(19)中华 人民共和国 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 202111523101.3 (22)申请日 2021.12.14 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 李珊珊　王兆礼　赖成光　吴旭树　 林广思　 (74)专利代理 机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 4 4245 代理人 郑秋松 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/12(2006.01) G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/08(2012.01) (54)发明名称 耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优 化布局方法 (57)摘要 本发明公开了一种耦合SWMM模型和GDE3算 法的LID设施空间优化布局方法， 该方法步骤包 括： 构建SWMM模型对不同的LID设施空间布局进 行水文效应模拟和评估， 获取研究区径流削减 率； 构建成本计算器获取不同的LID设施空间布 局下的总建设费用； 建立LID设施空间布局多目 标决策模型， 确定LID布局的决策变量， 以LID设 施总建设费用最小、 研究区径 流削减率最大为目 标函数， 确定边界条件； GDE3算法通过交叉变异 生成决策变量， 输入至SWMM模型和成本计算器 中， 获取研究区径流削减率和总建设费用， 采用 非支配排序和拥挤距离计算得到LID设施空间布 局多目标决策模 型中决策变量的最优解集。 本发 明能够提高搜索能力， 获取 更高的径流削减率。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 114357570 A 2022.04.15 CN 114357570 A 1.一种耦合SWMM模型和GDE3算法的LID 设施空间优化布局方法， 其特征在于， 包括下述 步骤： 构建SWMM模型， 针对不同的LID 设施空间布局进行水文效应模拟和评估， 获取研究区径 流削减率； 构建成本计算器， 获取不同的L ID设施空间布局下的总建 设费用； 建立LID设施空间布局多目标决策模型， 确定LID布局的决策变量， 以LID 设施总建设费 用最小、 研究区径流削减率 最大为目标函数， 确定边界条件； 耦合SWMM模型和GDE3算法： GDE3算法通过交叉变异生成多目标决策模型中的决策变 量， 将其输入至SWMM模 型和成本计算器中， 获取研究区径 流削减率和总建设费用， 采用非支 配排序和拥挤距离计算得到L ID设施空间布局多目标决策模型中决策变量的最优解 集。 2.根据权利要求1所述的耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局方法， 其特 征在于， 所述构建SWMM模 型， 预先获取研究区域的基础数据， 所述基础数据包括数字高程模 型、 卫星遥感影像数据、 管网分布和土地利用类型数据， 基于基础数据划分子汇水区、 确定 子汇水区和管网参数以及确定研究区适 合建设的LID类型和比例。 3.根据权利要求1所述的耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局方法， 其特 征在于， 所述构建成本计算器， 预先确定各种LID设施的总建设成本和维护成本， 计算各种 LID设施的年 折算成本， 具体表示 为： 其中， ALID和PLID分别表示年建设成本和总 建设成本， i表示年利率； nLID表示各LID设施 的生命周期。 4.根据权利要求1所述的耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局方法， 其特 征在于， 所述LID设施空间布局多目标决策模型， 所述决策变量选取LID设施在各子汇水区 的建设比例或面积。 所述以LID设施总建 设费用最小、 研究区径流削减率 最大为目标函数， 具体表示 为： 最大化研究区径流削减率目标： 其中， Runoffbaseline是不布设LID设施下研究区出水口流量， RunoffLID是多目标优化算 法生成的不同L ID布局下的研究区出 水口流量； LID设施总建 设费用最小目标： 其中， Aij表示在子汇水区i适建的LID设施类型j所占的面积， Cj表示单位LID设施类型j 的年总成本， m表示子汇水区总数， n表示 LID设施类型总数。 5.根据权利要求1所述的耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局方法， 其特 征在于， 所述 边界条件表示 为：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357570 A 2其中， 下标l和上标n分别表示LID类型和子汇水区名称； 表示子汇水区n上LID 类型l的最大适建面积。 6.根据权利要求1所述的耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局方法， 其特 征在于， 所述耦合SWM M模型和GDE 3算法的具体步骤 包括： 在决策变量可 行解空间随机初始化种群； 对父代个 体进行变异和交叉操作， 产生另一个子代新种群； 新种群个体对应新生成的各子汇水区中各适建LID类型的面积或比例， 重新计算各子 汇水区的漫流宽度和不透水率； 将新种群个体和改变后的漫流宽度和不透水率参数依次输入至SWMM模型中进行水文 模拟， 获取研究区出水口出流量， 计算计算径流削减率， 同时将 个体输入至成本计算器中进 行运算， 获取折算后的年总成本， 基于目标函数对 父代和子代种群进 行快速非支配排序， 基 于拥挤距离的方法使得种群规模保持初始规模， 重复迭代至设定的迭代次数。 7.根据权利要求6所述的耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局方法， 其特 征在于， 所述对父代个 体进行变异和交叉操作， 产生另一个子代新种群， 具体步骤 包括： 对每一个在j代的个体Xi(j)实施变异操作， 得到与其相对应的变异个体Xm(j+1)； 对个 体Xr1(j)和生成的变异个 体Xm(j+1)实施交叉操作， 生成试验个 体U(j+1)： 变异操作表示 为： Xm(j+1)＝Xr1(j)+F*[Xr2(j)‑Xr3(j)] 其中， j表示进化代数； 个体r1,r2,r3∈{1,2,3...,NP}互不相同， 且与个体m不同； Xr1 (j)为父代基向量,[Xr2(j)‑Xr3(j)]为父代差分变量， F为缩放比例因子； 交叉操作表示 为： 其中， rand(0,1)为[0， 1]之间均匀分布随机数， CR为范围在[0， 1]之间的交叉概率， jrand 为{1,2,3. ..,NP}之间的随机量。 8.一种耦合SWMM模型和GDE3算法的LID设施空间优化布局系统， 其特征在于， 包括： SWMM模型构建模块、 成本计算器构建模块、 多目标决策模 型构建模块、 SWMM模 型和GDE3算法 耦合模块； 所述SWMM模型构建模块用于构建SWMM模型， 针对不同的LID设施空间布局进行水文效 应模拟和评估， 获取研究区径流削减率； 所述成本计算器构建模块用于构建成本计算器， 获取不同的LID设施空间布局下的总 建设费用； 所述多目标决策模型构 建模块用于建立LID设施空间布局多目标决策模型， 确定LID布 局的决策变量， 以LID设施总建设费用最小、 研究区径流削减率最大为目标函数， 确定边界 条件； 所述SWMM模型和GDE3算法耦合模块用于耦合SWMM模型和GDE3算法： GDE3算法通过交叉权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357570 A 3