[发明专利]基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法

权利要求书

1.一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)确定模型范围：确定精细化建模范围和粗略建模范围；

2)在线机理模型构建：对于精细化建模范围，于在线机理模型中建立一个可运行的文件，该文件包含排水系统仿真中拟使用的部分机理模型的各项输入参数，文件建立完成后，在仿真控制混合模型中生成在线机理模型模块，并导入该输入文件；

3)概念模型构建：对于粗略建模范围，将排水系统其余部分进行概化，保留关键节点、管道和设施，进行合并、简化或删除，在混合模型仿真平台中生成相应的概念模型模块；

4)在线机理模型与概念模型耦合：在混合模型仿真平台上全面连接在线机理模型模块的入流/出流与概念模型模块的出流/入流相对应的关系节点或管道，以传导各关系节点、管道的水量、水位和水质信息；

5)模型参数校正：包括在线机理模型的参数校正和概念模型的参数校正；

6)降雨过程建立；

7)排水系统水量、水质模拟；

8)排水系统仿真控制；

9)数据模型辅助应用：构建神经网络模型，通过接收特征数据建立降雨与径流、管网流量与深度的关系，关系建立后用于径流及管网深度的预测；

10)模拟结果分析展示。

2.根据权利要求1所述的一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：所述步骤3)概念模型构建包括汇水区模块、污水处理厂模块、调蓄池模块、泵站模块和节点模块，汇水区模块选用马斯京根线性方法或非线性水库法得到降雨-径流关系，设置汇水区面积、初始损失、渗透损失、径流系数、污染物种类及浓度，污水处理厂模块包含污水处理厂设计容积，调蓄池模块包含调蓄池最大深度和深度-面积曲线，两者通常与泵站模块相连，泵站模块包含泵的最大功率以及泵的启闭液位，节点模块用于连接各个设施及管道。

3.根据权利要求1所述的一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：所述步骤5)在线机理模型的参数校正通过调节汇水区、管道、调蓄池和泵站相关参数，得到与监测数据吻合的校正参数；概念模型的参数校正通过获取汇水区、管道、调蓄池和泵站的基本信息在混合仿真平台中实现马斯京根参数(子段数N、传输时长K和权重系数X)自动寻优功能，得到模型评估结果最佳的参数。

4.根据权利要求1所述的一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：所述步骤6)降雨过程建立包括调用外部降雨文件或典型雨型数据库、自定义公式生成降雨和手动输入降雨数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：所述步骤7)包括求解在线机理模型的圣维南动力学方程、求解概念模型的马斯京根槽蓄和水量平衡方程演算流量、通过污染物累积模型、污染物冲刷模型并求解污染物传输转化方程。

6.根据权利要求1所述的一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：所述步骤8)排水系统仿真控制是选择基于规则的仿真控制模块，其根据规则控制法或模糊逻辑法的控制规则，选择受控设施和相应监测点，自动生成监测信息(监测时间、水质、水位和流量等)和控制指令的响应关系，在模拟控制时利用实时监测值和响应关系得到受控设施的控制值，利用PID控制方法控制设施平稳达到控制值。

7.根据权利要求1所述的一种基于C语言的机理模型、概念模型与数据模型的城市排水系统仿真控制混合模型的方法，其特征在于：所述步骤8)排水系统仿真控制选择优化策略仿真控制模块，其根据优化算法(遗传算法、线性规划、非线性规划)的控制规则，选择受控设施和监测点，生成监测时间、水质、水位和流量信息，选择优化算法并设置算法参数，根据监测信息并结合系统控制目标，在仿真过程中通过优化算法实时计算出受控设施最优控制值，利用PID控制方法控制设施平稳达到控制值。