城市洪涝模型构建、参数实时率定方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术一种城市洪涝模型构建、参数实时率定方法、系统及存储介质，其中参数实时率定方法包括：实时获取当前节点对应城市洪涝模型的输出结果；响应于当前节点对应城市洪涝模型输出结果的准确度小于设定准确度，获取其中的不确定性参数，所述城市洪涝模型为面向过程的城市洪涝模型；根据对所述城市洪涝模型结果的影响，对所述不确定性参数进行分类，得到其中的正向参数和逆向参数；采用梯度下降算法对所述正向参数和逆向参数分别进行调整，以提高所述城市洪涝模型输出结果的准确度。本发明专利技术的技术方案，能够解决现有技术中城市洪涝模型中的参数率定方法不及时，而导致其输出结果准确度差的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
城市洪涝模型构建、参数实时率定方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术属于城市洪涝模型建立方法的
，具体涉及一种城市洪涝模型构建、参数实时率定方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]目前，在对城市的洪涝灾情进行分析时，经常使用以SWMM(storm water management model，暴雨洪水管理模型)、MIKE(水动力模型)、Infoworks(英孚沃克)等为代表的水文和水动力学模型来模拟由于降雨导致的城市洪涝过程。由于城市化改变了水流的天然路径，使得降雨引发城市洪涝的效应被放大，进而造成城市洪涝模拟与自然流域相比具有更高的不确定性，该不确定性主要体现在模型概化的不确定性、模型结构的不确定性和模拟结果的不确定性。其中模型概化的不确定性，城市的高空间异质性使得模型需要更高分辨率的下垫面数据，而详尽的数据是不容易获取的，因此往往采用概化或平均化的处理方式；上述模型结构的不确定性，是由于人工建筑物、不透水地表、道路及管网的加入改变了天然流路，水力交换条件变得非常复杂，模型计算的中间过程不确定性增加；上述模拟结果的不确定性，是指模拟目标从单一的流域出口断面流量过程变为多个离散的子汇水区节点溢流过程，结果可靠性的衡量更加困难。
[0003]上述模型不确定性会造成模拟结果与实测数据之间存在差异的问题，为了解决该问题，目前常用的方法是减小该差异的方法，是对模型中的参数进行率定，以提高模型模拟结果的精度。参数率定也称为参数调试或参数优化，它是指通过调整模型的参数使模型模拟结果与实测结果的误差不断减小，最终达到模型最优化的过程。参数率定的方法可分为手动率定和自动率定两种，其中手动率定中具有代表性的是试错法，该方法需要专业人员根据丰富的经验通过多次调整模型参数使模型具有良好的模拟结果，其缺点是具有很大的主观性且费时费力。自动率定法是随着计算机技术的发展而产生的一种模型参数自动优化算法，如遗传算法、粒子群优化算法和算法等。
[0004]目前，城市洪涝模型参数率定多以场次洪涝过程与实测过程误差最小为目标，对算法进行改进或组合应用多种优化算法。上述优化算法默认模型参数在降雨洪涝过程中不发生变化，系统性忽视了城市下垫面条件在降雨洪涝过程中的动态变化，在模拟新的洪涝过程时参数缺乏代表性，使模型难以克服在模拟历史数据时效果好而在预测过程中性能差的问题。
[0005]综上所述可知，现有技术中的城市洪涝模型，存在由于其参数率定方法不及时，而造成输出结果准确度差的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种城市洪涝模型构建、参数实时率定方法、系统及存储介质，以至少解决现有技术中城市洪涝模型中的参数率定方法不及时，而导致其输出结果准确度差的问题。
[0007]为至少解决上述问题，第一方面本专利技术提供一种城市洪涝模型的参数实时率定方法，包括：实时获取当前节点对应城市洪涝模型的输出结果；响应于当前节点对应城市洪涝模型输出结果的准确度小于设定准确度，获取其中的不确定性参数，所述城市洪涝模型为面向过程的城市洪涝模型；根据对所述城市洪涝模型结果的影响，对所述不确定性参数进行分类，得到其中的正向参数和逆向参数；采用梯度下降算法对所述正向参数和逆向参数分别进行调整，以提高所述城市洪涝模型输出结果的准确度。
[0008]根据本专利技术的一个实施例，判断所述当前节点对应城市洪涝模型的准确度是否小于设定准确度的方法包括：获取当前节点对应城市洪涝模型输出结果的模拟误差，以及其上游节点对应的城市洪涝模型输出结果的模拟误差；响应于所述前节点对应城市洪涝模型输出结果的模拟误差不小于设定误差，且所述上游节点对应城市洪涝模型输出结果的模拟误差小于设定误差，判断为当前节点对应的城市洪涝模型的准确度小于设定准确度。
[0009]根据本专利技术的另一个实施例，所述不确定性参数包括透水区曼宁系数、不透水区曼宁系数、透水区洼蓄设定、不透水区洼蓄深度、管网糙率、最大入渗率和最小入渗率中的一个或多个。
[0010]根据本专利技术的又一个实施例，所述采用梯度下降算法对所述正向参数和逆向参数分别进行调整包括：获取各正向参数和逆向参数的敏感度；采用梯度下降算法，对其中敏感度最大的第一设定数量的正向参数和第二设定数量的逆向参数进行调增。
[0011]根据本专利技术的另一个实施例，所述获取各正向参数和逆向参数的敏感度包括：响应于所述正向参数或逆向参数对应的降雨量与水深存在显著性线相关，采用夹角法获取其敏感度；响应于所述正向参数或逆向参数对应的降雨量与水深存在显著非性线相关，采用面积法获取其敏感度；响应于所述正向参数或逆向参数对应的降雨量与水深不存在显著性相关，采用面积法获取其敏感度。
[0012]根据本专利技术的另一个实施例，采用梯度下降算法对所述正向参数进行调整时，所采用的计算公式为：
[0013][0014]采用梯度下降算法对所述逆向参数进行调整时，所采用的计算公式为：
[0015][0016]其中是正向参数S
P
调整后的参数，是逆向参数S
I
调整后参数，和分别是正向参数S
P
的上限值和下限值，和分别是逆向参数S
I
的上限值和下限值，H
ij
是第i个节点j时刻的实际水深，h
ij
是对应的节点模拟水深，和分别是正向参数S
P
增加后和减小后的值，和分别是逆向参数S
I
增加后和减小后的值。
[0017]第二方面，本专利技术还提供了一种城市洪涝模型的构建方法，包括：获取对应节点的面向过程的城市洪涝模型，以及采用上述任意一项实施例所提供的城市洪涝模型的参数实时率定方法，对所述城市洪涝模型进行参数率定。
[0018]第三方面，本专利技术又提供了一种城市洪涝模型参数的实时率定系统，包括第一处理器和第一存储器，所述第一存储器上存储有用于在所述第一处理器上执行的第一计算机程序指令，所述第一处理器执行该第一计算机程序指令时，实现如上述任意一项实施例所提供的城市洪涝模型的参数实时率定方法。
[0019]第四方面，本专利技术还提供一种城市洪涝模型的获取系统，包括第二处理器和第二存储器，所述第二存储器上存储有用于在所述第二处理器上执行的第二计算机程序指令，所述第二处理器执行该第二计算机程序指令时，实现如上述实施例中所述的城市洪涝模型的构建方法。
[0020]第五方面，本专利技术又一种计算机可读存储介质，其存储有第三计算机程序指令，所述第三计算机程序指令由处理器运行时，实现如上述任意一项实施例所提供的城市洪涝模型的参数实时率定方法，或者上述实施例中所述的城市洪涝模型的构建方法。
[0021]本专利技术所提供的技术方案，可以实时获取当前节点对应城市洪涝模型输出结果的准确度，并且在该输出结果小于设定准确度时，对当前节点对应城市洪涝模型中的不确定性参数进行调整；另外，在对不确定性参数进行调整时，本申请还对其进行分类，并对其中的正向参数和逆向参数分别进行调整，以提高城市洪涝模型输出结果的准确度。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市洪涝模型的参数实时率定方法，其特征在于，包括：实时获取当前节点对应城市洪涝模型的输出结果；响应于当前节点对应城市洪涝模型输出结果的准确度小于设定准确度，获取其中的不确定性参数，所述城市洪涝模型为面向过程的城市洪涝模型；根据对所述城市洪涝模型结果的影响，对所述不确定性参数进行分类，得到其中的正向参数和逆向参数；采用梯度下降算法对所述正向参数和逆向参数分别进行调整，以提高所述城市洪涝模型输出结果的准确度。2.根据权利要求1所述的城市洪涝模型的参数实时率定方法，其特征在于，判断所述当前节点对应城市洪涝模型的准确度是否小于设定准确度的方法包括：获取当前节点对应城市洪涝模型输出结果的模拟误差，以及其上游节点对应的城市洪涝模型输出结果的模拟误差；响应于所述前节点对应城市洪涝模型输出结果的模拟误差不小于设定误差，且所述上游节点对应城市洪涝模型输出结果的模拟误差小于设定误差，判断为当前节点对应的城市洪涝模型的准确度小于设定准确度。3.根据权利要求1所述的城市洪涝模型的参数实时率定方法，其特征在于，所述不确定性参数包括透水区曼宁系数、不透水区曼宁系数、透水区洼蓄设定、不透水区洼蓄深度、管网糙率、最大入渗率和最小入渗率中的一个或多个。4.根据权利要求1或3所述的城市洪涝模型的参数实时率定方法，其特征在于，所述采用梯度下降算法对所述正向参数和逆向参数分别进行调整包括：获取各正向参数和逆向参数的敏感度；采用梯度下降算法，对其中敏感度最大的第一设定数量的正向参数和第二设定数量的逆向参数进行调增。5.根据权利要求4所述的城市洪涝模型的参数实时率定方法，其特征在于，所述获取各正向参数和逆向参数的敏感度包括：响应于所述正向参数或逆向参数对应的降雨量与水深存在显著性线相关，采用夹角法获取其敏感度；响应于所述正向参数或逆向参数对应的降雨量与水深存在显著非性线相关，采用面积法获取其敏感度；响应于所述正向参数或逆向参数对应的降雨量与水深不存在显著性相关，采用面积法获取其敏感度。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马炳焱，吴泽宁，胡彩虹，王慧亮，许红师，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：