[发明专利]基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系统自动优化方法

说明书

本发明公开了基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系统自动优化方法，首先根据基础资料完成研究区SWMM地块模型搭建，生成inp格式的模型输入文件；通过对SWMM进行二次开发，写入接口函数后在VS2013编辑器中生成DLL格式文件，用以MATLAB调用；再次用MATLAB编程实现粒子群优化算法与SWMM耦合；最后通过粒子群算法迭代寻优，找到使研究区节点溢流量最小的优化设计方案，实现城市雨水排水系统自动优化。利用软件编程代替人工输入，采用优化算法代替人工自拟优化情景，并同时对LID设施和雨水管网进行优化，即能快速、准确地找到最优解，还能顾及到优化的整体性。

技术领域

本发明属于城市雨水管网和LID设施布设优化技术领域，涉及基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系统自动优化方法。

背景技术

近些年，随着城市的快速发展，下垫面硬化率快速提升，城市“内涝”现象愈发严重，海绵城市为缓解城市内涝提供了有效途径。不管是对于新建城市规划还是老旧城区改造，都存有方案制定优化的问题，目前，多采用数值模型进行相关的优化研究。然而，这些优化研究主要采用情景分析法，通过自拟几种优化方案，结合模型计算，根据模拟结果选出较优的优化方案。这种方法过于依靠设计人员的经验，无法保证结果达到最优；且该方法需要花费设计人员大量的时间和精力，过程过于繁琐。在对LID设施或雨水管网进行优化时，该方法由于仅从LID或雨水管网方面进行考虑，缺乏对LID设施和雨水管网相结合之后的整体效果考虑，不够全面，而且，依然存在最优解寻找困难和缺乏整体性优化的弊端，单方面优化之后独立的两者组合在一起是否效果最优，仍有待商榷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于SWMM的雨水管网和LID设施优化方法，解决了现有技术中过于依靠设计人员实际经验无法保证找到最优解，以及人工修改输入繁琐复杂的问题。

本方法通过软件编程能够便捷地实现模型中LID和雨水管网参数输入的自动修改，并实现修改后的模型自动运行，结合智能优化算法找到最优解。

本发明所采用的技术是，基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系统自动优化方法，首先根据基础资料完成研究区SWMM地块模型搭建，生成inp格式的模型输入文件；通过对SWMM进行二次开发，写入接口函数后在VS2013编辑器中生成DLL格式文件，用以MATLAB调用；再次用MATLAB编程实现粒子群优化算法与SWMM耦合；最后通过粒子群算法迭代寻优，找到使研究区节点溢流量最小的优化设计方案，实现城市雨水排水系统自动优化。

具体步骤如下：

步骤1，利用研究区给定的地块资料(或CAD、卫星影像)、管网和雨水井资料以及LID布设资料等信息完成SWMM模型搭建，并对模型完成参数率定，最终生成inp格式的文本文件；

步骤2，对SWMM源代码进行二次开发，将MATLAB对SWMM动态链接库调用的接口函数写入SWMM源代码中，然后利用VS2013编辑器将写有接口函数的SWMM源代码生成DLL文件；

步骤3，用MATLAB编写粒子群算法程序，以研究区节点总溢流量为优化目标，构建目标优化函数，同时完成步骤1中inp文件的调用、修改以及DLL动态链接库的调用函数的编写；

步骤4，运行步骤3中MATLAB编写的粒子群优化算法程序，以步骤1中的inp文件为输入文件，以步骤3中构建的函数为目标函数，利用步骤3中inp文件和DLL动态链接库的调用函数进行粒子群算法的适应度值计算，通过不断迭代，最终得出最优的雨水管网和LID布设优化方案。

步骤2中生成的SWMM动态链接库具体如下：

该动态链接库是基于SWMM源代码，在C++语言环境下生成的动态链接库，可通过MATLAB进行调用，实现SWMM的文件输入、输出和程序运行以及SWMM模拟结果的读取。

步骤3中，目标函数的具体构建方法如下：