[发明专利]一种道路排涝负荷交叉口流量分配的预测方法

权利要求书

1.一种道路排涝负荷交叉口流量分配的预测方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、在T型一进两出道路交叉口处，以水深、流速、流量为变量，构建流量连续性方程、主路和支路的动量守恒方程和能量守恒方程，获得约束控制方程，建立交叉口处分流方程组；

流量连续性方程为：

h_uv_uB＝h_bv_bb+h_dv_dB

式中，h_u为主路上游水深；v_u为主路上游流速；B为主路断面宽度；h_b为支路水深；v_b为支路流速；b为支路断面宽度；h_d为主路下游水深；v_d为主路下游流速；

主路动量守恒方程为：

支路动量守恒方程为：

上式中，ρ为流体密度；g为重力加速度，Cc为支路断面收缩系数，Qu为主路来水流量，Qd为主路下游流量；

能量守恒方程为：

上式中，K₁₂为主路上游至主路下游能量损失系数，K₁₃为主路上游至支路能量损失系数；E_u为主路上游流体总能量；E_d为主路下游流体总能量；E_b为支路流体总能量；

步骤2、根据步骤1建立的交叉口处分流方程组，利用Matlab软件编写交叉口流量分配计算程序，以获得交叉口处分流方程组的最优解；

步骤3、运行步骤2的交叉口流量分配计算流程程序，求解步骤1中建立的交叉口处分流方程组，得到不同道路设计参数下交叉口分流的支路流量的最优解。

2.根据权利要求1所述的道路排涝负荷交叉口流量分配的预测方法，其特征是：在步骤2中，Matlab软件编写交叉口流量分配计算程序的流程步骤为：

步骤1)、定义未知量：

未知量有h_d，v_d，h_b，v_b，分别定义为x(1)、x(2)、x(3)、x(4)；

步骤2)，定义目标函数及约束函数；

定义目标函数为主路动量守恒方程与支路动量守恒方程的误差平方和最小；

定义约束条件为流量连续性方程和能量守恒方程；

步骤3)，编写目标函数m文件；

在matlab中建立M文件fun4.m，定义目标函数f(x)

定义格式：

Function f＝fun4(x)

f＝主路动量守恒方程²+支路动量守恒方程²；

步骤4)，编写约束函数m文件；

在matlab中建立M文件mycon.m，定义约束函数

定义格式：

Function[g，ceq]＝mycon(x)

g＝[]；

ceq＝[流量连续性方程；能量守恒方程1；能量守恒方程2]

步骤5)，建立主程序求解；

非线性规划求解的函数为fmincon，命令的基本格式为：

x＝fmincon(`fun`，x₀，A，b，Aeq，beq，vlb，vub，’mycon’，options)

其中，x为满足约束函数的极值；fun为目标函数m文件；x₀为迭代开始时x的初值；A与b分别表示线性不等式约束的系数矩阵与对应值，Aeq和beq分别表示线性等式约束的系数矩阵与对应值；若约束条件不是线性方程，用空矩阵表示；vlb与vub分别表示未知数的上下限；mycon与约束函数m文件；option为其他设置；

主程序为：

x₀＝[0.3；1；0.3；1]；

A＝[]；b＝[]；

Aeq＝[]；beq＝[]；

vlb＝[0；0；0；0]；vub＝[]；

[x，fval]＝fmincon(‘fun4’，x₀，A，b，Aeq，beq，vlb，vub，’mycon’)

步骤6)，根据迭代计算精度，重复步骤5)，直至迭代完成。