(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 202210697012.9 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 郑州大学 地址 450001 河南省郑州市高新 技术开发 区科学大道100号 (72)发明人 方宏远　狄丹阳　孙斌　张金萍　 李斌　胡浩帮　李成　张朝阳　 (74)专利代理 机构 长沙楚为知识产权代理事务 所(普通合伙) 43217 专利代理师 李大为 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 16/29(2019.01)G06N 3/12(2006.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种城市地下排水管网养护智能决策方法 及系统 (57)摘要 本发明适用于管网养护技术领域， 涉及一种 城市地下排水管网养护智能决策方法及系统， 包 括以下步骤： 排水管网功能性病害三维 瞬时水力 模型分析； 利用有限单元拟合分析和足尺试验对 参数进行率定， 并验证排水管网功能性病害三维 瞬时水力模型的准确性； 结合节点水位迭代法、 Preissmann狭缝法、 Godunov有限体积法和非结 构网格， 重新构建地表一二维地下耦合连接模 型； 采用R语言、 动态库链接技术和多源 数据样本 的长短记忆神经网络方法， 实现一二维耦合连接 模型的工程化二次开发， 得到带内涝结果标签的 城市排水管网功能性病害情况； 建立排水管网养 护的多目标规划智能决策模型及其求解方法。 本 发明可满足城市地下排水管网智能化、 精确化和 科学化管理和决策需求。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115186602 A 2022.10.14 CN 115186602 A 1.一种城市地下排水 管网养护 智能决策 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S10、 基于流体动力学和 “质量‑动量‑能量”守恒理论的排水管网功能性病害三维瞬时 水力模型分析； S20、 利用有限单元拟合分析和足尺试验对参数进行率定， 并验证所述排水管网功能性 病害三维瞬时水力模型的准确性； S30、 结合节点水位迭代法、 Preissmann狭缝法、 Godunov有限体积法和非结构网格， 重 新构建地表地下一 二维耦合连接模型； S40、 采用R语言、 动态库链接技术和多源数据样本的长短记忆神经网络方法， 实现地表 地下一二 维耦合连接模型的工程化二次开发， 得到带内涝结果标签的城市排水管网功能性 病害情况； S50、 引入深度小世界神经网络、 遗传算法和模拟退火算法， 建立排水管网养护的多目 标规划智能决策模型及其 求解方法。 2.根据权利要求1所述的一种 城市地下排水管网养护智能决策方法， 其特征在于， 所述 步骤S10中， 排水 管网功能性病害三维瞬时水力模型分析 具体步骤为： S101、 依据水流 不可压缩和体积守恒原理得到时均运动方程和脉动运动方程 S102、 结合 “质量‑动量‑能量”守恒方程 构建“固‑液‑气”空间分布模型并得到排水管网功能性病害指标， 所述u、 v、 w分别为该河段 垂直平均流速在三维坐标系x、 y、 z轴上的分量， 所述 为湍流在各坐标轴方向上 的实时脉动流速， 所述V为管道内任意给定空间体体积， 所述ΓV为空间域边界， 所述α取值 1、 2、 3时分别代表固、 液、 气三相， 所述vα为α相速度， 所述Qα为所述α相的源项， 所述ρα为所述 α相的密度， 所述n为所述空 间域边界ΓV的法向向量， 所述 是其它相对所述α相的源项， 所 述σα为应力张量， 所述bα为体力， 所述S为所述空间域边界ΓV的截面积， 所述cα为所述α相的 比热容， 所述Tα为所述α相的温度， 所述Q'Tα为所述α相的热源， 所述 为其他相的相变作用 产生的对所述α相的热源。 3.根据权利要求2所述的一种 城市地下排水管网养护智能决策方法， 其特征在于， 所述 步骤S20中， 所述有限单元拟合分析是指利用Abaqus软件构建排水管网功能性病害的 “固‑权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115186602 A 2液‑气”多相流仿真模型， 验证足尺试验率定的参数和所述排水管网功能性病害三 维瞬时水 力模型得到的理论结构式； 所述 足尺试验是指搭建落地井、 冲刷闸和功能性病害 管段， 并由 所述理论结构式计算得到管道 汇流瞬时状态参数的准确值。 4.根据权利要求3所述的一种 城市地下排水管网养护智能决策方法， 其特征在于， 所述 步骤S40中， 所述 地表地下一 二维耦合连接模型的工程 化二次开发具体步骤为： S401、 在雨洪分析软件InforWorks  ICM的基础上， 利用动态库链接技术和R语言二次开 发技术对所述地表地下一二维耦合连接模型进行重新实现并嵌入到InforWorks  ICM中得 到改进后的I nforWorks ICM； S402、 所述改进后的InforWorks  ICM需要在现有InforWorks  ICM的基础上， 同时融合 管网功能性病害的 “固‑液‑气”多相流运动规律模 型、 区段汇 流状态模型、 区段瞬时流速、 流 量模型和地表地下一二维耦合连接模型， 二次开发实现InforWorks  ICM的改进和升级， 从 而输出不同管网功能性病害情况 下的城市内涝损失情况。 5.根据权利要求4所述的一种 城市地下排水管网养护智能决策方法， 其特征在于， 所述 步骤S50中， 所述排水管网养护的多目标规划智能决策模型的求解方法是指利用遗传算法 和模拟退火算法进行智能化寻优得到带养护决策标签的城市排水管网功能性病害情况； 所 述深度小世界神经网络的初始输入数据为所述带养护决策标签的城市排水管网功 能性病 害情况， 在聚类、 异常值检测和插值处理后， 通过数据集扩充对深度小世界神经网络的多层 受限玻尔兹曼机反复训练和调整得到随时间和 不同重现期暴雨动态调整的城市排水管网 养护智能决策 结果。 6.根据权利要求5所述的一种 城市地下排水管网养护智能决策方法， 其特征在于， 所述 步骤S30中， 所述地表地下一二维耦合连接模型是水平方向与垂直方向耦合连接的一维管 网明满流模型和二维地表水流模型； 所述一 维管网明满流模型和二 维地表水流模型通过堰 流公式法、 互相提供边界法和固定节点水位法分析 得到相关结构式。 7.一种采用如权利要求1至6任一项所述的城市地下排水管网养护智能决策方法的系 统， 其特征在于， 包括： 运营城市排水 管网功能性病害周期性检测子系统； 排水管网养护 智能决策综合管理数据库； 排水管网养护计划管理子系统； 排水管网养护 智能决策评估子系统。 8.根据权利要求7所述的一种城市地下排水管网养护智能决策方法的系统， 其特征在 于， 所述运营城市排水管网功能性病害周期性检测子系统包括基于物联网/基站数据传输 技术的超声波探测机器人、 视频监控探测仪、 管道检测机器人和磁通量探测仪以及排水管 网功能性病害检测数据采集工作站； 所述排水管网养护智能决策综合管理数据库为上层应 用层用户提供不同重现期暴雨 实时数据、 管网养护成本、 养护信息实时采集情况、 管网功能 性病害地理信息数据的存取和访问控制功能； 排水管网养护计划管理子系统包括养护运 维 执行计划、 工单执行及回单、 工单数据更新的功能； 所述排水管网养护智能决策评估子系统 包括管网功能性病害三维瞬时水力 分析模块、 有限单元足尺试验模块、 地表地下一二维耦 合连接模型、 雨洪模型工程 化实现模块和多目标规划决策与求 解模块。 9.根据权利要求7所述的一种城市地下排水管网养护智能决策方法的系统， 其特征在权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115186602 A 3