[發(fā)明專(zhuān)利]面向城市暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局快速優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010114935.8
• 申請(qǐng)日: 2020-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111275266B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙耀龍;邢漢發(fā);余華飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/04
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發(fā)明公開(kāi)了一種面向城市暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局快速優(yōu)化方法，包括：S1、建立面向暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局優(yōu)化問(wèn)題和多元線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的概念映射關(guān)系；S2、構(gòu)建線(xiàn)性目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)線(xiàn)性關(guān)系將徑流系數(shù)最小化的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為最直接的線(xiàn)性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)；S3、設(shè)置線(xiàn)性約束條件；S4、計(jì)算優(yōu)化結(jié)果，依次設(shè)置各徑流小區(qū)對(duì)應(yīng)的約束條件，循環(huán)迭代進(jìn)行線(xiàn)性規(guī)劃求解，將求解后的最優(yōu)不透水地表代入SCS?CN模型中進(jìn)行結(jié)果評(píng)價(jià)。本發(fā)明通過(guò)在多元線(xiàn)性規(guī)劃約束條件中加入總不透水地表面積約束，實(shí)現(xiàn)不透水地表總面積的嚴(yán)格限制，保證空間優(yōu)化前后城市不透水代表面積的一致性，實(shí)現(xiàn)從空間布局優(yōu)化的角度降低不透水地表對(duì)暴雨內(nèi)澇的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及地理信息系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域和城市空間規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是涉及一種面向城市暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局快速優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

伴隨城市化的快速發(fā)展，暴雨內(nèi)澇已成為我國(guó)典型的“城市病”，嚴(yán)重阻礙城市的可持續(xù)發(fā)展。其中，城市不透水地表作為城市發(fā)展的主要標(biāo)志，已被證明從面積和空間布局兩個(gè)角度對(duì)城市暴雨內(nèi)澇產(chǎn)生重要影響。城市不透水地表急劇擴(kuò)增，降低雨水滲透效率，導(dǎo)致城市地表產(chǎn)流時(shí)間縮減，地表徑流量增加，城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害頻發(fā)。因此，為緩解城市暴雨內(nèi)澇，降低城市不透水地表對(duì)地表徑流的影響是當(dāng)前急需解決的技術(shù)難題。

傳統(tǒng)以排為主的灰色管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)已難以緩解城市化對(duì)水環(huán)境的破壞。在面積角度上，國(guó)內(nèi)外提出許多有效的雨水管理手段，包括低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)(LID)、雨洪最佳管理措施(BMPs)、綠色基礎(chǔ)設(shè)施(GI)和海綿城市理論等，這些技術(shù)和理念旨在結(jié)合生態(tài)景觀(guān)科學(xué)的手段通過(guò)構(gòu)建綠色屋頂，生物蓄水、植被洼地等增加滲透性地表面積的方法緩解城市化對(duì)城市水環(huán)境的影響。這些手段主要強(qiáng)調(diào)通過(guò)構(gòu)建綠色屋頂，生物蓄水、植被洼地等增加滲透性地表面積的手段緩解城市化對(duì)城市水環(huán)境的影響。但當(dāng)前中國(guó)城市化發(fā)展已從新增用地規(guī)模擴(kuò)增轉(zhuǎn)化為存量用地質(zhì)量提升，通過(guò)增加城市滲透性地表面積的方式降低其對(duì)城市暴雨內(nèi)澇影響的手段將難以開(kāi)展。

而城市不透水地表除通過(guò)面積影響城市暴雨內(nèi)澇外，其空間布局對(duì)城市暴雨內(nèi)澇同樣產(chǎn)生顯著影響。學(xué)者發(fā)現(xiàn)低密度不透水地表均勻擴(kuò)張的空間布局對(duì)城市暴雨內(nèi)澇影響最小，相同面積的城市不透水地表因其空間布局差異對(duì)城市地表徑流影響也會(huì)存在較大差異。因此，結(jié)合當(dāng)前城市發(fā)展進(jìn)程，城市不透水地表空間布局優(yōu)化是緩解城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害另一個(gè)重要視角。在空間布局角度上，本研究組以SCS-CN模型計(jì)算的徑流系數(shù)最小化為目標(biāo)，將蟻群算法作為循環(huán)迭代優(yōu)化訓(xùn)練模型，借助不透水地表的連接要素構(gòu)建松散式耦合模型，遵循不透水地表類(lèi)型空間互換原則初步實(shí)現(xiàn)小范圍內(nèi)不透水地表空間布局優(yōu)化，但該方法仍存在優(yōu)化時(shí)間冗長(zhǎng)、空間改造強(qiáng)度大的不足，導(dǎo)致該模型難以考慮其他內(nèi)澇因素綜合優(yōu)化。因此，急需一種能夠極大縮短時(shí)間、降低不透水地表空間改造強(qiáng)度的的不透水地表空間快速優(yōu)化方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種面向城市暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局快速優(yōu)化方法，在有限的不透水地表面積減少的情況下，從空間布局優(yōu)化視角快速地實(shí)現(xiàn)不透水地表空間布局優(yōu)化，彌補(bǔ)已有技術(shù)的不足，合理降低不透水地表對(duì)暴雨內(nèi)澇的影響，同時(shí)為后續(xù)納入其他內(nèi)澇因素的綜合優(yōu)化提供可能性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

面向城市暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局快速優(yōu)化方法，包括下述步驟：

S1、建立面向暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局優(yōu)化問(wèn)題和多元線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的概念映射關(guān)系，從SCS-CN模型出發(fā)構(gòu)建空間布局優(yōu)化問(wèn)題與多元線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的合理映射，再通過(guò)多元線(xiàn)性行規(guī)劃算法和SCS-CN模型的耦合實(shí)現(xiàn)面向暴雨內(nèi)澇防治的不透水地表空間布局優(yōu)化；

S2、構(gòu)建線(xiàn)性目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)不透水地表空間布局優(yōu)化問(wèn)題向多元線(xiàn)性規(guī)劃問(wèn)題的轉(zhuǎn)化后，通過(guò)線(xiàn)性關(guān)系將徑流系數(shù)最小化的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為最直接的線(xiàn)性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)，函數(shù)意義為不透水密度柵格與CN值差值柵格的數(shù)量積最小化；