[发明专利]一种基于人工智能算法的绿色基础设施空间布局优化方法

说明书

本发明公开了一种基于人工智能算法的绿色基础设施空间布局优化方法。所述方法包括以下步骤：获取研究区域的基础数据和监测数据；采用研究区域的基础数据构建研究区域的雨洪管理模型；确定绿色基础设施基础特征参数的取值，确定绿色基础设施的水流方向；构建基于人工智能算法与SWMM模型结合的绿色基础设施空间布局优化模型；基于绿色基础设施空间布局优化模型的模拟结果，获取最优的布局方案。本发明从人工智能算法以及空间布局方面提出绿色基础设施空间布局优化关键技术，为海绵城市建设的科学规划与优化布局提供了创新研究框架，也为高度城市化地区的雨洪管理提供技术手段与决策参考。

技术领域

本发明涉及人工智能及城市水文领域，具体涉及一种基于人工智能算法的绿色基础设施空间布局优化方法。

背景技术

加强城市雨水管理对于解决城市水安全问题具有重要作用，“使雨水尽快远离城市”的传统理念已无法满足现代城市的雨洪管理需求，取而代之的是建设“海绵城市”的新观念。其统筹了低影响开发雨水系统、城市雨水管渠系统和超标雨水径流排放系统，而绿色基础设施是低影响开发雨水系统建设的核心技术。研究绿色基础设施的空间优化布局，对于建立合理高效的低影响开发雨水系统、城市防洪减灾、缓解水资源危机、净化水质和补偿生态环境等方面都具有重大意义(Raei E,Alizadeh M R,Nikoo M R, et al.Multi-objective decision-making for green infrastructure planning(LID-BMPs) inurban storm water management under uncertainty[J].Journal of Hydrology,2019,579:124091.)。

绿色基础设施在城市雨洪管理中的作用至关重要，其空间布局优化研究也取得了一定的成果(Huang C L,Hsu N S,Liu H J,et al.Optimization of low impactdevelopment layout designs for megacity flood mitigation[J].Journal ofhydrology, 2018,564:542-558.)，但仍存在一些不足之处，如(1)绿色基础设施空间布局优化的目标函数过于单一，难以满足防洪排涝工作日益增加的要求；(2)缺乏常用寻优方法的适用性与可行性评估，难以判断计算出来的最优解是否为全局最优解。因此，本发明建立基于人工智能算法的绿色基础设施空间布局优化框架，集合多种优化方法结果探讨全局最优方案。预期成果可为全国的海绵城市规划与建设提供理论支撑与技术支持，对城市水安全治理问题具有重要的现实意义。

发明内容

为获得全局最优的绿色基础设施空间布局方案，本发明提出将绿色基础设施的空间关系以及水流流向也作为优化的一个因素，提出了基于人工智能算法的绿色基础设施空间布局优化，用于指导海绵城市建设的相关规划。通过采用人工智能算法构建优化模型，采用多方法结果提取全局最优结果，为绿色基础设施空间布局提供了一个更加全面的计算方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

一种基于人工智能算法的绿色基础设施空间布局优化方法，包括以下步骤：

S1、获取研究区域的基础数据和监测数据；

S2、采用研究区域的基础数据构建研究区域的雨洪管理模型(Storm WaterManagement Model,SWMM)；

S3、确定绿色基础设施(Green Infrastructure,GI)基础特征参数的取值，确定绿色基础设施的水流方向；

S4、构建基于人工智能算法与SWMM模型结合的绿色基础设施空间布局优化模型；

S5、基于绿色基础设施空间布局优化模型的模拟结果，获取最优的布局方案。

进一步地，步骤S1中，研究区域的基础数据包括地理数字高程信息、土地利用类型、河网数据和管网数据；