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公開番号2025016354
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-31
出願番号2024105427
出願日2024-06-28
発明の名称非飽和パラメータ数値の決定方法、装置および電子機器
出願人長江三峡集団実業発展(北京)有限公司,中国長江三峡集団有限公司,CHINA THREE GORGES CORPORATION
代理人個人
主分類G06Q 50/08 20120101AFI20250124BHJP(計算;計数)
要約【課題】不飽和パラメータ数値の決定方法、装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】本発明の方法は、予め設定されたモデルに従って、第1の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータと第2の予め設定された個数の浸透区画での不飽和パラメータの値の範囲を決定するステップと、不飽和パラメータ及び値の範囲に基づいて、第3の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせを生成するステップと、取得した水力発電工事の観測データに基づいて、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件を得るステップと、不飽和パラメータ組み合わせ、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件に基づいてシミュレーション計算を行い、シミュレーション計算結果を得るステップと、シミュレーション計算結果及び水力発電工事の観測データに基づいて、目標不飽和パラメータ組み合わせを決定し、不飽和パラメータの数値を得るステップと、を含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
不飽和パラメータ数値の決定方法であって、
予め設定されたモデルに従って、第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータと第２の予め設定された個数の浸透区画での前記不飽和パラメータの値の範囲を決定するステップであって、前記予め設定されたモデルはＶＧモデルであり、前記予め設定されたモデルは、下記式で表され、
JPEG
2025016354000007.jpg
22
132
ｓはモデル変数であり、ｙ、ｎは、細孔分布に関するパラメータであり，αは、吸気値に関するパラメータであり、θは、含水率であり、θ
ｓ
は、飽和体積含水量であり、θ
ｒ
は、残存体積含水量であり、ｋ
ｒ
は、土壤不飽和浸透係数であり、ｓ
ｅ
は、中間変数である、ステップと、
前記不飽和パラメータ及び前記値の範囲に基づいて、第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせを生成するステップと、
取得した水力発電工事の観測データに基づいて、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件を得るステップと、
前記不飽和パラメータ組み合わせ、前記有限要素モデル、及び前記シミュレーション計算条件に基づいてシミュレーション計算を行い、シミュレーション計算結果を得るステップと、
前記シミュレーション計算結果及び前記水力発電工事の観測データに基づいて、目標不飽和パラメータ組み合わせを決定し、前記不飽和パラメータの数値を得るステップと、を含み、
前記不飽和パラメータ及び前記値の範囲に基づいて、第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせを生成する前記ステップは、
前記第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータの中から第１の不飽和パラメータ、第２の不飽和パラメータ、及び残りの不飽和パラメータを決定するステップと、
前記第１の不飽和パラメータと第２の不飽和パラメータとの間の関係方程式を取得するステップであって、前記関係方程式及び前記第１の不飽和パラメータは、前記第２の不飽和パラメータを表すものである、ステップと、
前記第１の不飽和パラメータ、前記関係方程式、前記残りの不飽和パラメータ、前記値の範囲、及び直交設計法である予め設定された方法によって、前記浸透区画での各前記不飽和パラメータの候補数値を得て、第３の予め設定された個数の前記不飽和パラメータ組み合わせを生成するステップと、を含み、
取得した水力発電工事の観測データに基づいて、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件を得る前記ステップは、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、プロファイルデータ点を得るステップと、
前記プロファイルデータ点及び予め設定されたグリッドタイプに基づいて、前記有限要素モデルを得るステップと、
前記有限要素モデルを一般化して、前記有限要素モデルを第２の予め設定された個数の前記浸透区画に分割するステップと、
前記浸透区画の浸透区画パラメータを取得するステップと、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、前記有限要素モデルの境界条件及び初期水位条件を得るステップと、
前記浸透区画パラメータ、前記境界条件及び前記初期水位条件に基づいて、前記シミュレーション計算条件を得るステップと、を含み、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、前記有限要素モデルの境界条件及び初期水位条件を得る前記ステップは、
水力発電工事の観測データに基づいて、予め設定された期間の水位線を得るステップと、
前記水位線に基づいて、前記有限要素モデルの斜面水頭境界を決定するステップと、
前記有限要素モデルの左側境界を水頭境界として、前記水力発電工事の観測データに基づいて前記水頭境界の水位値を決定するステップであって、前記水力発電工事の観測データに基づいて前記水頭境界の水位値を決定する前記ステップは、
水力発電工事の観測データにおけるボーリング孔水位観測資料によって反転して前記水頭境界の水位値を決定するステップを含むステップと、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、実測観測水頭値を得るステップと、
第４の予め設定された個数の分水界水位値を取得するステップと、
予め設定された浸透解析方法及び前記分水界水位値によって、各ボーリング位置の水頭計算値及び対応する境界水頭値を得るステップと、
前記水頭計算値及び前記境界水頭値を利用して、初期ニューラルネットワークを訓練し、訓練済みニューラルネットワークを得るステップと、
前記実測観測水頭値を前記訓練済みニューラルネットワークに入力して、前記初期水位条件を得るステップと、を含む、ことを特徴とする不飽和パラメータ数値の決定方法。
続きを表示（約 3,500 文字）【請求項２】
前記不飽和パラメータ組み合わせ、前記有限要素モデル、及び前記シミュレーション計算条件に基づいてシミュレーション計算を行い、シミュレーション計算結果を得る前記ステップは、
前記第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせの中から１つの前記不飽和パラメータ組み合わせを計算対象の不飽和パラメータ組み合わせとして選択するステップと、
前記計算対象の不飽和パラメータ組み合わせ、前記有限要素モデル、及び前記シミュレーション計算条件に基づいて、シミュレーション計算を行い、前記計算対象の不飽和パラメータ組み合わせに対応する単一組み合わせシミュレーション計算結果を得るステップと、
前記前記第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせの中から１つの前記不飽和パラメータ組み合わせを計算対象の不飽和パラメータ組み合わせとして選択するステップから、各前記不飽和パラメータ組み合わせに対応する単一組み合わせシミュレーション計算結果が得られるまで、後続のステップを実行するステップと、
すべての前記単一組み合わせシミュレーション計算結果を統合し、前記シミュレーション計算結果を得るステップと、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シミュレーション計算結果及び前記水力発電工事の観測データに基づいて、目標不飽和パラメータ組み合わせを決定し、前記不飽和パラメータの数値を得る前記ステップは、
第５の予め設定された個数の検出データ点を決定するステップと、
前記シミュレーション計算結果に基づいて、各前記不飽和パラメータ組み合わせに対応する予め設定された時間での零圧力面位置を得るステップと、
前記零圧力面位置及び前記検出データ点に基づいて、各前記不飽和パラメータ組み合わせの各前記検出データ点での予測データを得るステップと、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、前記予測データに対応する実測データを得るステップと、
前記予測データ及び前記実測データに基づいて、各前記不飽和パラメータ組み合わせの各前記検出データ点での誤差を計算するステップと、
前記誤差に基づいて、各前記不飽和パラメータ組み合わせに対応する総誤差を計算するステップと、
最小総誤差に対応する前記不飽和パラメータ組み合わせを、前記不飽和パラメータの前記数値を含む前記目標不飽和パラメータ組み合わせとして特定するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
不飽和パラメータ数値の決定装置であって、
予め設定されたモデルに従って、第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータと第２の予め設定された個数の浸透区画での前記不飽和パラメータの値の範囲を決定する決定モジュールであって、
前記予め設定されたモデルはＶＧモデルであり、前記予め設定されたモデルは、下記式で表され、
JPEG
2025016354000008.jpg
22
132
ｓはモデル変数であり、ｙ、ｎは、細孔分布に関するパラメータであり、αは、吸気値に関するパラメータであり、θは、含水率であり、θ
ｓ
は、飽和体積含水量であり、θ
ｒ
は、残存体積含水量であり、ｋ
ｒ
は、土壤不飽和浸透係数であり、ｓ
ｅ
は、中間変数である、決定モジュールと、
前記不飽和パラメータ及び前記値の範囲に基づいて、第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせを生成する生成モジュールと、
取得した水力発電工事の観測データに基づいて、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件を得る第１の獲得モジュールと、
前記不飽和パラメータ組み合わせ、前記有限要素モデル、及び前記シミュレーション計算条件に基づいてシミュレーション計算を行い、シミュレーション計算結果を得る計算モジュールと、
前記シミュレーション計算結果及び前記水力発電工事の観測データに基づいて、目標不飽和パラメータ組み合わせを決定し、前記不飽和パラメータの数値を得る第２の獲得モジュールと、を含み、
前記生成モジュールは、
前記第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータの中から第１の不飽和パラメータ、第２の不飽和パラメータ、及び残りの不飽和パラメータを決定する第１の決定ユニットと、
前記第１の不飽和パラメータと第２の不飽和パラメータとの間の関係方程式を取得する第１の取得ユニットであって、前記関係方程式及び前記第１の不飽和パラメータは、前記第２の不飽和パラメータを表すものである、第１の取得ユニットと、
前記第１の不飽和パラメータ、前記関係方程式、前記残りの不飽和パラメータ、前記値の範囲、及び予め設定された方法によって、前記浸透区画での各前記不飽和パラメータの候補数値を得て、第３の予め設定された個数の前記不飽和パラメータ組み合わせを生成する生成ユニットと、を含み、
前記第１の獲得モジュールは、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、プロファイルデータ点を得る第１の獲得ユニットと、
前記プロファイルデータ点及び予め設定されたグリッドタイプに基づいて、前記有限要素モデルを得る第２の獲得ユニットと、
前記有限要素モデルを一般化して、前記有限要素モデルを第２の予め設定された個数の前記浸透区画に分割する分割ユニットと、
前記浸透区画の浸透区画パラメータを取得する第２の取得ユニットと、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、前記有限要素モデルの境界条件及び初期水位条件を得る第３の獲得ユニットと、
前記浸透区画パラメータ、前記境界条件及び前記初期水位条件に基づいて、前記シミュレーション計算条件を得る第４の獲得ユニットと、を含み、
前記第３の獲得ユニットは、
水力発電工事の観測データに基づいて、予め設定された期間の水位線を得る第１の獲得サブモジュールと、
水位線に基づいて、有限要素モデルの斜面水頭境界を決定する第１の決定サブモジュールと、
有限要素モデルの左側境界を水頭境界として、水力発電工事の観測データに基づいて水頭境界の水位値を決定する第２の決定サブモジュールであって、前記水力発電工事の観測データに基づいて前記水頭境界の水位値を決定することは、水力発電工事の観測データにおけるボーリング孔水位観測資料によって反転して前記水頭境界の水位値を決定するステップを含む、第２の決定サブモジュールと、
水力発電工事の観測データに基づいて、実測観測水頭値を得る第２の獲得サブモジュールと、
第４の予め設定された個数の分水界水位値を取得する取得サブモジュールと、
予め設定された浸透解析方法及び分水界水位値に基づいて、各ボーリング位置の水頭計算値及び対応する境界水頭値を得る第４の獲得サブモジュールと、
水頭計算値及び境界水頭値を利用して、初期ニューラルネットワークを訓練し、訓練済みニューラルネットワークを得る訓練サブモジュールと、
実測観測水頭値を訓練済みニューラルネットワークに入力して、初期水位条件を得る第３の獲得サブモジュールと、を含む、ことを特徴とする不飽和パラメータ数値の決定装置。
【請求項５】
プロセッサと、通信インターフェースと、メモリと、通信バスと、を含み、
前記プロセッサ、前記通信インターフェース、及び前記メモリは、前記通信バスを介して互いに通信する電子機器であって、
前記メモリは、コンピュータプログラムを記憶するものであり、
前記プロセッサは、前記メモリに記憶された前記コンピュータプログラムを動作することにより請求項１～３のいずれか１項に記載の方法ステップを実行するものである、ことを特徴とする電子機器。
【請求項６】
コンピュータプログラムが記憶されており、前記コンピュータプログラムは、プロセッサによって実行されると、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法ステップを実行する、ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水利・水力発電工事の技術分野に関し、特に不飽和パラメータ数値の決定方法、装置、及び電子機器に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
大規模な水利・水力発電工事では、浸透流の問題はダムの安全性の鍵となり、浸透流解析はダム設計上の非常に重要なことであり、浸透流及び浸透抑制は、水利・水力発電工事にとって非常に重要な課題である。従来の浸透流場解析は、飽和又は安定浸透流場解析が多く、降雨浸透や洪水放流などの不飽和条件下での浸透流解析はほとんど行われていない。このような不飽和の状況は実際の工事ではよくあることであるが、既存のフィールド実験方法では不飽和パラメータを取得することは非常に難しく、ほとんど誤差が大きい。近年、水利・水力発電工事の分野では、浸透圧力や水頭などの実際のデータを取得し、特定の逆解析方法を使用して、浸透流場の不飽和パラメータを合理的に導き出す浸透流逆解析研究が徐々に増加している。
【０００３】
屋内試験や逆解析を通じて不飽和パラメータを取得する現在一般的に使用されている方法には、主に次のような欠点が存在する。水利・水力発電工事の実際の建設と運営中には、境界水頭の変更、ダム基礎の掘削・盛土や降雨、洪水放流などの影響により、岩盤の浸透流場は動的に変化することが多く、屋内試験でこの動的変化過程を正確にシミュレーションすることが困難である。現在の逆解析方法では、主に等分法が用いられており、パラメータの組み合わせが極めて多く、反転効率が低い。
【０００４】
したがって、従来技術では、岩盤浸透流場の動的変化過程をシミュレーションすることができず、正確な不飽和パラメータ数値を決定することが困難であり、取得効率が低いという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願は、岩盤浸透流場の動的変化過程をシミュレーションすることができず、正確な不飽和パラメータ数値を決定できず、取得効率が低いという、関連技術に存在する問題を少なくとも解決するために、不飽和パラメータ数値の決定方法、装置、及び電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の実施例の一態様によれば、
予め設定されたモデルに従って、第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータと第２の予め設定された個数の浸透区画での前記不飽和パラメータの値の範囲を決定するステップと、
前記不飽和パラメータ及び前記値の範囲に基づいて、第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせを生成するステップと、
取得した水力発電工事の観測データに基づいて、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件を得るステップと、
前記不飽和パラメータ組み合わせ、前記有限要素モデル、及び前記シミュレーション計算条件に基づいてシミュレーション計算を行い、シミュレーション計算結果を得るステップと、
前記シミュレーション計算結果及び前記水力発電工事の観測データに基づいて、目標不飽和パラメータ組み合わせを決定し、前記不飽和パラメータの数値を得るステップと、を含む不飽和パラメータ数値の決定方法を提供する。
【０００７】
本願の実施例の別の態様によれば、
予め設定されたモデルに従って、第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータと第２の予め設定された個数の浸透区画での前記不飽和パラメータの値の範囲を決定する決定モジュールと、
前記不飽和パラメータ及び前記値の範囲に基づいて、第３の予め設定された個数の不飽和パラメータ組み合わせを生成する生成モジュールと、
取得した水力発電工事の観測データに基づいて、有限要素モデル及びシミュレーション計算条件を得る第１の獲得モジュールと、
前記不飽和パラメータ組み合わせ、前記有限要素モデル、及び前記シミュレーション計算条件に基づいてシミュレーション計算を行い、シミュレーション計算結果を得る計算モジュールと、
前記シミュレーション計算結果及び前記水力発電工事の観測データに基づいて、目標不飽和パラメータ組み合わせを決定し、前記不飽和パラメータの数値を得る第２の獲得モジュールと、を含む、不飽和パラメータ数値の決定装置をさらに提供する。
【０００８】
任意選択で、生成モジュールは、
前記第１の予め設定された個数の決定対象の不飽和パラメータの中から第１の不飽和パラメータ、第２の不飽和パラメータ、及び残りの不飽和パラメータを決定する第１の決定ユニットと、
前記第１の不飽和パラメータと第２の不飽和パラメータとの間の関係方程式を取得する第１の取得ユニットであって、前記関係方程式及び前記第１の不飽和パラメータは、前記第２の不飽和パラメータを表すものである、第１の取得ユニットと、
前記第１の不飽和パラメータ、前記関係方程式、前記残りの不飽和パラメータ、前記値の範囲、及び予め設定された方法によって、前記浸透区画での各前記不飽和パラメータの候補数値を得て、第３の予め設定された個数の前記不飽和パラメータ組み合わせを生成する生成ユニットと、を含む。
【０００９】
任意選択で、第１の獲得モジュールは、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、プロファイルデータ点を得る第１の獲得ユニットと、
前記プロファイルデータ点及び予め設定されたグリッドタイプに基づいて、前記有限要素モデルを得る第２の獲得ユニットと、
前記有限要素モデルを一般化して、前記有限要素モデルを第２の予め設定された個数の前記浸透区画に分割する分割ユニットと、
前記浸透区画の浸透区画パラメータを取得する第２の取得ユニットと、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、前記有限要素モデルの境界条件及び初期水位条件を得る第３の獲得ユニットと、
前記浸透区画パラメータ、前記境界条件及び前記初期水位条件に基づいて、前記シミュレーション計算条件を得る第４の獲得ユニットと、を含む。
【００１０】
任意選択で、第３の獲得ユニットは、
水力発電工事の観測データに基づいて、予め設定された期間の水位線を得る第１の獲得サブモジュールと、
前記水位線に基づいて、前記有限要素モデルの斜面水頭境界を決定する第１の決定サブモジュールと、
前記有限要素モデルの左側境界を水頭境界として、前記水力発電工事の観測データに基づいて前記水頭境界の水位値を決定する第２の決定サブモジュールと、
前記水力発電工事の観測データに基づいて、実測観測水頭値を得る第２の獲得サブモジュールと、
前記実測観測水頭値を訓練済みニューラルネットワークに入力して、前記初期水位条件を得る第３の獲得サブモジュールと、を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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