[發(fā)明專利]基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310417222.2
• 申請(qǐng)日: 2023-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN116151155B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐明;吳宇澤;謝千辰;曾燕林;胡耀升;王立風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南昌工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G01F1/00;G01F1/002;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南昌大牛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36135
• 代理人: 鄭劍文

1.一種基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述方法包括：

擬定預(yù)設(shè)工況表，所述預(yù)設(shè)工況表包括上游水頭、下游水位；

獲取目標(biāo)溢流裝置的結(jié)構(gòu)尺寸和水力參數(shù)，并根據(jù)所述結(jié)構(gòu)尺寸和水力參數(shù)構(gòu)建物理模型和數(shù)值模型；

將預(yù)設(shè)工況表中的上游水頭和下游水位代入物理模型和數(shù)值模型進(jìn)行試驗(yàn)和模擬，得到流量數(shù)據(jù)，將所述結(jié)構(gòu)尺寸、水力參數(shù)以及流量數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的上游水頭和下游水位放入水文特征參數(shù)數(shù)據(jù)集；

從水文特征參數(shù)數(shù)據(jù)集中調(diào)取數(shù)據(jù)，計(jì)算得到預(yù)設(shè)工況下的系數(shù)及表征物理量，所述系數(shù)包括自由出流條件下的流量擬合系數(shù)，淹沒出流條件下的淹沒擬合系數(shù)，孔口出流條件下的折減擬合系數(shù)；所述表征物理量包括雷諾數(shù)的倒數(shù)，韋伯?dāng)?shù)的倒數(shù)，上游水頭與下游水位之差，上游水頭與堰高之差，上游水頭與堰口上邊緣高程之差；

從水文特征參數(shù)數(shù)據(jù)集中調(diào)取出物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模型模擬的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、水力參數(shù)以及流量數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的上游水頭和下游水位；

根據(jù)調(diào)取的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到自由出流條件下的流量擬合系數(shù)，淹沒出流條件下的淹沒擬合系數(shù)，孔口出流條件下的折減擬合系數(shù)；

根據(jù)和，得到流量擬合系數(shù)表征物理量；

根據(jù)和，得到淹沒擬合系數(shù)表征物理量；

根據(jù)和，得到折減擬合系數(shù)表征物理量；

其中，是雷諾數(shù)；是韋伯?dāng)?shù)；為動(dòng)力粘度；為堰上水頭；為重力加速度；為表面張力；為密度；為上游水頭，單位為米；為下游水位，單位為米；為堰高，單位為米；為堰口上邊緣高程，單位為米；

分別匯總不同出流條件下所有預(yù)設(shè)工況下計(jì)算得到的系數(shù)及其表征物理量，并使用遺傳算法對(duì)其進(jìn)行函數(shù)擬合，得到不同出流條件下的系數(shù)擬合公式，所述擬合公式包括自由出流條件下的流量擬合系數(shù)擬合公式，淹沒出流條件下的淹沒擬合系數(shù)擬合公式，孔口出流條件下的折減擬合系數(shù)擬合公式；

匯總物理模型和數(shù)值模型在不同出流條件下所有預(yù)設(shè)工況下計(jì)算得到的系數(shù)及其表征物理量；

按照出流條件的不同，對(duì)三種出流條件對(duì)應(yīng)的系數(shù)及其表征物理量分別進(jìn)行擬合；

根據(jù)系數(shù)及其表征物理量，隨機(jī)生成一系列關(guān)于系數(shù)和表征物理量的函數(shù)表達(dá)式，將函數(shù)表達(dá)式作為父代，并根據(jù)父代的適應(yīng)度對(duì)其進(jìn)行排序，所述適應(yīng)度為納什效率系數(shù)，使用輪盤賭算法篩選出一批父代，根據(jù)適應(yīng)度再次排序，根據(jù)排序結(jié)果將每組父代中的系數(shù)、計(jì)算函數(shù)、運(yùn)算符依次進(jìn)行雜交、變異操作，以輸出當(dāng)前迭代運(yùn)算后的子代；

獲取當(dāng)前迭代運(yùn)算輸出的子代的適應(yīng)度，以判斷當(dāng)前迭代運(yùn)算輸出的子代的納什效率系數(shù)是否大于0.95；

若當(dāng)前迭代運(yùn)算輸出的子代的納什效率系數(shù)小于0.95，則將當(dāng)前迭代運(yùn)算輸出的子代定義為父代，重復(fù)之前的操作進(jìn)行迭代運(yùn)算；

若當(dāng)前迭代運(yùn)算輸出的子代的納什效率系數(shù)大于0.95，則將當(dāng)前迭代運(yùn)算輸出的子代定義為目標(biāo)子代；

得到的目標(biāo)子代函數(shù)即為選定的流量擬合系數(shù)擬合公式、淹沒擬合系數(shù)擬合公式和折減擬合系數(shù)擬合公式；

將不同出流條件下的系數(shù)代入對(duì)應(yīng)出流條件下的流量計(jì)算公式，得到城市合流制溢流系統(tǒng)流量算法模型；

將擬合后的流量擬合系數(shù)、所述淹沒擬合系數(shù)以及所述折減擬合系數(shù)代入流量計(jì)算公式；

其中，為自由出流的流量、為淹沒出流的流量、為孔口出流的流量，單位為每秒每立方米；為堰寬，單位為米；為流量擬合系數(shù)；為淹沒擬合系數(shù)；為折減擬合系數(shù)；為堰口上邊緣高程，單位為米；為重力加速度；為堰上水頭，單位為米；為箱涵斷面面積，單位為平方米；為糙率；為水力半徑，單位為米；為上下游水位差，單位為米；為箱涵長(zhǎng)度，單位為米；

將下游水位數(shù)據(jù)輸入城市合流制溢流系統(tǒng)流量算法模型，根據(jù)下游水位數(shù)據(jù)判定出過堰水流的出流方式，根據(jù)不同的出流方式選擇對(duì)應(yīng)的系數(shù)擬合公式，將選中的系數(shù)代入對(duì)應(yīng)的流量計(jì)算公式中，計(jì)算出城市合流制溢流系統(tǒng)流量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述方法還包括：

根據(jù)公式，得到；

根據(jù)公式，得到；

根據(jù)公式，得到；

其中，用數(shù)值模型模擬的孔口出流流量；為謝才系數(shù)，單位為每秒每米。