(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202210924847.3 (22)申请日 2022.08.03 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 114997541 A (43)申请公布日 2022.09.02 (73)专利权人 浙江远算科技有限公司 地址 311799 浙江省杭州市淳安县千岛湖 镇阳光路68 8号301室 (72)发明人 何乐敏　闵皆昇　周璐　吴健明　 (74)专利代理 机构 浙江翔隆专利事务所(普通 合伙) 33206 专利代理师 许守金 (51)Int.Cl. G06F 17/00(2019.01) G06Q 10/04(2012.01)G06F 30/28(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (56)对比文件 CN 113704956 A,2021.1 1.26 CN 110633865 A,2019.12.31 审查员 李平 (54)发明名称 一种基于数字孪生技术的城市内涝预测方 法及预警平台 (57)摘要 本发明公开了一种基于数字孪生技术的城 市内涝预测方法及预警平台， 属于城市内涝预测 技术领域。 现有仿真预测模型普适性较差， 预测 准确度不高， 不利于推广使用。 本发明的一种基 于数字孪生技术的城市内涝预测方法， 通过构建 不规则三角形网格单元模型、 水动力仿真数值模 型、 数据同化模型、 水动力仿真数值优化模型， 对 未来一段时间内的城市内涝场景模拟预测。 同时 数据同化模型利用初估背景值 以及取待求背景 值与初估背景值的偏差分别构造评价函数， 并将 两个评价函数结合， 得到目标函数， 利用极小化 算法求解目标函数， 完成城市模 型参数的自动率 定， 方案详尽、 科学、 合理， 切实可行， 能够有效提 高仿真模拟计算的准确性， 提升预测准确度。 权利要求书7页 说明书17页 附图3页 CN 114997541 B 2022.11.08 CN 114997541 B 1.一种基于数字 孪生技术的城市内涝预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 第一步： 基于城市地表拓扑 结构， 构建不 规则三角形网格单 元模型； 所述不规则三角形网格单元模型， 用于将城市地表拓扑结构分成若干节点， 并在节点 上构造数据矩阵； 所述数据矩阵包括降雨 量、 高程、 水深、 干地 参数、 城市模型参数； 第二步： 根据第 一步中的数据矩阵， 以及降雨预报数据、 地形数据、 水深流速场条件、 地 下管网数据、 河流的上下游边界条件， 构建水动力仿 真数值模 型， 获得城市未来时间段内的 虚拟场； 水动力仿真数值模型的构建方法如下： 步骤21， 获取地下 管网数据； 步骤22， 根据步骤21中的地下管网数据以及数据矩阵， 构建一维水动力仿真数值单元， 用于模拟计算城市排水 过程， 并得到一维水动力仿真结果； 步骤23， 构建二维水动力仿真数值单元， 用于模拟计算城市地表径流的过程， 并将步骤 22中的一维水动力仿真结果输入至二维水动力仿真数值单 元中； 步骤24， 根据步骤23中的二维水动力仿真数值单元， 得到随时间变化的虚拟水深场 和虚拟流速场 ； 二维水动力仿真数值单 元的计算公式如下： 连续方程： 动量方程： 其中，h为水深；Z为表面高程； t为时间；u和v分别为笛卡尔坐标系下沿 x、 y方向的平均 速度值；ɡ为重力加速度； Fx和Fy为方程组 的源项， 包括底部摩擦、 表面风应力、 科氏力、 大气 压力；ve为紊动粘性扩散系数； 第三步： 将第二 步中的虚拟场与观测场进行对比， 得到偏差值； 第四步， 根据第 三步中的偏差值， 构建数据同化模型， 用于对城市模型参数进行自动率 定； 数据同化模型的构建， 包括以下步骤： 步骤41， 根据文献或先验值， 得到城市模型初始参数， 并将城市模型初始参数设置为初 估背景值； 利用监测仪器测量得到的监测数据； 步骤42， 根据步骤41中的初估背景值， 构造预报误差协方差矩阵； 根据监测数据， 构造观测协方差矩阵： 步骤43， 取待求背景值与初估背景值的偏差， 用步骤42中的预报误差协方差矩阵的逆 进行加权， 形成背景约束评价 函数；权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114997541 B 2取虚拟场和观测场偏差， 用观测误差协方差矩阵的逆进行加权， 形成观测评价 函数； 步骤44， 将步骤43中的背景约束评价 函数和观测评价 函数进行 结合， 形成目标函数； 步骤45， 对步骤4 4中的目标函数， 进行极小化 求解， 得到待求背景值的求 解值； 步骤46， 根据步骤45中的求解值， 得到城市模型优化参数， 实现城市模型参数的自动率 定； 预报误差协方差矩阵的计算公式如下： 其中， 为初估背景值； 为待求背景值， 其表示下渗系数或/和摩擦系数； 所述观测协方差矩阵的计算公式如下： 为易涝点或河湖位置的水位数据的协方差矩阵； 为水流流速的协方差矩阵； 目标函数的计算公式如下： 其中， 表示实际观测值， 其 为通过监测仪器监测得到的实际水深场 ； 表示虚拟观测值， 其 为通过水动力仿真数值模型仿真得到的虚拟水深场 ； 所述极小化 求解的过程如下： S41， 通过 敏感性分析的方法确定参数 取值区间的上 下限， 得到参数率定的可 行域： 其中， 为第 个参数的上 下限值， ； S42， 根据S41中的可 行域， 采用下降算法找到目标函数的最小化 值， 其计算公式如下： S43， S42中的  的极小值满足 即： 其中， L为y的切线性 算子， 其计算公式如下： w 为中间变量， 其 通过扰动方法进行求 解， 其计算公式如下：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114997541 B 3