本发明具体涉及水利水电工程技术领域，尤其涉及一种多级放空洞仿真模拟调试系统及仿真模拟调试方法。
背景技术：
高坝工程为我国经济社会发展带来巨大能源效益，工程放空技术是其稳定、安全运行的重要保障。但是，高坝工程建筑物往往由于结构承受巨大水推力作用而无法布置在80m水深以下，导致高坝工程蓄水深度和蓄水量受限于取水建筑物的布置高程、闸门尺寸、闸门结构形式及运行方式。极大影响了我国相关行业的取水范围及用水量，甚至需要布置更多的建筑物、投入更多的金属设备、时间、人力、物力成本来满足需求，而在高坝工程的放空处理流程中，现有技术中仍然较多地采用人工操作的控制方法，放空操作流程十分复杂，稍不留意则会造成安全事故，并且使操作员费时费力，给放空作业带来很大的难度，可靠性也较低，因此，设计一种能够模拟多级放空洞高坝运行的仿真系统，使用户能够预先直观地发现工艺流程中间存在的风险或缺陷，便于采取相应有效的措施进行调整，对于提高操作工艺可靠性和高坝工程运行的安全性是十分有必要的。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多级放空洞仿真模拟调试系统及仿真模拟调试方法。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种多级放空洞仿真模拟调试系统，包括沿着水流下泄途径挖掘有隧洞，沿着水流流向在所述隧洞之上按照适当间距设置有n级闸门装置，所述隧洞与n级闸门装置构成多级高坝放空洞，每级闸门装置均包括多个硬件设施，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统包括监测元件、采集模块、基础图形模块、水体图形模块、显示模块和指令分析模块；
监测元件：用于对各级闸门装置以内的硬件设施和水体进行监测，获取所述隧洞的形状信息、获取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息；
采集模块：所述采集模块用于接收来自于所述监测元件的所述隧洞的形状信息、各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施以内的水位信息，并将其存储在映射数据库以内，所述采集模块内置有指令接收器，指令接收器用于接收来自于指令分析模块的控制指令，并根据该控制指令更新存储于映射数据库以内的各种信息；
基础图形模块：所述基础图形模块用于以所述隧洞水流入口端底面为原点，以所述隧洞延伸方向为横坐标，以所述隧洞高度方向为纵坐标建立直角坐标系，并根据当前的工作模式，先从所述映射数据库中提取所述隧洞的形状信息，根据适当的比例，在该直角坐标系以内绘制出相应的隧洞图形，再从所述映射数据库中提取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息，以所述硬件设施的位置信息为横坐标值，以所述硬件设施的高程信息为纵坐标值，在该直角坐标系以内相对应的位置处，根据该硬件设施的属性信息和形状信息，根据适当的比例，绘制出相对应的设施图形，所述所述基础图形模块还用于接收来自于指令分析模块的控制指令，并根据该控制指令更新所述隧洞图形、设施图形；
水体图形模块：用于从所述映射数据库中提取各个硬件设施以内的水位信息，在所述直角坐标系上，以所述直角坐标系横坐标轴、纵坐标轴、隧洞图形轮廓、纵坐标值等于所述水位信息的直线以及与其相交的设施图形轮廓围绕形成的封闭面域为填充区，在该填充区内填充图案作为水体图形；
显示模块：用于向用户显示所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形；
指令分析模块：用于接收来自于用户的控制指令和模式切换指令，所述模式切换指令用于使所述多级放空洞仿真模拟调试系统运行模式在仿真模式和实际模式之间切换，当处于仿真模式时，将所有控制指令转发至采集模块，当处于实际模式时，关闭所述采集模块以内的指令接收器。
所述硬件设施包括闸门门体、联通管道和阀门。
所述多级高坝放空洞设置有与其对应的实际控制系统，所述采集模块与该实际控制系统相连，用于接收来自于该实际控制系统的隧洞的形状信息、各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息，并将其存储在映射数据库以内。
所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统还包括预警模块，用于将存储在映射数据库以内的硬件设施位置信息、硬件设施状态信息分别与所述硬件设施属性信息以内预设的阈值范围进行比较，当比较结果为超出阈值范围时，向用户发出报警信号。
此外，本发明还提供了一种使用所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统的仿真模拟调试方法，沿着水流下泄途径挖掘有隧洞，沿着水流流向在所述隧洞之上按照适当间距设置有n级闸门装置，所述隧洞与n级闸门装置构成多级高坝放空洞，每级闸门装置均包括多个硬件设施，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试方法包括以下步骤：
步骤一：通过设置于所述各级闸门装置以内的监测元件获取所述隧洞的形状信息、获取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息；
步骤二：以所述隧洞水流入口端底面为原点，以所述隧洞延伸方向为横坐标，以所述隧洞高度方向为纵坐标建立直角坐标系；
步骤三：先从所述映射数据库中提取所述隧洞的形状信息，根据适当的比例，在该直角坐标系以内绘制出相应的隧洞图形，再从所述映射数据库中提取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息，以所述硬件设施的位置信息为横坐标值，以所述硬件设施的高程信息为纵坐标值，在该直角坐标系以内相对应的位置处，根据该硬件设施的属性信息、形状信息和状态信息，根据适当的比例，绘制出相对应的设施图形；
步骤四：在所述直角坐标系上，以所述直角坐标系横坐标轴、纵坐标轴、隧洞图形轮廓、纵坐标值等于所述水位信息的直线以及与其相交的设施图形轮廓围绕形成的封闭面域为填充区，在该填充区内填充图案作为水体图形：
步骤五：通过显示模块向用户显示所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形；
步骤六：在用户需要时，通过指令分析模块向所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统发出控制指令，重复步骤三至步骤六，更新所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形之后向用户显示。
所述控制指令包括模式切换指令、设施状态切换指令。
所述多级高坝放空洞仿真模拟调试方法还包括：在用户需要时，通过指令分析模块将多个控制指令按顺序排列组成工艺指令串，通过所述指令分析模块向所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统发出控制指令，重复步骤三至步骤六，更新所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形之后向用户显示。
本发明的有益效果在于：采用本发明的技术方案，相比现有技术，通过预先对多级放空洞高坝工程的运行和操作工艺进行模拟演示，使用户能够直观地找出多级放空洞高坝工程运行中存在的安全风险和操作缺陷，便于及时采取有效措施进行调整，以保证多级放空洞高坝工程的安全运行，避免造成安全事故，本发明提供的仿真模拟调试系统可以与多级放空洞高坝工程控制系统并行运行，互不影响，并在仿真调试的过程中，可以直接从控制系统内读取相关数据，使获取的数据真实性和可靠性较高，为进行准确仿真、模拟奠定了基础，并可在仿真模拟时，用户可以对操作工艺进行相应的编排，以检验操作工艺是否完善。
附图说明
图1是本发明仿真模拟调试系统的结构示意图；
图2是本发明仿真模拟调试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明的一种多级放空洞仿真模拟调试系统及仿真模拟调试方法，如图1所示，包括沿着水流下泄途径挖掘有隧洞，沿着水流流向在所述隧洞之上按照适当间距设置有n级闸门装置，所述隧洞与n级闸门装置构成多级高坝放空洞，每级闸门装置均包括多个硬件设施，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统包括监测元件、采集模块、基础图形模块、水体图形模块、显示模块和指令分析模块；
监测元件：用于对各级闸门装置以内的硬件设施和水体进行监测，获取所述隧洞的形状信息、获取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息；
采集模块：所述采集模块用于接收来自于所述监测元件的所述隧洞的形状信息、各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施以内的水位信息，并将其存储在映射数据库以内，所述采集模块内置有指令接收器，指令接收器用于接收来自于指令分析模块的控制指令，并根据该控制指令更新存储于映射数据库以内的各种信息；进一步地，所述硬件设施包括闸门门体、联通管道和阀门。
基础图形模块：所述基础图形模块用于以所述隧洞水流入口端底面为原点，以所述隧洞延伸方向为横坐标，以所述隧洞高度方向为纵坐标建立直角坐标系，并根据当前的工作模式，先从所述映射数据库中提取所述隧洞的形状信息，根据适当的比例，在该直角坐标系以内绘制出相应的隧洞图形，再从所述映射数据库中提取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息，以所述硬件设施的位置信息为横坐标值，以所述硬件设施的高程信息为纵坐标值，在该直角坐标系以内相对应的位置处，根据该硬件设施的属性信息和形状信息，根据适当的比例，绘制出相对应的设施图形，所述所述基础图形模块还用于接收来自于指令分析模块的控制指令，并根据该控制指令更新所述隧洞图形、设施图形；
水体图形模块：用于从所述映射数据库中提取各个硬件设施以内的水位信息，在所述直角坐标系上，以所述直角坐标系横坐标轴、纵坐标轴、隧洞图形轮廓、纵坐标值等于所述水位信息的直线以及与其相交的设施图形轮廓围绕形成的封闭面域为填充区，在该填充区内填充图案作为水体图形；
显示模块：用于向用户显示所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形；
指令分析模块：用于接收来自于用户的控制指令和模式切换指令，所述模式切换指令用于使所述多级放空洞仿真模拟调试系统运行模式在仿真模式和实际模式之间切换，当处于仿真模式时，将所有控制指令转发至采集模块，当处于实际模式时，关闭所述采集模块以内的指令接收器。
进一步地，所述多级高坝放空洞设置有与其对应的实际控制系统，所述采集模块与该实际控制系统相连，用于接收来自于该实际控制系统的隧洞的形状信息、各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息，并将其存储在映射数据库以内。
进一步地，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统还包括预警模块，用于将存储在映射数据库以内的硬件设施位置信息、硬件设施状态信息分别与所述硬件设施属性信息以内预设的阈值范围进行比较，当比较结果为超出阈值范围时，向用户发出报警信号。
此外，如图2所示，本发明还提供了一种所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统的仿真模拟调试方法，沿着水流下泄途径挖掘有隧洞，沿着水流流向在所述隧洞之上按照适当间距设置有n级闸门装置，所述隧洞与n级闸门装置构成多级高坝放空洞，每级闸门装置均包括多个硬件设施，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试方法包括以下步骤：
步骤一：通过设置于所述各级闸门装置以内的监测元件获取所述隧洞的形状信息、获取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息；
步骤二：以所述隧洞水流入口端底面为原点，以所述隧洞延伸方向为横坐标，以所述隧洞高度方向为纵坐标建立直角坐标系；
步骤三：先从所述映射数据库中提取所述隧洞的形状信息，根据适当的比例，在该直角坐标系以内绘制出相应的隧洞图形，再从所述映射数据库中提取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息，以所述硬件设施的位置信息为横坐标值，以所述硬件设施的高程信息为纵坐标值，在该直角坐标系以内相对应的位置处，根据该硬件设施的属性信息、形状信息和状态信息，根据适当的比例，绘制出相对应的设施图形；
步骤四：在所述直角坐标系上，以所述直角坐标系横坐标轴、纵坐标轴、隧洞图形轮廓、纵坐标值等于所述水位信息的直线以及与其相交的设施图形轮廓围绕形成的封闭面域为填充区，在该填充区内填充图案作为水体图形：
步骤五：通过显示模块向用户显示所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形；
步骤六：在用户需要时，通过指令分析模块向所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统发出控制指令，重复步骤三至步骤六，更新所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形之后向用户显示。
进一步地，所述控制指令包括模式切换指令、设施状态切换指令。
进一步地，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试方法还包括：在用户需要时，通过指令分析模块将多个控制指令按顺序排列组成工艺指令串，通过所述指令分析模块向所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统发出控制指令，重复步骤三至步骤六，更新所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形之后向用户显示。
采用本发明的技术方案，相比现有技术，通过预先对多级放空洞高坝工程的运行和操作工艺进行模拟演示，使用户能够直观地找出多级放空洞高坝工程运行中存在的安全风险和操作缺陷，便于及时采取有效措施进行调整，以保证多级放空洞高坝工程的安全运行，避免造成安全事故，本发明提供的仿真模拟调试系统可以与多级放空洞高坝工程控制系统并行运行，互不影响，并在仿真调试的过程中，可以直接从控制系统内读取相关数据，使获取的数据真实性和可靠性较高，为进行准确仿真、模拟奠定了基础，并可在仿真模拟时，用户可以对操作工艺进行相应的编排，以检验操作工艺是否完善。
1.一种多级高坝放空洞仿真模拟调试系统，其特征在于：沿着水流下泄途径挖掘有隧洞，沿着水流流向在所述隧洞之上按照适当间距设置有n级闸门装置，所述隧洞与n级闸门装置构成多级高坝放空洞，每级闸门装置均包括多个硬件设施，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统包括监测元件、采集模块、基础图形模块、水体图形模块、显示模块和指令分析模块、执行模块；
监测元件：用于对各级闸门装置以内的硬件设施和水体进行监测，获取所述隧洞的形状信息、获取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息；
采集模块：所述采集模块用于接收来自于所述监测元件的所述隧洞的形状信息、各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施以内的水位信息，并将其存储在映射数据库以内，所述采集模块内置有指令接收器，指令接收器用于接收来自于指令分析模块的控制指令，并根据该控制指令更新存储于映射数据库以内的各种信息；指令分析模块应独立于采集模块，整个系统应为信息采集-指令分析-执行。
基础图形模块：所述基础图形模块用于以所述隧洞水流入口端底面为原点，以所述隧洞延伸方向为横坐标，以所述隧洞高度方向为纵坐标建立直角坐标系，并根据当前的工作模式，先从所述映射数据库中提取所述隧洞的形状信息，根据适当的比例，在该直角坐标系以内绘制出相应的隧洞图形，再从所述映射数据库中提取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息，以所述硬件设施的位置信息为横坐标值，以所述硬件设施的高程信息为纵坐标值，在该直角坐标系以内相对应的位置处，根据该硬件设施的属性信息和形状信息，根据适当的比例，绘制出相对应的设施图形，所述基础图形模块还用于接收来自于指令分析模块的控制指令，并根据该控制指令更新所述隧洞图形、设施图形；
水体图形模块：用于从所述映射数据库中提取各个硬件设施以内的水位信息，在所述直角坐标系上，以所述直角坐标系横坐标轴、纵坐标轴、隧洞图形轮廓、纵坐标值等于所述水位信息的直线以及与其相交的设施图形轮廓围绕形成的封闭面域为填充区，在该填充区内填充图案作为水体图形；
显示模块：用于向用户显示所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形、水体图形、阀门信息和渗水信息；设施图形还应有符号和状态指令、仿真显示的意义，能够具体反映在模拟或者实测工况下，相应的阀门开关和是否渗水状态，显示模块的存在是用抽象的图画直观显示整个运行系统的模拟或实际运行状态；
指令分析模块：用于接收来自于用户的控制指令和模式切换指令，所述模式切换指令用于使所述多级放空洞仿真模拟调试系统运行模式在仿真模式和实际模式之间切换，当处于仿真模式时，所有控制指令来源于用户人为模拟监测信息输送至采集模块，当处于实际模式时，采集模块收集各监测仪器的数据传送至指令系统进行指令分析后以控制指令发送给执行模块，切换采集模块与现场信息采集模块联通；
执行模块：用于在系统处于实际模式下时，驱动各个硬件设施运行。
2.根据权利要求1所述的一种多级放空洞仿真模拟调试系统，其特征在于：所述硬件设施包括闸门门体、闸门井、联通管道、溢水廊道、平压管和阀门。
3.根据权利要求1所述的一种多级放空洞仿真模拟调试系统，其特征在于：所述多级高坝放空洞设置有与其对应的实际控制系统，所述采集模块与该实际控制系统相连，用于接收来自于该实际控制系统的隧洞的形状信息、各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息，并将其存储在映射数据库以内。
4.根据权利要求1所述的一种多级放空洞仿真模拟调试系统，其特征在于：所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统还包括预警模块，用于将存储在映射数据库以内的硬件设施位置信息、硬件设施状态信息分别与所述硬件设施属性信息以内预设的阈值范围进行比较，当比较结果为超出阈值范围时，向用户发出报警信号。
5.一种使用如权利要求1至4任一项所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统的仿真模拟调试方法，其特征在于：沿着水流下泄途径挖掘有隧洞，沿着水流流向在所述隧洞之上按照适当间距设置有n级闸门装置，所述隧洞与n级闸门装置构成多级高坝放空洞，每级闸门装置均包括多个硬件设施，所述多级高坝放空洞仿真模拟调试方法包括以下步骤：
步骤一：通过设置于所述各级闸门装置以内的监测元件获取所述隧洞的形状信息、获取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息、各个硬件设施以内的水位信息；
步骤二：以所述隧洞水流入口端底面为原点，以所述隧洞延伸方向为横坐标，以所述隧洞高度方向为纵坐标建立直角坐标系；
步骤三：先从所述映射数据库中提取所述隧洞的形状信息，根据适当的比例，在该直角坐标系以内绘制出相应的隧洞图形，再从所述映射数据库中提取各个硬件设施的属性信息、各个硬件设施的形状信息、各个硬件设施的状态信息、各个硬件设施相对于所述隧洞水流入口端的位置信息、各个硬件设施相对于所述隧洞的高程信息，以所述硬件设施的位置信息为横坐标值，以所述硬件设施的高程信息为纵坐标值，在该直角坐标系以内相对应的位置处，根据该硬件设施的属性信息、形状信息和状态信息，根据适当的比例，绘制出相对应的设施图形；
步骤四：在所述直角坐标系上，以所述直角坐标系横坐标轴、纵坐标轴、隧洞图形轮廓、纵坐标值等于所述水位信息的直线以及与其相交的设施图形轮廓围绕形成的封闭面域为填充区，在该填充区内填充图案作为水体图形：
步骤五：通过显示模块向用户显示所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形；
步骤六：在用户需要时，通过指令分析模块向所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统发出控制指令，重复步骤三至步骤六，更新所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形之后向用户显示。
6.根据权利要求5所述的一种多级高坝放空洞仿真模拟调试方法，其特征在于：所述控制指令包括模式切换指令、设施状态切换指令。
7.根据权利要求5所述的一种多级高坝放空洞仿真模拟调试方法，其特征在于：所述多级高坝放空洞仿真模拟调试方法还包括：在用户需要时，通过指令分析模块将多个控制指令按顺序排列组成工艺指令串，通过所述指令分析模块向所述多级高坝放空洞仿真模拟调试系统发出控制指令，重复步骤三至步骤六，更新所述直角坐标系、隧洞图形、设施图形和水体图形之后向用户显示。
技术总结