本发明涉及浮式防波堤安全监测领域，特别涉及基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统。
背景技术：
1、海洋中近海岸的海堤、海礁以及海生物等受到海浪的长期侵蚀破坏，会造成很大的经济损失，因此在近海岸建设防波堤显得尤为重要，浮式防波堤结构作为新型海上抗浪技术，有浮箱式、浮筏式、浮筒式、薄膜式和板网式几种机构，其原理均是通过自身的运动反射部分入射波的能量和对波浪做功消耗大量波浪能，为码头提供一个相对平稳的海况，提高了港口的运行效率和保证了人员的安全，同时起到防止被波浪和水流卷入的淤泥和沙在港内堆积，减少清淤作业的作用，在易结冰的海域，浮式防波堤还能有效的阻挡冰块进入港口进而减少了对港口的不良影响，被防波堤吸收的能量可以通过发电装置转化为电能，浮式防波堤具备造价较低、运输快捷、安装方便、破坏环境较小的优点，且对海底资源的损害较小，因此具有很大的经济效益和较高的应用前景。
2、浮式防波堤的结构安全性内容主要包括：浮式防波堤的主体结构(主体、局部的强度与疲劳)的安全性、系泊系统(节点张力的评估、系泊点以及系泊缆强度)的安全性，以及连接结构的安全性，其主体结构的安全性主要受环境载荷、整体强度和节点强度的影响，在实际应用过程中，防波堤的整体强度和节点强度均为固定值，因此其结构安全性取决于在运行过程中受到的环境载荷，而浮式防波堤在波浪中所受到的载荷与防波堤的吃水、波浪的波高、相位、周期以及浪向角等密切相关，但防波堤在实际工作过程中，由于海洋环境的复杂性，导致影响防波堤的因素出现往往是随机的且自由组合的，因此，难以有效及时的对环境载荷进行计算。为此，我们提出基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，可以有效解决背景技术中的问题。
2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
3、基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，包括波浪参数获取模块、节点载荷获取模块、神经网络构建模块、整体载荷获取模块、预警策略制定模块、安全监测控制模块；
4、所述载荷参数获取模块用于采集浮式防波堤所受到的影响环境载荷大小的波浪特征参数，其中，所述波浪特征参数包括防波堤的吃水深度值、波浪的波高、相位、周期、浪向角中的至少一种；
5、所述节点载荷获取模块用于采集浮式防波堤的应力节点在所述波浪特征参数影响下的节点载荷值；
6、所述神经网络构建模块用于构建以获取的波浪特征参数为输出，以获取的节点载荷值为输出的神经网络模型，并根据构建的网络模型输出波浪特征参数与节点载荷值之间的映射关系式f:xi→fnj，其中，xi表示为第i个波浪特征参数值，fnj表示为第j个节点载荷值，所述神经网络模型为输入层-隐含层-输出层结构的bp神经网络模型，且所述bp神经网络模型的输入层神经元个数与所述波浪特征参数的种类数相等，所述输出层的神经元个数与输出的数据种类数相等，所述隐含层的神经元个数根据以下公式进行确定，具体为：
7、
8、式中，s表示为隐含层的神经元个数；m为输入层神经元个数；n为输出层的神经元个数；a为整数，且a的取值范围为[1,9]；表示为对中的值进行向大取整；
9、所述整体载荷获取模块对浮式防波堤的结构进行有限元分析，并根据获取的应力节点载荷值计算出浮式防波堤在所述波浪特征参数影响下的整体载荷值；
10、所述预警策略制定模块用于根据浮式防波堤的整体强度和节点强度及计算获取的浮式防波堤在所述波浪特征参数影响下的整体载荷值及应力节点载荷值制定预警策略，制定步骤包括：
11、获取待监测浮式防波堤的整体强度设计值ft和各节点强度设计值fsj，fsj表示为第j个节点强度设计值；
12、根据节点的度中心性计算其节点重要程度，计算公式为：
13、nij＝αd1j+βd2j
14、式中，n ij表示为第j个节点的重要程度评价值；d1j表示为第j个节点在整个浮式防波堤结构中串联连接的节点个数；d2j表示为第j个节点在整个浮式防波堤结构中并联连接的节点个数；α、β为常数系数，且α+β＝1，α＞β；
15、利用节点的重要程度评价值n ij创建样本集，记作{n i1，n i2，、、、，nij}，获取样本集中的均值和标准差，利用均值和标准差对数据进行标准化，标准化公式为在此式中z为标准参量，σ为样本数据的方差，μ为样本数据的均值；
16、完成标准化后，将标准参量利用将数值区间调整至[0,1]之间，利用f(k)的函数值对节点的重要程度评价值进行分类，分类的机制为：
17、当f(k)min≤f(k)＜f(k)1时，节点的重要程度评价值分类为一级；
18、当f(k)1≤f(k)＜f(k)2时，节点的重要程度评价值分类为二级；
19、当f(k)2≤f(k)＜f(k)max时，节点的重要程度评价值分类为三级；
20、其中，f(k)min，f(k)max分别为f(k)的函数值的最小值和最大值，f(k)1、f(k)2别为f(k)的中间值，且f(k)min＜f(k)1＜f(k)2＜＜f(k)max；
21、根据节点重要程度设定第j个节点的最大承受载荷值fnjmax和结构整体的最大承受载荷值ftmax，节点的最大承受载荷值fnjmax设定原则具体为：
22、当节点的重要程度评价值分类为一级时，其最大承受载荷值fnjmax≤(0.8-0.9)fsj；
23、当节点的重要程度评价值分类为二级时，其最大承受载荷值fnjmax≤(0.75-0.85)fsj；
24、当节点的重要程度评价值分类为三级时，其最大承受载荷值fnjmax≤(0.7-0.8)fsj；
25、结构整体的最大承受载荷值ftmax设定原则为：ftmax≤0.95ft；
26、以设置的节点的最大承受载荷值和结构整体的最大承受载荷值作为预警阈值；
27、所述安全监测控制模块用于当浮式防波堤的整体载荷值及应力节点载荷值触发预警策略时，进行告警动作。
28、系统的工作流程包括以下步骤：
29、获取待监测浮式防波堤的整体强度设计值ft和各节点强度设计值fsj；
30、根据节点的度中心性计算其节点重要程度，根据节点重要程度设定第j个节点的最大承受载荷值fnjmax和结构整体的最大承受载荷值ftmax；
31、以设置的节点的最大承受载荷值和结构整体的最大承受载荷值作为预警阈值，制定预警策略；
32、采集浮式防波堤所受到的影响环境载荷大小的波浪特征参数及浮式防波堤的应力节点在所述波浪特征参数影响下的节点载荷值的历史数据；
33、构建以获取的波浪特征参数为输出，以获取的节点载荷值为输出的神经网络模型，并根据构建的网络模型输出波浪特征参数与节点载荷值之间的映射关系式f:xi→fnj；
34、获取浮式防波堤所受到的影响环境载荷大小的实时波浪特征参数，根据获取的映射关系式f:xi→fnj求出各节点载荷值；
35、对浮式防波堤的结构进行有限元分析，并根据获取的应力节点载荷值计算出浮式防波堤在所述波浪特征参数影响下的整体载荷值；
36、判断获取的浮式防波堤的整体载荷值及应力节点载荷值是否触发预警策略，并当触发预警策略时进行告警动作。
37、本发明具有如下有益效果：
38、与现有技术相比，本发明技术方案通过获取待监测浮式防波堤的整体强度设计值和各节点强度设计值，根据节点重要程度设定节点的最大承受载荷值和结构整体的最大承受载荷值，以设置的节点的最大承受载荷值和结构整体的最大承受载荷值作为预警阈值，制定预警策略，采集浮式防波堤所受到的影响环境载荷大小的波浪特征参数及浮式防波堤的应力节点在所述波浪特征参数影响下的节点载荷值的历史数据，构建以获取的波浪特征参数为输出，以获取的节点载荷值为输出的神经网络模型，并根据构建的网络模型输出波浪特征参数与节点载荷值之间的映射关系式，获取浮式防波堤所受到的影响环境载荷大小的实时波浪特征参数，根据获取的映射关系式求出各节点载荷值，对浮式防波堤的结构进行有限元分析，并根据获取的应力节点载荷值计算出浮式防波堤在所述波浪特征参数影响下的整体载荷值，判断获取的浮式防波堤的整体载荷值及应力节点载荷值是否触发预警策略，并当触发预警策略时进行告警动作，通过构建的神经网络模型，能够获取在不同影响因素组合工况下的环境载荷，从而根据实时波浪特征参数及时对环境载荷进行计算，以实现浮式防波堤主体结构安全性的实时监测预警。
1.基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于，包括波浪参数获取模块、节点载荷获取模块、神经网络构建模块、整体载荷获取模块、预警策略制定模块、安全监测控制模块；
2.根据权利要求1所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：所述波浪特征参数包括防波堤的吃水深度值、波浪的波高、相位、周期、浪向角中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：所述神经网络模型为输入层-隐含层-输出层结构的bp神经网络模型，且所述bp神经网络模型的输入层神经元个数与所述波浪特征参数的种类数相等，所述输出层的神经元个数与输出的数据种类数相等。
4.根据权利要求3所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：所述隐含层的神经元个数根据以下公式进行确定，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：预警策略制定步骤包括：
6.根据权利要求5所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：节点的最大承受载荷值fnjmax设定原则具体为：
7.根据权利要求5所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：结构整体的最大承受载荷值ftmax设定原则为：ftmax≤0.95ft。
8.根据权利要求1所述的基于多源数据的浮式防波堤结构安全监测预警系统，其特征在于：所述系统的工作流程包括以下步骤：
