[发明专利]一种城市地下排水管网养护智能决策方法及系统

说明书

本发明适用于管网养护技术领域，涉及一种城市地下排水管网养护智能决策方法及系统，包括以下步骤：排水管网功能性病害三维瞬时水力模型分析；利用有限单元拟合分析和足尺试验对参数进行率定，并验证排水管网功能性病害三维瞬时水力模型的准确性；结合节点水位迭代法、Preissmann狭缝法、Godunov有限体积法和非结构网格，重新构建地表一二维地下耦合连接模型；采用R语言、动态库链接技术和多源数据样本的长短记忆神经网络方法，实现一二维耦合连接模型的工程化二次开发，得到带内涝结果标签的城市排水管网功能性病害情况；建立排水管网养护的多目标规划智能决策模型及其求解方法。本发明可满足城市地下排水管网智能化、精确化和科学化管理和决策需求。

技术领域

本发明属于管网养护技术领域，尤其涉及一种城市地下排水管网养护智能决策方法及系统。

背景技术

由于全球气候变化，我国近年来由于排水管道功能性病害导致的城市内涝问题越来越频繁，强度越来越大，严重影响城市居民生活，几乎每一次重大内涝都导致伤亡事件，严重威胁到人民群众的生命财产，制约着整个城市的经济社会发展，因此有必要针对排水管道功能性病害与内涝的关系进行研究。

现有技术中，针对我国排水管道功能性病害与内涝的关系研究未考虑管道功能性病害、水流、上层空气的多相流互馈关系和重力场、应力场、流场等多场耦合对管道过流特性的影响，“固-液-气”多相流和多场耦合改变了管道汇流瞬时状态及地表地下水流一二维模型的参数取值，另外通过控制变量法逐一分析计算管道功能性病害和内涝区域的对应关系工作量大，难以实现。以上原因导致现有城市内涝预警及防灾决策系统的准确性较低。公开号为CN110298076A的专利提供了一种基于GIS和SWMM的城市内涝智能建模及分析方法，包括构建基于GIS和SWMM的模拟系统；对模型数据进行自动化预处理及自动识别拓扑错误；结合降雨量，基于SWMM进行水文水动力耦合模型计算，计算汇流进入排水管网系统的雨水量，模拟得到排水管网内实况信息，获得管点溢流数据；根据管点溢流数据进行地表水淹没分析，对地表积水进行模拟以获取地表积水深度，基于视窗法对地表水流进行分配；对地表积水内涝进行预警分析，综合考虑地表积水预测，基于水文水动力耦合模型的计算结果，根据地表水淹没分析的结果自动划分不同区域的内涝风险等级，为排水防涝应急提供预警方案。此专利主要是针对地表积水的研究并在此基础上基于水文水动力学耦合模型进行计算预测，所考虑的因素较为单一，得到的结果准确度难以保证。

因此，如何提供一种能考虑多相流、多场耦合下管道功能性病害对城市内涝的水文水动力学影响并能准确高效做出智能决策的方法及系统是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种城市地下排水管网养护智能决策方法，以解决现有技术中没有考虑多相流、多场耦合下管道功能性病害对城市内涝的水文水动力学影响以及所做出的智能决策准确性不高的问题；另外本发明还提供了一种城市地下排水管网养护智能决策系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

第一方面，本发明提供了一种城市地下排水管网养护智能决策方法，包括以下步骤：

S10、基于流体动力学和“质量-动量-能量”守恒理论的排水管网功能性病害三维瞬时水力模型分析；

S20、利用有限单元拟合分析和足尺试验对参数进行率定，并验证所述排水管网功能性病害三维瞬时水力模型的准确性；

S30、结合节点水位迭代法、Preissmann狭缝法、Godunov有限体积法和非结构网格，重新构建地表地下一二维耦合连接模型；

S40、采用R语言、动态库链接技术和多源数据样本的长短记忆神经网络方法，实现地表地下一二维耦合连接模型的工程化二次开发，得到带内涝结果标签的城市排水管网功能性病害情况；

S50、引入深度小世界神经网络、遗传算法和模拟退火算法，建立排水管网养护的多目标规划智能决策模型及其求解方法。