[发明专利]基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型

权利要求书

1.一种基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型，其特征在于：包括如下步骤：

1)确定模型范围：确定精细化建模范围和粗略建模范围；

2)在线机理模型构建：对于精细化建模范围，于在线机理模型中建立一个可运行的inp文件，该文件包含排水系统仿真中拟使用的部分机理模型的各项输入参数，文件建立完成后，在Matlab平台中生成在线机理模型模块，并调用外部文件；

3)概念模型构建：对于粗略建模范围，将排水系统其余部分进行概化，保留关键节点、管道和设施，进行合并、简化或删除，在Matlab平台上生成相应的概念模型模块；

4)在线机理模型与概念模型耦合：建立排水系统设施间逻辑关系，连接在线机理模型模块与概念模型模块，通过对关联节点或管道输入、输出参数信息的对接，传导各关系节点、管道的水量、水位和水质信息；

5)模型参数校正：包括在线机理模型的参数校正和概念模型的参数校正；

6)通讯指令关系建立：上传各设施的状态参数、下达中央控制器/局部控制器的指令、模拟无线信号、模拟外部指令接入；

7)降雨过程建立：调用外部降雨文件或典型雨型数据库；

8)排水系统水量、水质模拟；

9)排水系统仿真控制；

10)数据模型辅助应用：首先构建神经网络模型，建立降雨、上游管网流速、流量与下游管网流量的关系，关系建立后用于径流及管网深度的预测；

11)模拟结果分析展示。

2.根据权利要求1所述的一种基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型，其特征在于：所述步骤3)概念模型构建模拟包括汇水区模块、管道模块、污水处理厂模块、内含泵站的调蓄池模块和节点模块，汇水区模块设置汇水区面积、初始损失、渗透损失、径流系数、污染物种类及浓度参数，管道模块模拟水流在管道中的传输过程，同样遵循马斯京根方法，包含相关参数的设置，污水处理厂模块模拟污水厂处理工艺以及污水厂附属调蓄、排空相关设施，调蓄池模块包含调蓄池体积、附属泵站的最大功率以及泵的启闭液位模拟，节点模块用于连接各个设施及管道，负责水量、水质平衡计算。

3.根据权利要求1所述的一种基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型，其特征在于：所述步骤5)模型参数校正中在线机理模型参数的校正采用手动校正模块，通过调节汇水区、管道、调蓄池、泵站相关参数，得到与监测数据吻合的校正参数，概念模型参数的校正采用自动校正模块，通过获取汇水区、管道、调蓄池、泵站信息，在Matlab平台编写寻优程序得到马斯京根参数(子段数N、传输时长K和权重系数X)的最佳值。

4.根据权利要求1所述的一种基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型，其特征在于：所述步骤8)包括求解在线机理模型的圣维南动力学方程、求解概念模型的马斯京根槽蓄和水量平衡方程演算流量，模拟水量的传输过程、通过污染物累积模型、污染物冲刷模型并求解污染物传输转化方程。

5.根据权利要求1所述的一种基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型，其特征在于：所述步骤9)排水系统仿真控制选择基于规则的仿真控制模块是根据规则控制法或模糊逻辑法的控制规则，选择受控设施和相应监测点，自动生成监测时间、水质、水位和流量信息和控制指令的响应关系，在模拟控制时利用实时监测值和响应关系得到设施控制值，利用PID控制方法控制设施平稳达到控制值。

6.根据权利要求1所述的一种基于Matlab的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型，其特征在于：所述步骤9)排水系统仿真控制选择优化策略仿真控制模块是根据优化算法(遗传算法、线性规划、非线性规划)的控制规则，选择受控设施和监测点，生成监测时间、水质、水位和流量信息，选择优化算法并设置算法参数，根据监测信息并结合系统控制目标，在仿真过程中通过优化算法实时计算出受控设施的最优控制值，利用PID控制方法控制设施平稳达到控制值。