(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211182290.7 (22)申请日 2022.09.27 (71)申请人 山脉科技股份有限公司 地址 710000 陕西省西安市高新区科技 三 路57号融城云谷第12层 (72)发明人 李宁　罗丁　杨洪辰　杨牧　 (74)专利代理 机构 重庆卓茂专利代理事务所 (普通合伙) 50262 专利代理师 周瑶 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于城市雨洪模型和NSGA- Ⅲ算法的灰 绿海绵设施优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于城市雨洪模型和 NSGA‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化设计方法， 收 集整理待建区域管网、 地形、 降雨以及实测内涝 积水等基础数据， 构建待建区域城市雨洪模型， 并进行模型的准确性校正与检验； 通过模拟确定 满足待建区海绵建设标准的灰、 绿海绵设施所需 的设计规模， 即最大设计规模； 以最大设计规模 为约束， 通过模拟得到不同设计规模的灰、 绿设 施对内涝积水削减和径流总量控制的效益关系； 基于此关系进行曲线拟合， 建立海绵设施的设计 规模‑效益多项式函数； 将上述建立的多项式函 数和成本函数作为多目标优化模 型的目标函数， 采用NSGA ‑Ⅲ算法迭代求解； 以待建区域实 际海 绵建设标准和成本最低原则从Pareto最优解集 中筛选出最优灰绿海绵配 置方案。 权利要求书4页 说明书8页 附图1页 CN 115495914 A 2022.12.20 CN 115495914 A 1.一种基于城市雨洪模型和NSGA ‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化设计方法， 其特征在于， 具体包括以下步骤： 步骤1， 收集整理待建区域管网、 地形、 下垫面、 降雨及实测内涝积水等基础数据， 构建 待建区域城市雨洪模型， 并进行模型的准确性校正与检验； 步骤2， 模拟确定满足待建区海绵建设标准的灰、 绿海绵设施所需的设计规模， 即为最 大设计规模； 步骤3， 在最大规模范围内， 设计多种不同规模的灰、 绿海绵设施配置方案， 通过模拟得 到不同设计规模的灰、 绿设施对内涝积水削减和径流总量控制的效益关系； 步骤4， 基于步骤3中不同设计规模的灰、 绿设施对内涝积水削减和径流总量控制的效 益关系， 进 行多项式拟合， 建立海绵设施的设计规模 ‑效益(内涝积水削减和径 流总量控制) 多项式函数； 步骤5， 将步骤4中建立的多项式函数， 以及对应的成本函数作为多目标优化模型的目 标函数， 并采用NSGA ‑Ⅲ‑算法进行迭代求 解， 求出Pareto 最优解集； 步骤6， 以待建区域实际海绵建设标准和成本最低原则， 从Pareto最优解集中筛选出最 优灰绿海绵配置方案 。 2.根据权利要求1所述的一种基于城市雨洪模型和NSGA ‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化 设计方法， 其特征在于， 步骤1所述的模型的准确性检验， 需要至少不低于两场实测降雨以 及对应的内涝积水数据， 其中一场进 行城市雨洪模 型的参数率定， 另一场进行验证， 确保模 型模拟的准确性。 3.根据权利要求1所述的一种基于城市雨洪模型和NSGA ‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化 设计方法， 其特征在于， 步骤2所述的确定待建区域灰、 绿海绵设施最大设计规模， 步骤2具 体如下： 步骤2.1， 以待建区城市内涝防治标准规定的降雨量作为模型的边界条件， 模拟待建区 内涝积水情况； 步骤2.2， 根据城市内涝灾害风险划分标准甄别出内涝灾害高风险区域， 则为需要改造 的积水点； 步骤2.3， 通过初始赋值、 试算、 重 复迭代模拟出步骤2.2中积水点所需调蓄的最大雨水 量， 即为灰色 设施最大容积； 步骤2.4， 以待建区径流总量控制标准规定的降雨量作为模型的边界条件， 模拟待建区 域径流总量控制情况； 步骤2.5， 通过初始赋值、 试算、 重复迭代模拟出达到各地块径流总量控制标准所需的 绿色设施面积， 即为绿色 设施最大面积。 4.根据权利要求1所述的一种基于城市雨洪模型和NSGA ‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化 设计方法， 其特征在于， 步骤3所述的在最大规模 范围内， 设计多种不同规模的灰、 绿海绵设 施配置方案， 通过模拟得到不同设计规模的灰、 绿设施对内涝积水削减和径流总量控制的 效益关系， 步骤3具体如下： 步骤3.1， 以步骤2所述的灰、 绿设施最大设计规模为约束， 分别设置多种规模大小的模 拟方案， 且为了确保步骤3.3拟合的准确性， 模拟方案一般不低于10种； 步骤3.2， 基于步骤3.1设置的灰绿海绵设施模拟方案进行模拟， 得到不同设计规模的权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115495914 A 2灰、 绿设施对内涝积水削减和径流总量控制的效益关系。 5.根据权利要求1所述的一种基于城市雨洪模型和NSGA ‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化 设计方法， 其特征在于， 步骤4所述的基于步骤3中不同设计规模的灰、 绿设施对内涝积水削 减和径流总量控制的效益关系， 进行多项式曲线拟合， 建立海绵设施的设计规模 ‑效益(内 涝积水削减和径流总量控制)多 项式函数， 步骤4具体如下： 假设存在 一组样本点： {(x1,y1)(x2,y2)…(xm,ym)}， 样本个数为m， 其中各样本点分别表 示不同灰、 绿设施设计规模和与之对应的内涝积水削减或径流总量控制效益值， 则该组样 本的连续性变化趋势可以用一个n阶多项式函数表示。 则整个约束 范围内灰、 绿海绵设施设 计规模‑效益的近似函数表达式为： y(x,ω)— —对应的径流总量控制或内涝积水削减值； x——灰、 绿海绵设施配置规模； n——多项式的阶数； ω0,…,ωn——多项式的系数， 记为ω 。 6.根据权利要求1所述的一种基于城市雨洪模型和NSGA ‑Ⅲ算法的灰绿海绵设施优化 设计方法， 其特征在于， 步骤5所述的将步骤4中建立的多项式函数， 以及 对应的成本函数作 为多目标优化模 型的目标函数， 并采用NSGA ‑Ⅲ‑算法进行迭代求解， 求出Pareto最优解集， 步骤5具体如下： 步骤5.1， 目标函数 具体表达式如下： 步骤5.1.1， 成本目标： 式中： Cost——成本函数； CB——灰色调蓄 设施总费用， 元； CL——绿色LID设施建 设总费用， 元； Ns——待建区布设灰色调蓄 设施总数量， 个； CBi——第i个灰色 设施费用， 元； Nk——待建区建 设绿色LID设施的种类数量； Pi——第i种绿色L ID设施的单价， 元/m2； Ai——第i种绿色L ID设施的建 设面积， m2； 步骤5.1.2， 径流控制目标： 式中：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115495914 A 3