(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 202211300433.X (22)申请日 2022.10.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115375198 A (43)申请公布日 2022.11.22 (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 戴江玉　吴时强　吴修锋　张宇　 高昂　徐佳怡　薛万云　王芳芳　 杨倩倩　孙晨光　孙诗游　 (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. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 113/08(2020.01) (56)对比文件 CN 114358664 A,202 2.04.15 审查员 张子瑜 (54)发明名称 区域河湖水系连通联合调度和水质安全保 障方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种区域河湖水系连通联合 调度和水质安全保障方法及系统， 该方法包括采 集研究区域的基础数据， 构建基础数据集， 基于 所述河湖水系连通格局数据， 构建研究区域分块 的拓扑有向图； 构建区域河湖水量水质模型并求 解， 得到水量水质数据； 建水质安全保障情景集 并进行模拟， 获得各情境下的工程模拟数据； 构 建河湖水系连通工程群联合调度的多属性决策 函数和约束条件， 求解多属性决策函数， 获得各 个控制工程的相对最佳运行参数； 基于已构建的 水质安全保障情景集， 运用多属性决策函数， 综 合考虑各个目标， 确定区域水质安全保障方案集 合。 本发明能够针对不同场景快速给出各个场景 下的安全保障参数， 形成截、 导、 滞、 净、 控的方案 参数集合。 权利要求书3页 说明书11页 附图9页 CN 115375198 B 2022.12.30 CN 115375198 B 1.区域河湖水系连通联合调度和水质安全保障方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 采集研究区域的基础数据， 构建基础数据集， 所述基础数据包括河湖水系连通 格局数据、 跨 年度的水量水质数据， 以及区域水利工程数据； 步骤S2、 基于所述河湖水系连通格局数据， 构建研究区域分块的拓扑有向图； 步骤S3、 构建区域河湖水量水质模型， 以及区域水质改善联合调度 方法， 以基础数据作 为输入值 求解所述区域河湖水量水质模型， 得到水量水质数据； 步骤S4、 构建水质安全保障情景集并进行模拟， 获得 各情境下的工程模拟数据； 步骤S5、 构建河湖水系连通工程群联合调度的多属性决策函数和约束条件， 以水量水 质目标、 防洪目标和供水目标为寻优目标求解多属 性决策函数， 获得各个控制 工程的最佳 运行参数； 步骤S6、 基于已构建的水质安全保障情景集， 运用多属性决策函数， 综合考虑各个目 标， 确定区域水质安全保障方案集 合； 所述步骤S2进一 步为： 步骤S21、 读取研究区域的GIS地图， 获取河湖水系连通格局数据， 并渲染于GIS地图中； 步骤S22、 基于水系分界线， 采用图像分割方法， 将研究区域划分为若干个子区域， 针对 每一子区域， 构建河湖水系的拓扑有向图； 步骤S23、 建立不同子区域的拓扑有向图的连接关系， 形成区域整体拓扑有向图， 形成 拓扑有向图矩阵； 步骤S24、 针对每一河流， 构建河流的权 重矩阵； 所述步骤S22进一步为： 步骤S22a、 读取研究区域的GIS地图， 构建n ×n的高程检测窗口并在所述GIS地图上滑 动， 查找窗口中每一像素与周围像素 的高程差， 并建立相邻高程检测窗口高程差的方向矢 量图， 若高程差大于阈值且相邻两个高程检测窗口中的高程差方向相反， 则标注为分水线 像素， 并放入分水线像素集 合， n为自然数； 步骤S22b、 读取分水线像素集合中的各个分水线像素， 按照坐标生成分水线矢量图， 添 加标志性颜色， 并渲染于GIS地图中； 步骤S22c、 以分水线作 为分割线， 将研究区域分成预定个集水区域， 每个集水 区域与至 少一个河流建立关联关系； 步骤S22d、 读取河湖水系连通格局数据， 解析其中的具有可调参数的工程节点， 构 建每 一可调参数 的状态空间， 并基于状态空间构建动态河湖水系 连通格局， 形成动态拓扑有向 图； 所述步骤S24进一 步为： 步骤S24a、 查找河流的交汇点， 建立河流交汇点邻接矩阵集 合； 步骤S24b、 基于交汇点将每一河流划分为若干河段， 判断相邻河流之间是否存在分水 线， 若存在， 则基于 分水线和交汇 点划分相 邻河段的集水区域； 若不存在， 以河流的交汇 点、 两个河段的起点为端点， 构建相 邻河流集水区域， 并计算相 邻两个河段的欧式中线， 以欧式 中线为分水线， 划分集水区； 步骤S24c、 采集各个集水区包括降雨量以及径流量在内数据， 构建综合权重指数， 并归 一化， 基于归一 化的综合权 重指数构建河流的权 重矩阵；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115375198 B 2所述步骤S5中， 所述多属性决策函数为： maxW （x） =[F1(x)， F2(x)， F3 （x） ， …]， 其中， W （x） 为多属性决策 函数， F1(x)为生态环 境目标函数， F2(x)为社会效益目标函数， F3 （x） 为经济效益目标函数， x为自变量； 针对每一单 元， 所述约束条件为： 水量平衡约束， St+1=St+(Wt‑Qt)× ∆t‑It； 水位约束， Zt,min≤Zt≤Zt,max； 流量约束， Qt,min ≤Qt≤Qt,max； 流速约束， Vt,min≤Vt≤Vt,max； 水质约束， qt≤qt,max； St为控制单元t时段末的蓄 水量， Zt为该控制单元t时段的水位； Qt为该控制单元t时段允许的最小流量， Vt为该控制单 元t时段允许的最小流速； It为该控制单元t时段最低水质目标， max和min分别表示数据的 最大值和最小值； Wt为控制单 元在t时刻现状工程剩余 拦蓄水量； 所述步骤S6进一 步为： 步骤S61、 获取已构建的水质安全保证情景集； 步骤S62、 构建可拓物元方案集， 包括确定经典域和节域， 确定待测样本物元和关联函 数值， 确定权重系数， 确定待测样本对各类的关联度， 对待测样本所属类别的判定， 以及选 择每类最优样本； 其中确定权重系数的过程包括： 将各个元素分成若干层， 每层具有若干组， 形成不同层 次的元素指标， 比较两两指标， 得出单个指标的重要性， 构造判断矩阵； 进行权重的确定及 一致性检验； 步骤S63、 构建决策变量指标体系权重分配方案， 为各个决策变量指标赋予权重， 求解 函数， 获得 水质保障参数， 形成区域水质安全保障方案集 合。 2.如权利要求1所述的区域河湖水系连通联合调度和水质安全保障方法， 其特征在于， 所述步骤S1进一 步为： 步骤S11、 获取研究区域的河湖水系连通格局数据， 获得河湖的基础参数， 基础参数包 括河流湖泊的汇流关系， 河流的长度和流 域面积； 步骤S12、 获取研究区域的跨年度的水量水质数据， 所述水量水质数据包括： 年平均降 雨量、 汛期降雨量、 丰水年降雨量、 枯水年降雨量、 年均蒸发量和年均径流量， 以及研究区域 内各个河湖节点处的水质数据； 步骤S13、 获取区域水利工程数据， 包括水库位置和库 容量、 水质净化工程和处理量、 截 污导流工程的连通关系 、 污水处理工程和处 理量。 3.如权利要求1所述的区域河湖水系连通联合调度和水质安全保障方法， 其特征在于， 所述步骤S3进一 步为： 步骤S31、 构建河网一维水文水动力模型， 包括构 建水动力模块、 水工建筑物模块、 溃坝 模块、 降雨径流模块、 对流扩散模块、 水质生态模块、 非粘性泥沙 输运模块和数据同化模块； 步骤S32、 采集各个河段的断面参数、 水利工程参数和 河宽数据， 对各个河段进行概化， 构建研究区域的降雨径流 率定模块并对研究区域进行率定， 获得率定参数； 步骤S33、 建立降雨径流模块与水动力模块之间的耦合关系， 并结合水工建筑物模块对 对流扩散模块进行计算， 获得污染物的时空演变过程数据； 步骤S34、 构建区域水质改善联合调度方法， 形成调度方法集合， 依序选取各个调度方 法并基于所述基础数据， 通过所述水量水质模型对研究区域的水量和水质进行模拟； 获得 对应各个调度方法的水量水质数据。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115375198 B 3