(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210637556.6 (22)申请日 2022.06.07 (71)申请人 河海大学 地址 210098 江苏省南京市 鼓楼区西康路1 号 (72)发明人 邵晨飞　郑森　顾昊　胡雅婷　 梁嘉琛　 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G01B 21/32(2006.01) (54)发明名称 一种拱坝变形 行为表征 可视化分析系统 (57)摘要 本发明涉及一种拱坝变形行为表征可视化 分析系统， 包括三维场景信息平台、 数据管理模 块、 有限元分析模块、 场信息模块及场表征模型 模块。 所述的三维场景信息平台以高精度的拱坝 工程场景模 型为基础， 为其他功能模块提供操作 平台并直观展示其计算结果； 所述的数据管理模 块对拱坝变形数据进行自动化采集及有效信息 提取； 所述的场信息模块联合有限元分析模块构 建拱坝变形监测场； 所述的场表征模 型模块基于 变形监测信息对坝体的整体变形特性进行表征。 本发明的可视化分析系统， 能够实现拱坝变形测 点信息查询、 数据有效信息提取、 变形监测场构 建及整体变形行为表征等功能， 并依托真实工程 场景对各种成果进行直观展示， 为高效分析拱坝 变形行为提供基础。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 115017585 A 2022.09.06 CN 115017585 A 1.一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 包括三维场景信 息平台、 数据 管理模块、 有限元分析模块、 场信息模块及场表征模型模块， 所述的三 维场景信息平台是可 视化分析系统的核心， 用于展示真实的工程场景及其他各种相关信息， 支持三维场景模型 任意的拖动、 缩放及漫游， 并为各种 系统功能的实现提供操作平台。 2.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 三维场景信息平台采用次时代建模技术建立工程场景模型， 提高了模型显示精度， 同时降 低了系统运行的资源消耗。 3.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 三维场景信息平台可涵盖各种工程结构物、 山体及各种环境细节特征， 并能实时连接现场 天气及运行工况信息， 通过实时渲染极大地增强场景模型的真实感。 4.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 数据管理模块， 具备监测数据的自动化采集和有效信息提取两个主要功能， 并包括原始数 据库和有效数据库两个数据库； 通过数据接口对监测仪器的测量数据进 行自动化采集并存 储于原始数据库； 从原 始数据中提取 出有效信息后存 储于有效数据库。 5.根据权利要求4所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 有效信息提取， 包括首先对测点数据的缺失率进行分析， 然后进行数据连续点和主趋势线 识别， 再依次进行局部连续 性数据识别、 异常值剔除以及缺失值插补。 6.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 场信息模块， 主 要负责坝体 变形监测场的构建， 以全面反映坝体的整体 变形特性。 7.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 场信息模块， 通过调用有限元分析模块求解坝体变形监测场， 对场信息的复杂度有效性进 行检验后， 计算结果存 储于场信息数据库。 8.根据权利要求7所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 有限元分析模块包括常规有限元分析和蒙特卡洛随机有限元分析两部 分， 分别求解坝体变 形的基础变形曲面和空间差异变量， 两者叠加后得到坝体 变形实测场。 9.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述的 场表征模 型模块， 主要负责拱坝变形行为的可视化表征， 从而直观、 快速地表征拱坝的变形 行为。 10.根据权利要求1所述的一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 其特征在于， 所述 的场表征模型模块， 针对坝体结构的变形特点， 自动 构建三种层次的场表征模型， 并对模型 有效性及模型 结构风险进行检验， 从而判别更优的场表征模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115017585 A 2一种拱坝变形行为表征可视化分析系统 技术领域： [0001]本发明涉及混凝土拱坝结构健康监测领域， 尤其涉及一种拱坝变形行为表征可视 化分析系统。 技术背景： [0002]拱坝的变形性态是结构健康监测工作关注的重点， 通常在坝体内部均埋设有一定 数量的监测仪器对坝体变形进行长期测 量。 通过对坝体的变形数据进行分析， 从而获取坝 体的变形特性， 对保障工程长效安全运行具有重要意义。 随着自动化监测技术的发展及拱 坝工程安全问题愈加受到重视， 对大量监测数据的处理、 分析与管 理提出了更高的要求； 同 时， 随着计算机技术的进步， 采用可视化系统的模式对工程及相关信息进 行分析、 管理与展 示已成为工程界的发展趋势。 [0003]三维场景模型是可视化分析系统的核心， 目前工程仿真领域， 大多仅对结构物本 身建立精确的仿真模型， 而忽视了实际工程场景 的衬托， 画面环境单一， 仿真效果不佳。 为 提高场景模型的真实性， 专利(CN113593051A)公开了一种大坝工程实景可视化建模的方 法， 通过将工程现场环 境的纹理贴图映射到3D地形图表 面， 生成工程的场景模型， 进而将实 景模型与结构的仿真模型进行融合， 能够生动地展示仿真模型的真实运行环境。 该方法的 展示效果受现场环 境纹理贴图及3D地形图精度的影响， 通常难以对实际的工程场景进行很 好的还原； 同时所建立的三 维场景模型仅反映纹理图拍摄时的环境， 不具备实时性。 在建立 三维场景模型的基础上， 可视化分析系统还需涵盖监测数据的处理、 分析、 管 理和结果展示 等功能。 现有的一些大坝变形监测信息可视化分析系统， 如专利(CN113625645A)和专利 (CN110866974A)， 将各变形测点视为空间上的孤立对象， 仅对单个测点的监测数据进行分 析和展示。 此类可视化系统忽视了坝体各测点变形之间的空间相关性， 因此分析结果无法 充分反映坝体 变形的整体性特 征， 并且未能充分发挥可视化系统三维信息展示的优势。 [0004]针对目前已有的工程结构可视化分析系统对真实工程场景的还原度不足， 并且缺 乏从场信息的角度对拱坝变形行为进 行全面地分析和展示， 提出了一种拱坝变形行为表征 可视化分析系统。 采用次时代建模技术建立近坝范围内高精度的三维场景模型， 并依据工 程现场的真实天气和 运行情况进行模型 的实时渲染； 基于各离散测点的变形数据， 运用场 分析方法获取坝体 变形的场信息， 对坝体整体 变形特性进行全面展示。 发明内容： [0005]本发明的主要目的在于解决现有技术的不足， 提供一种拱坝变形行为表征可视化 分析系统， 建立高精度的三维场景模型作为各种坝体信息展示及系统操作的平台， 并基于 拱坝变形 的监测数据， 通过测点有效信息提取、 场信息构建、 场表征模型分析等步骤， 对拱 坝的整体 变形特性进行有效表征。 [0006]本发明采用的技 术方案是： [0007]一种拱坝变形行为表征可视化分析系统， 包括三维场景信息平台、 数据管理模块、说　明　书 1/5 页 3 CN 115017585 A 3