[发明专利]区域河湖水系连通联合调度和水质安全保障方法及系统

权利要求书

1.区域河湖水系连通联合调度和水质安全保障方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、采集研究区域的基础数据，构建基础数据集，所述基础数据包括河湖水系连通格局数据、跨年度的水量水质数据，以及区域水利工程数据；

步骤S2、基于所述河湖水系连通格局数据，构建研究区域分块的拓扑有向图；

步骤S3、构建区域河湖水量水质模型，以及区域水质改善联合调度方法，以基础数据作为输入值求解所述区域河湖水量水质模型，得到水量水质数据；

步骤S4、构建水质安全保障情景集并进行模拟，获得各情境下的工程模拟数据；

步骤S5、构建河湖水系连通工程群联合调度的多属性决策函数和约束条件，以水量水质目标、防洪目标和供水目标为寻优目标求解多属性决策函数，获得各个控制工程的最佳运行参数；

步骤S6、基于已构建的水质安全保障情景集，运用多属性决策函数，综合考虑各个目标，确定区域水质安全保障方案集合；

所述步骤S2进一步为：

步骤S21、读取研究区域的GIS地图，获取河湖水系连通格局数据，并渲染于GIS地图中；

步骤S22、基于水系分界线，采用图像分割方法，将研究区域划分为若干个子区域，针对每一子区域，构建河湖水系的拓扑有向图；

步骤S23、建立不同子区域的拓扑有向图的连接关系，形成区域整体拓扑有向图，形成拓扑有向图矩阵；

步骤S24、针对每一河流，构建河流的权重矩阵；

所述步骤S22进一步为：

步骤S22a、读取研究区域的GIS地图，构建n×n的高程检测窗口并在所述GIS地图上滑动，查找窗口中每一像素与周围像素的高程差，并建立相邻高程检测窗口高程差的方向矢量图，若高程差大于阈值且相邻两个高程检测窗口中的高程差方向相反，则标注为分水线像素，并放入分水线像素集合，n为自然数；

步骤S22b、读取分水线像素集合中的各个分水线像素，按照坐标生成分水线矢量图，添加标志性颜色，并渲染于GIS地图中；

步骤S22c、以分水线作为分割线，将研究区域分成预定个集水区域，每个集水区域与至少一个河流建立关联关系；

步骤S22d、读取河湖水系连通格局数据，解析其中的具有可调参数的工程节点，构建每一可调参数的状态空间，并基于状态空间构建动态河湖水系连通格局，形成动态拓扑有向图；

所述步骤S24进一步为：

步骤S24a、查找河流的交汇点，建立河流交汇点邻接矩阵集合；

步骤S24b、基于交汇点将每一河流划分为若干河段，判断相邻河流之间是否存在分水线，若存在，则基于分水线和交汇点划分相邻河段的集水区域；若不存在，以河流的交汇点、两个河段的起点为端点，构建相邻河流集水区域，并计算相邻两个河段的欧式中线，以欧式中线为分水线，划分集水区；

步骤S24c、采集各个集水区包括降雨量以及径流量在内数据，构建综合权重指数，并归一化，基于归一化的综合权重指数构建河流的权重矩阵；

所述步骤S5中，

所述多属性决策函数为：maxW（x）=[F1(x)，F2(x)，F3（x），…]，其中，W（x）为多属性决策函数，F1(x)为生态环境目标函数，F2(x)为社会效益目标函数，F3（x）为经济效益目标函数，x为自变量；针对每一单元，所述约束条件为：

水量平衡约束，S_t+1=S_t+(W_t-Q_t)×∆t-I_t；水位约束，Z_t,min≤Z_t≤Z_t,max；流量约束，Q_t,min≤Q_t≤Q_t,max；流速约束，V_t,min≤V_t≤V_t,max；水质约束，q_t≤q_t,max；S_t为控制单元t时段末的蓄水量，Z_t为该控制单元t时段的水位；Q_t为该控制单元t时段允许的最小流量，V_t为该控制单元t时段允许的最小流速；I_t为该控制单元t时段最低水质目标，max和min分别表示数据的最大值和最小值；W_t为控制单元在t时刻现状工程剩余拦蓄水量；

所述步骤S6进一步为：

步骤S61、获取已构建的水质安全保证情景集；

步骤S62、构建可拓物元方案集，包括确定经典域和节域，确定待测样本物元和关联函数值，确定权重系数，确定待测样本对各类的关联度，对待测样本所属类别的判定，以及选择每类最优样本；

其中确定权重系数的过程包括：将各个元素分成若干层，每层具有若干组，形成不同层次的元素指标，比较两两指标，得出单个指标的重要性，构造判断矩阵；进行权重的确定及一致性检验；

步骤S63、构建决策变量指标体系权重分配方案，为各个决策变量指标赋予权重，求解函数，获得水质保障参数，形成区域水质安全保障方案集合。