[發明專利]基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系統自動優化方法

有效

• 申請號: 202110485231.6
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113190944B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 杜穎恩;侯精明;李軒;高徐軍;楊霄;郭敏鵬;楊少雄;張文晴;周思敏;龔佳輝;張兆安
• 申請（專利權）人: 西安理工大學;江蘇禹潤智能科技有限公司
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/00;G06F9/445;G06F8/30;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系統自動優化方法，首先根據基礎資料完成研究區SWMM地塊模型搭建，生成inp格式的模型輸入文件；通過對SWMM進行二次開發，寫入接口函數后在VS2013編輯器中生成DLL格式文件，用以MATLAB調用；再次用MATLAB編程實現粒子群優化算法與SWMM耦合；最后通過粒子群算法迭代尋優，找到使研究區節點溢流量最小的優化設計方案，實現城市雨水排水系統自動優化。利用軟件編程代替人工輸入，采用優化算法代替人工自擬優化情景，并同時對LID設施和雨水管網進行優化，即能快速、準確地找到最優解，還能顧及到優化的整體性。

技術領域

本發明屬于城市雨水管網和LID設施布設優化技術領域，涉及基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系統自動優化方法。

背景技術

近些年，隨著城市的快速發展，下墊面硬化率快速提升，城市“內澇”現象愈發嚴重，海綿城市為緩解城市內澇提供了有效途徑。不管是對于新建城市規劃還是老舊城區改造，都存有方案制定優化的問題，目前，多采用數值模型進行相關的優化研究。然而，這些優化研究主要采用情景分析法，通過自擬幾種優化方案，結合模型計算，根據模擬結果選出較優的優化方案。這種方法過于依靠設計人員的經驗，無法保證結果達到最優；且該方法需要花費設計人員大量的時間和精力，過程過于繁瑣。在對LID設施或雨水管網進行優化時，該方法由于僅從LID或雨水管網方面進行考慮，缺乏對LID設施和雨水管網相結合之后的整體效果考慮，不夠全面，而且，依然存在最優解尋找困難和缺乏整體性優化的弊端，單方面優化之后獨立的兩者組合在一起是否效果最優，仍有待商榷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于SWMM的雨水管網和LID設施優化方法，解決了現有技術中過于依靠設計人員實際經驗無法保證找到最優解，以及人工修改輸入繁瑣復雜的問題。

本方法通過軟件編程能夠便捷地實現模型中LID和雨水管網參數輸入的自動修改，并實現修改后的模型自動運行，結合智能優化算法找到最優解。

本發明所采用的技術是，基于SWMM和MATLAB的城市雨水排水系統自動優化方法，首先根據基礎資料完成研究區SWMM地塊模型搭建，生成inp格式的模型輸入文件；通過對SWMM進行二次開發，寫入接口函數后在VS2013編輯器中生成DLL格式文件，用以MATLAB調用；再次用MATLAB編程實現粒子群優化算法與SWMM耦合；最后通過粒子群算法迭代尋優，找到使研究區節點溢流量最小的優化設計方案，實現城市雨水排水系統自動優化。

具體步驟如下：

步驟1，利用研究區給定的地塊資料(或CAD、衛星影像)、管網和雨水井資料以及LID布設資料等信息完成SWMM模型搭建，并對模型完成參數率定，最終生成inp格式的文本文件；

步驟2，對SWMM源代碼進行二次開發，將MATLAB對SWMM動態鏈接庫調用的接口函數寫入SWMM源代碼中，然后利用VS2013編輯器將寫有接口函數的SWMM源代碼生成DLL文件；

步驟3，用MATLAB編寫粒子群算法程序，以研究區節點總溢流量為優化目標，構建目標優化函數，同時完成步驟1中inp文件的調用、修改以及DLL動態鏈接庫的調用函數的編寫；

步驟4，運行步驟3中MATLAB編寫的粒子群優化算法程序，以步驟1中的inp文件為輸入文件，以步驟3中構建的函數為目標函數，利用步驟3中inp文件和DLL動態鏈接庫的調用函數進行粒子群算法的適應度值計算，通過不斷迭代，最終得出最優的雨水管網和LID布設優化方案。

步驟2中生成的SWMM動態鏈接庫具體如下：

該動態鏈接庫是基于SWMM源代碼，在C++語言環境下生成的動態鏈接庫，可通過MATLAB進行調用，實現SWMM的文件輸入、輸出和程序運行以及SWMM模擬結果的讀取。

步驟3中，目標函數的具體構建方法如下：