(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 202211154659.3 (22)申请日 2022.09.22 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115248838 A (43)申请公布日 2022.10.28 (73)专利权人 水利部交通 运输部国家能源局南 京水利科 学研究院 地址 210029 江苏省南京市 鼓楼区华侨街 道广州路2 23号 (72)发明人 吴修锋　张宇　戴江玉　吴时强　 徐佳怡　田付玮　薛万云　杨倩倩　 张阳　 (74)专利代理 机构 北京中先生知识产权代理事 务所(普通 合伙) 16063 专利代理师 窦贤宇(51)Int.Cl. G06F 16/29(2019.01) G06F 16/2458(2019.01) G06Q 50/26(2012.01) 审查员 倪赛华 (54)发明名称 雨水收集系统 空间布置优化方法和系统 (57)摘要 本发明公开了一种雨水收集系统空间布置 优化方法和系统， 该方法包括采集预定区域的降 雨数据和空间数据； 基于所述降雨数据和空间数 据确定雨水收集系统的实施地点； 基于降雨数据 获取历史小时降雨时间序列， 并根据历史小时降 雨时间序列构建降雨情景； 计算各个降雨情景的 发生概率， 计算该降雨情景下预定区域的径流 量； 获取预定区域的需水数据， 构建显示需水量 空间分布的需求图， 计算需水量； 构建雨水收集 系统空间布置优化模型并求解， 并将结果展示给 用户终端。 本发明大大提高了布置效率， 降低施 工成本， 同时能够进行直观展示。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115248838 B 2022.12.06 CN 115248838 B 1.雨水收集系统 空间布置优化方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 采集预定区域的降雨数据和空间数据； 基于所述降雨数据和空间数据确定雨 水收集系统的实施地 点， 并将预定区域划分为至少两个集水区； 步骤S2、 基于降雨数据获取历史小时降雨时间序列， 并根据历史小时降雨时间序列构 建降雨情景； 计算各个降雨情景的发生 概率， 计算该降雨情景 下预定区域的径流 量； 步骤S3、 获取 预定区域的需水 数据， 构建显示需水量空间分布的需求图， 计算需水量； 步骤S4、 构建雨水收集系统空间布置优化模型， 以饮用水消耗量最小、 离开提供节点的 径流量最小和成本最小为 目标函数， 以各个降雨情境下预定区域的径流量、 用水量为输入 参数； 求解所述雨水收集系统 空间布置优化模型， 并将结果展示给用户终端； 所述步骤S1进一 步为： 步骤S11、 获取空间数据中的地形坡度、 平均地下水位深度、 渗透率和建筑物距离， 通过 栅格计算创建雨水收集系统的实施地 点的初步 地图； 步骤S12、 采用数字高程模型根据分水岭数据将研究区域划分成至少两个集水区； 确定 雨水收集系统所在的集水区并计算每一 雨水收集系统所在集水区的产流系数； 所述步骤S12进一 步为： 步骤S121、 采用建筑多边形对数字高程模型进行 校正， 创建引导水流的高障碍物； 步骤S122、 使用包括 雨水管道和沟槽在内的图层完 善集水区； 步骤S123、  确定雨水收集系统所在的集水区并使用研究区域的鸟瞰图确定集水区的 下垫面类型； 步骤S124、 根据集水区的下垫面类型采用加权平均计算 集水区的产流系数。 2.如权利要求1所述的雨水收集系统空间布置优化方法， 其特征在于， 所述步骤S2进一 步为： 步骤S21、 将历史小时降雨时间序列分离为降水事件， 然后对降水事件进行频率分析， 以确定降水事件系列中观察到的持续时间范围； 对于每个持续时间， 将其分为三类不同的 强度范围； 步骤S22、 通过每类降水事件发生的次数与历史时间序列中总降水事件的比值计算每 类降水事 件发生的概 率； 步骤S23、 根据下垫面的类型参数和产流系数计算每个预定区域中各个集水区的径流 量。 3.如权利要求1所述的雨水收集系统空间布置优化方法， 其特征在于， 所述步骤S3进一 步为： 步骤S31、 获取预定区域的用户用水记录， 根据需水单元的需水参数， 对需水量进行空 间上的分解； 步骤S32、 构建需求图， 显示需水量的空间分布， 计算需水量。 4.如权利要求1所述的雨水收集系统空间布置优化方法， 其特征在于， 所述步骤S122还 包括： 步骤S122a、 读取集水区内雨水收集系统的实施地点数据、 雨水管道数据和沟槽数据， 构建雨水收集系统拓扑网络； 步骤S122b、 基于所述雨水收集系 统拓扑网络， 构建以实施地点为节点、 以雨水管道和权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115248838 B 2沟槽为边的雨水收集系统有向图； 步骤S122c、 对于雨水收集系统中任意两个相邻节点， 计算属于下游节点的高程是否大 于上游节点的高程， 若是， 将所述两个相邻节点记作第一类节点组， 若否， 记为第二类节点 组； 步骤S122d、 搜索雨水收集系统有向图中第二类节点组数量超过阈值的环结构； 步骤S122e、 新建包括雨水收集系 统有向图、 第一类节点组、 第二类节点组和环结构在 内的图层， 并加入集水区图层中。 5.如权利要求3所述的雨水收集系统空间布置优化方法， 其特征在于， 所述步骤S32进 一步为： 步骤S321、 读取需水单元的位置和需水量数据， 判断需水单元与雨水收集系统是否存 在连接管路， 所述连接管路包括雨水管道和沟槽； 若 是， 将该需水单元加入雨水收集系统有 向图中， 创建与该需水 单元对应的新节点， 记为需水节点； 若否进入步骤S32 2； 步骤S322、 基于需水单元的位置信息， 查到与该需水单元距离最近的N个雨水收集系统 的实施地 点； 或者查找与该需水 单元距离最近的M个连接管路,N、 M为 正整数； 步骤S323、 基于权重分析从N个雨水收集系统的实施地点和/或M个连接管路中选择可 行的连接方式； 将该需水单元加入雨水收集系统有向图中， 并创建与该需水单元对应的新 节点； 步骤S324、 更新雨水收集有向图， 并一一计算各个需水节点是否为至少一个雨水收集 系统的可实施地 点的下游 节点； 若是， 计算需水节点与雨水收集系统的综合距离之和； 步骤S325、 重 复步骤S322至步骤S324， 将获得的综合距离之和升序 排列， 并将每一综合 距离之和对应的雨水收集有向图和需水节点的需水量展示在需求图中。 6.如权利要求5所述的雨水收集系统空间布置优化方法， 其特征在于， 所述步骤S323 中， 基于权重分析从N个雨水收集系统的实施地点和/或M个连接管路中选择可行的连接方 式的过程还 包括： 步骤S323a、 根据雨水收集有向图中各个连接管路的位置和施工难度， 构 建各个连接管 路的建设成本权重系数， 形成建 设成本权重系数矩阵； 步骤S323b、 根据连接管路两端的节点类型和连接管的延伸长度， 构建各个连接管路的 运行成本 权重系数， 形成运行成本 权重系数矩阵； 步骤S323c、 根据上述建设成本权重系数矩阵和运行成本权重系数矩阵， 构 建雨水收集 有向图的综合系数矩阵； 步骤S323d、 根据所述综合系数矩阵， 计算各个可 行连接方式的得分值， 并降序排列。 7.如权利要求6所述的雨水收集系统 空间布置优化方法， 其特 征在于， 步骤S4中 所述饮用水消耗量最小为： 每一可行连接方式中需水单元和时间步骤的消耗量之和与 该连接方式的发生 概率乘积最小。 8.一种雨水收集系统 空间布置优化系统， 其特 征在于， 包括： 至少一个处 理器； 以及 与至少一个所述处 理器通信连接的存 储器； 其中， 所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令， 所述指令用于被所述处理器执行以实 现权利要求1~7任一项所述的雨水收集系统 空间布置优化方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115248838 B 3