制 的步驟流程圖，可以包括以下步驟步驟301:數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊主要由流域監(jiān)測(cè)站構(gòu)成，當(dāng)河道流域發(fā)生降雨時(shí)，數(shù)字 流域監(jiān)測(cè)模塊收集所述河道水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。步驟302:水動(dòng)力模擬模塊的入流計(jì)算子模塊依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊 獲得的水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；入流計(jì)算子模塊通過(guò)分布式水文模型計(jì)算所述河道所在流域的降雨產(chǎn)流 量，得到進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其它模型或方法 計(jì)算進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量，本發(fā)明無(wú)須對(duì)此作出限制。步驟303:水動(dòng)力模擬模塊的實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊依據(jù)所述入流計(jì)算子模 塊得到的實(shí)時(shí)入流流量獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊通過(guò)一維水力學(xué)模型計(jì)算所述河道實(shí)時(shí)水流的流量 和水位，得到所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況，本實(shí)施例的一維水力學(xué)模型釆用 了圣維南方程。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其它模型或方法獲得河道的實(shí)時(shí)水流 變化情況，本發(fā)明無(wú)須對(duì)此作出限制。步驟304:水動(dòng)力模擬模塊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型子模塊依據(jù)所述實(shí)時(shí)水流計(jì)算 子模塊得到的實(shí)時(shí)水流變化情況及河道泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得多 孔閘門的開(kāi)啟高度；其中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為經(jīng)過(guò)以樣本數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練的局部 逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，所述樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué)特征數(shù)據(jù)，利用 二維水力學(xué)模型生成的包括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。步驟305:閘門控制模塊依據(jù)所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度 開(kāi)啟閘門。水動(dòng)力模擬模塊以閘門開(kāi)啟高度為命令，發(fā)送給閘門控制模塊的中央處理 器，中央處理器令執(zhí)行器開(kāi)始工作，發(fā)出執(zhí)行指令，啟動(dòng)閘門啟閉機(jī)開(kāi)始上升 或下降，閘門傳感器將反映閘門啟閉機(jī)開(kāi)啟高度的反饋信息反饋給中央處理器并將之與計(jì)算出的閘門開(kāi)啟高度進(jìn)行比較，如果閘門啟閉機(jī)已達(dá)到指定高度， 則中央處理器發(fā)出停止命令使執(zhí)行器工作，執(zhí)行器發(fā)出停止指令，控制閘門啟閉機(jī)停機(jī)；如果閘門啟閉機(jī)還未開(kāi)啟到達(dá)指定高度，則繼續(xù)工作，直至開(kāi)啟到 指定高度。為了能更方便地了解閘門啟閉機(jī)工作狀況，還可以設(shè)置報(bào)警器，當(dāng) 閘門啟閉機(jī)到達(dá)指定高度停機(jī)時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示工作人員閘門開(kāi) 啟已經(jīng)完成。由于圖3所示的實(shí)施例都可以對(duì)應(yīng)適用于前述的自動(dòng)控制閘門泄流量 方法實(shí)施例中，所以描述較為簡(jiǎn)略，未詳盡之處可以參見(jiàn)本說(shuō)明書前面相 應(yīng)部分的描述。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法和系統(tǒng)進(jìn)行了詳實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng) 域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有 改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法，其特征在于，包括以下步驟獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)入流流量獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況及泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得多孔閘門的開(kāi)啟高度；依據(jù)所述開(kāi)啟高度控制閘門開(kāi)啟。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型經(jīng)過(guò)以 樣本數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練，所述樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué) 特征數(shù)據(jù)，利用二維水力學(xué)模型生成的包括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù) 據(jù)庫(kù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)^i型為 局部逼近神經(jīng)網(wǎng)紹4莫型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述獲得進(jìn)入河道的 實(shí)時(shí)入流流量為通過(guò)分布式水文模型計(jì)算所述河道所在流域的降雨產(chǎn)流量得 到。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，獲得所述河道的實(shí)時(shí) 水流變化情況為通過(guò)一維水力學(xué)模型計(jì)算所述河道實(shí)時(shí)水流的流量和水位得到。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述控制閘門開(kāi)啟包 括以下步驟獲取閘門開(kāi)啟命令； 依據(jù)所述閘門開(kāi)啟命令發(fā)出執(zhí)行指令； 依據(jù)所述執(zhí)行指令控制閘門啟閉機(jī)開(kāi)啟； 反饋閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度；判斷所述閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度是否達(dá)到計(jì)算出的閘門開(kāi)啟高度，如 果是，則發(fā)出停止命令，停止閘門啟閉機(jī)工作；如果否，則繼續(xù)啟動(dòng)閘門啟閉 機(jī)工作。
7、 一種自動(dòng)控制閘門泄流量的系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊，用于獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；水動(dòng)力模擬模塊，用于依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算 閘門的開(kāi)啟高度，包括入流計(jì)算子模塊，用于依據(jù)所述數(shù)字流域監(jiān)測(cè)模塊獲得的水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)，獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊，用于依據(jù)所述入流計(jì)算子模塊得到的實(shí)時(shí)入流流量 獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型子模塊，用于依據(jù)所述實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊得到的實(shí)時(shí)水流 變化情況及河道泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得多孔閘門的開(kāi)啟高度；以及，閘門控制模塊，用于依據(jù)所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度開(kāi)啟 閘門。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);漠型經(jīng)過(guò)以 樣本數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)為樣本的訓(xùn)練，所述樣本數(shù)據(jù)庫(kù)為依據(jù)所述河道的水文學(xué)特征數(shù)據(jù)，利用二維水力學(xué)模型生成的包括閘門開(kāi)啟高度和閘門泄流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為 局部逼近神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述入流計(jì)算子模塊 通過(guò)分布式水文模型計(jì)算所述河道所在流域的降雨產(chǎn)流量得到進(jìn)入河道的實(shí) 時(shí)入流流量。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述實(shí)時(shí)水流計(jì)算子模塊通過(guò)一維水力學(xué)模型計(jì)算所述河道實(shí)時(shí)水流的流量和水位得到所述河道 的實(shí)時(shí)水流變化情況。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述閘門控制模塊包括中央處理器，用于獲取閘門開(kāi)啟命令，并接收傳感器反饋的閘門啟閉機(jī)當(dāng) 前開(kāi)啟高度數(shù)據(jù)，與所述水動(dòng)力模擬模塊獲得的閘門的開(kāi)啟高度進(jìn)行比較，依據(jù)比較結(jié)果發(fā)出執(zhí)行指令；執(zhí)行器，用于獲取所述中央處理器的執(zhí)行指令；閘門啟閉機(jī)，用于依據(jù)所述執(zhí)行器的執(zhí)行指令控制閘門啟閉機(jī);傳感器，用于反饋所述閘門啟閉機(jī)的當(dāng)前開(kāi)啟高度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自動(dòng)控制閘門泄流量的方法，包括獲取水文學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得進(jìn)入河道的實(shí)時(shí)入流流量；依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)入流流量獲得所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況；依據(jù)所述河道的實(shí)時(shí)水流變化情況及泄流量需要，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得多孔閘門的開(kāi)啟高度；依據(jù)所述開(kāi)啟高度控制閘門開(kāi)啟。本發(fā)明綜合了一維水力模型計(jì)算速度快、二維水力模型計(jì)算精度高和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型智能化的特點(diǎn)，在對(duì)多孔閘門進(jìn)行控制時(shí)，既保證了實(shí)時(shí)性，又保證了精確性，且將水文學(xué)模型和水力學(xué)模型有效結(jié)合到了統(tǒng)一的管理平臺(tái)上。
文檔編號(hào)G05D7/06GK101403929SQ20081022570
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月6日
發(fā)明者何國(guó)建, 方紅衛(wèi), 陳明洪, 冬 韓 申請(qǐng)人:清華大學(xué)