[發(fā)明專(zhuān)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(kāi)（公告）號(hào): CN116151155B
• 公開(kāi)（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(zhuān)利權(quán)）人: 南昌工程學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/28
• 分類(lèi)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

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，包括：擬定預(yù)設(shè)工況表；獲取目標(biāo)溢流裝置的結(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)工況代入模型進(jìn)行試驗(yàn)，得到流量數(shù)據(jù)；將結(jié)構(gòu)尺寸、水力參數(shù)、流量數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的水位數(shù)據(jù)放入水文特征參數(shù)數(shù)據(jù)集；根據(jù)數(shù)據(jù)集計(jì)算預(yù)設(shè)工況下的系數(shù)及其表征物理量；分別匯總不同出流條件下的系數(shù)及其表征物理量，進(jìn)行擬合，得到系數(shù)擬合公式；將擬合公式代入流量計(jì)算公式，得到算法模型；對(duì)系統(tǒng)流量進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量進(jìn)行精確度較高的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市水環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)作為繼人工智能、云計(jì)算后的又一前沿技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基于某種規(guī)則的虛擬空間對(duì)物理實(shí)體的仿真預(yù)測(cè)，數(shù)字孿生技術(shù)逐步從制造業(yè)延伸至城市空間，與城市規(guī)劃、建設(shè)與發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，搭建成了數(shù)字孿生城市。數(shù)字孿生的城市合流制溢流（CSO）系統(tǒng)承擔(dān)著生活污水、工業(yè)廢水、雨水的匯集與排放功能；晴天或小雨時(shí)，合流污水送入污水處理廠(chǎng)，當(dāng)雨天運(yùn)輸水量超過(guò)管網(wǎng)納污能力就會(huì)出現(xiàn)溢流，影響城市河湖的生態(tài)環(huán)境。

中國(guó)在CSO污染研究方面起步較晚，缺乏CSO溢流量、溢流頻次以及溢流水質(zhì)等基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，致使CSO污染控制目標(biāo)難以確定。目前，人們大多通過(guò)監(jiān)測(cè)或者模擬獲得CSO的流量數(shù)據(jù)。

但受城市土地資源緊缺的影響，承擔(dān)溢流功能的異型結(jié)構(gòu)的薄壁堰大量存在，受城市場(chǎng)地與工程結(jié)構(gòu)的影響，常規(guī)的流量監(jiān)測(cè)設(shè)施難以設(shè)置，無(wú)法監(jiān)測(cè)CSO系統(tǒng)流量，從而導(dǎo)致CSO污染控制更加困難，亟需可靠、簡(jiǎn)便的流量監(jiān)測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中因常規(guī)流量監(jiān)測(cè)設(shè)施難以設(shè)置而導(dǎo)致無(wú)法監(jiān)測(cè)合流制溢流系統(tǒng)流量的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例的第一方面提供了一種基于數(shù)字孿生的城市合流制溢流系統(tǒng)流量監(jiān)測(cè)方法，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)及其表征物理量，所述系數(shù)包括自由出流條件下的流量擬合系數(shù)，淹沒(méi)出流條件下的淹沒(méi)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；

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(méi)出流條件下的淹沒(méi)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；

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(guò)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。

可以理解的是，流量擬合系數(shù)擬合公式即流量擬合系數(shù)的函數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)流量擬合系數(shù)；淹沒(méi)擬合系數(shù)擬合公式即淹沒(méi)擬合系數(shù)的函數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)淹沒(méi)擬合系數(shù)；折減擬合系數(shù)擬合公式即折減擬合系數(shù)的函數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)折減擬合系數(shù)。