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基于预测控制方法的城市排水系统建模与控制研究的任务书
一、研究背景
随着城市化进程的加快和人口增长，城市排水系统面临着越来越大的挑战。传统的城市排水系统的设计和控制方法已经不能满足目前城市排水管网的需求。传统设计方法的一些缺陷，如动力学特性、容错能力、适应性、可靠性等方面都需要进一步提高。同时，由于人口密度和污水负荷集中，城市排水系统面临着更严峻的挑战。过载、容易被堵塞以及建设成本高等问题在城市排水系统中也较为普遍。
基于预测控制方法的城市排水系统建模和控制研究，可以提高城市排水系统的实时控制能力，优化排水系统的运行效率，降低排水系统的运行成本，提高城市排水系统的适应性和可靠性，提高城市环境水平，提升人们的生活品质和城市形象。
二、研究目标
该研究项目旨在开展基于预测控制方法的城市排水系统建模和控制研究，探索城市排水系统建模和控制的新方法，提高城市排水系统的控制性能，降低城市排水系统的成本，提高城市排水系统的适应性和可靠性，缓解城市排水系统的压力，为城市环境水平提升做出贡献。
研究任务如下：
1.城市排水系统的理论研究
深入研究城市排水系统的理论知识、传统设计方法的缺陷，总结城市排水系统的设计和控制存在的问题以及预测控制方法在城市排水系统中的应用，为后续城市排水系统建模和控制研究提供理论支持。
2.建立城市排水系统模型
采用预测控制方法，分析城市排水系统的水动力学特性、传输特性和控制要求，建立城市排水系统的控制模型和优化模型，考虑多个信息源的影响和数据库的建立，使研究具有广泛的适用性。
3.排水系统控制策略与算法的开发
基于城市排水系统建立的模型，开发城市排水系统的控制策略与算法，结合建模结果和实验数据，优化控制模型和预测模型，并对排水系统的运行状态进行实时预测和控制。
4.模型应用与性能评估
利用实际城市排水系统进行案例分析，开展模型应用与性能评估，验证预测控制方法在城市排水系统中的有效性和可行性，实现城市排水系统的节能、减排、稳定和安全运行。
三、研究内容
1.城市排水系统的理论研究
通过文献综述和理论分析，总结城市排水系统的水动力学特性、传输特性和控制要求，分析传统设计方法存在的缺陷以及预测控制方法在城市排水系统中的应用。为后续城市排水系统建模和控制研究提供理论支持。
2.建立城市排水系统模型
（1）建立传统城市排水系统的水力模型，包括液体物质运动方程和连续性方程等，考虑城市排水系统的水动力学特性和水流传输特性；
（2）建立城市排水系统的控制模型，根据传感器数据和控制器输出，建立城市排水系统的响应模型，通过的最优控制策略实现流量的调节和组态的变化；
（3）建立城市排水系统的优化模型，包括模型约束条件、交通组织和控制器组织等，根据管网内的现有信息，对城市排水系统的运行进行优化，提供更好的服务并提高城市排水系统的安全性和可靠性。
3.排水系统控制策略与算法的开发
基于城市排水系统模型，开发城市排水系统的控制策略和算法，结合建模结果和实验数据，不断优化控制模型和预测模型，实现实时预测和控制。并探讨优化算法在城市排水系统中的应用，提高控制算法的可靠性和适应性。
4.模型应用与性能评估
（1）利用实际城市排水系统进行案例研究，验证城市排水系统模型及优化算法，对比模型预测结果和实际运行结果，进行模型优化调整；
（2）通过对样本数据的分析和记录，运用数据挖掘技术，逐步积累经验，为进行后续模型工作打下基础。
四、研究意义
该研究旨在推广预测控制方法在城市排水系统建模和优化控制中的应用，提高城市排水系统的控制能力，缓解城市排水系统的压力，提高城市环境水平和人民群众生活水平。具体意义：
1.提高城市排水系统的运行效率，降低城市人口集中带来的压力，提高排水系统的容错能力和可靠性。
2.优化排水系统的控制策略和算法，减少排水系统的能耗和运营成本，为城市的节能减排提供帮助。
3.探索预测控制方法在城市排水系统中的应用，丰富城市排水系统设计和控制方法的理论研究，为城市排水系统的建设提供理论基础和新的思路。
4.为其他城市基础设施的建设和控制研究提供参考，并为未来城市可持续发展打下基础。