(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 202111576713.9 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 武汉大学 (72)发明人 陈华　朱迪　周研来　刘炳义　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 代理人 俞琳娟 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06N 3/08(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 复杂防洪系统多目标协同调度方法及装置 (57)摘要 本发明提供复杂防洪系统多目标协同调度 方法及装置， 方法包括： 步骤1， 布设视频测流设 备站点， 监测各站点处断面流量数据； 步骤2， 根 据监测的断面流量数据， 采用人工神经网络， 构 建水库‑蓄滞洪区 ‑涵闸泵站间的河道洪水演进 代理模型作为复杂防洪系统多断面通用河道洪 水演进代理模 型， 模拟复杂防洪系统的洪水演 进 过程； 步骤3， 构建复杂防洪系统多目标协同调度 模型： 以防洪控制点洪峰流量最小、 水库动用防 洪库容最小为目标函数， 以水库下泄流量为决策 变量， 以水库水量平 衡约束、 水库泄流能力约束、 水库水位约束、 洪水演进约束、 非水库工程调度 约束为约束条件； 步骤4， 求解复杂防洪系统多目 标协同调度模型， 获得非劣解集， 根据此调控水 库调度。 权利要求书5页 说明书9页 附图2页 CN 114357868 A 2022.04.15 CN 114357868 A 1.复杂防洪系统多目标协同调度方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 布设视频测流设备站点： 收集流域水系资料， 概化流域防洪系统， 将水库入库断面、 干支流交汇断面、 闸坝断面、 蓄滞洪区断面、 防洪控制断面作为布设站 点， 布设视频测流设备， 监测各站 点处断面流量数 据； 步骤2， 洪水演进仿真计算： 根据监测的断面流量数据， 采用人工神经网络， 构建水库 ‑蓄滞洪区 ‑涵闸泵站间的河 道洪水演进代理模型， 模拟复杂防洪系统的洪水演进过程； 包括： 步骤2‑1， 收集第n站点断面和第n+1站点断面的各计T个时段的视频测流数据； 步骤2‑2， 以第n站点断面的视频测流数据作 为输入数据， 第n+1站点断面的视频测流数 据作为输出 数据， 设置人工神经网络的相关参数， 构建人工神经网络模型如下： 式中， netn表示第n站点断面的人工神经 网络模型； Pn表示人工神经 网络的参数设置集， 包括： 隐含层节点数、 节点传 递函数、 训练次数； Xn和Yn+1分别表示输入层和输出层的数据集 合， 如下所示： 式中， Qn和Qn+1分别表示第n和第n+1站点断面的视频测流设备的监测流量； τn表示第n站 点断面至第n+1站点断面的洪水演进滞时； 步骤2‑3， 训练人工神经网络模型netn并保存， 构建水库 ‑蓄滞洪区 ‑涵闸泵站 间的河道 洪水演进代理模型： 式中， Qn+1*表示用洪水演进计算出的第n+1站点断面的流 量； 步骤2‑4， 重复步骤2 ‑1～步骤2 ‑3， 直至遍历所有站点断面； 步骤3， 构建复杂防洪系统多目标协同调度模型： 以防洪控制点洪峰流量最小、 水库动用防洪库容最小为目标函数， 以水库下泄流量为 决策变量， 需满足的约束 条件含： 水库水量平衡约束、 水库泄流能力约束、 水库水位约束、 洪 水演进约束、 非水库工程调度约束； 步骤4， 多目标协同优化： 采用NSGA ‑Ⅱ算法求解复杂防洪系统多目标协同调度模型， 获 得非劣解 集， 根据此调控水库调度。 2.根据权利要求1所述的复杂防洪系统多目标协同调度方法， 其特 征在于： 其中， 步骤1包括如下子步骤： 步骤1‑1， 收集流域水文、 水利工程相关资料， 包括水库、 堤防、 闸坝、 蓄滞洪区等水利工 程特征参数、 干支流交汇 节点数量与位置， 基于这些流 域水系资料概 化流域防洪系统； 步骤1‑2， 筛选视频测流设备的布设站点， 选择水库出入库断面、 干支流交汇断面、 闸坝 断面、 蓄滞洪区断面、 防洪控制断面作为布设站点； 步骤1‑3， 从上游至下游， 在筛 选的站点断面依次布设视频测流设备； 步骤1‑4， 开启视频测流设备， 监测并记录各站点断面 流量数据。权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 114357868 A 23.根据权利要求1所述的复杂防洪系统多目标协同调度方法， 其特 征在于： 其中， 步骤3包括如下子步骤： 步骤3‑1， 以防洪控制点洪峰最小和水库动用防洪库容 最小作为目标函数， 具体如下： ①防洪控制点洪峰最小： 式中， f1表示第一个目标函数； Qi(t)表示第i个防洪控制点第t 时刻的流量； I表示防洪 控制点的数量； ②水库动用防洪库容 最小： 式中， f2表示第二个目标函数； Vp(t)表示第p个水库第t时刻库容； Vp(0)表示第p水库调 度期初库容； P表示水库的数量； 步骤3‑2， 设定约束条件， 具体如下： ①水库水量平衡约束： 式中， Ip(t)表示第p个水库第 t时刻入库流量， 由视频测流设备测出； Op(t)表示第p个水 库第t时刻出库流 量； ②水库泄流能力约束： 式中， Opmax[Zp(t)]表示第p个水库第t时刻水位达 到Zp(t)时， 水库最大 下泄流量； ③水库水位限制约束： 式中， Zpmax和Zpmin分别表示第p个水库调度期内水位的上、 下限； ④洪水演进约束： Qn+1(t)＝f[Qn(t)， Qn(t‑1)， ...， Qn(t‑Tn)， netn] 式中， Qn+1(t)表示第n+1站点断面第t时刻的洪水演进计算的数值； ⑤非水库工程调度约束： Om(t)＝ ψm[Im(t)， Zm(t)] 式中， Om(t)， Im(t)和Zm(t)分别表示第m个非水库水利工程第t时刻的出流、 入流和水 位； ψm表示第m个非水库水利工程的调度规则。 4.根据权利要求1所述的复杂防洪系统多目标协同调度方法， 其特 征在于： 其中， 步骤4包括如下子步骤： 步骤4‑1， 设置NSGA ‑Ⅱ算法的相关参数， 包括： 迭代总次数为K、 选择、 交叉和变异的概 率分别为p1， p2和p3， 种群规模NP； 步骤4‑2， 令迭代次数k＝1， 随机初 始化一个父代种群Pk， 并将所有个体按非支配关系排 序且指定一个适应度值， 采用选择、 交叉、 变异算子产生子种群Qk；权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 114357868 A 3