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申请/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

摘要：本发明公开了一种基于博弈论的区域防洪与城市排涝标准协同方法和系统，构建耦合区域和城市的水文水动力模型；获得每一洪涝场景下的洪涝模拟数据；调取基础数据中的经济数据并展布至预定分辨率，获得区域和城市的社会经济网格数据；计算每一洪涝场景下的区域和城市洪涝灾害直接经济损失网格数据；针对研究区域，构建区域防洪与城市排涝标准协同博弈模型，其中主导者为城市排涝、从属者为区域防洪；调用预配置的算法，求解区域防洪与城市排涝标准协同博弈模型，分析博弈过程，并获得Nash均衡策略，输出求解结果。可以为区域与城市防洪排涝博弈提供精细化的决策提供参考，为实现区域与城市防洪排涝风险和效益整体最优提供了新的思路。

主权项：1.基于博弈论的区域防洪与城市排涝标准协同方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、获取研究区域的基础数据，针对研究区域，构建耦合区域和城市的水文水动力模型；基于水文水动力模型对不同洪涝场景模拟，获得每一洪涝场景下的洪涝模拟数据；步骤S2、调取基础数据中的经济数据并展布至预定分辨率，获得区域和城市的社会经济网格数据；基于洪涝与经济损失之间的函数关系，即洪涝损失函数，计算每一洪涝场景下的区域和城市洪涝灾害直接经济损失网格数据；步骤S3、针对研究区域，构建区域防洪与城市排涝标准协同博弈模型，其中主导者为城市排涝、从属者为区域防洪；步骤S4、调用预配置的算法，求解区域防洪与城市排涝标准协同博弈模型，分析博弈过程，并获得Nash均衡策略，输出求解结果；所述步骤S1具体为：步骤S11、获取研究区域的基础数据，包括DEM数据、土地利用数据、降雨数据、河道断面数据和水利工程数据；步骤S12、针对研究区域，构建一维河网汇流模型以及基于元胞自动机的WCA2D二维洪水模型，形成区域和城市的水文水动力模型；步骤S13、针对研究区域构建至少两个洪涝模拟场景，并逐一通过水文水动力进行模拟，获得洪涝模拟数据，洪涝模拟数据至少包括河道断面水位数据、二维洪涝特性网格数据和水位安全裕度数据；所述步骤S2具体为：步骤S21、调取基础数据中的土地利用类型数据，利用土地利用类型数据计算第一产业数据并展布；步骤S22、读取基础数据中的夜间灯光数据，并调用预配置的灯光数据与GDP数据回归模型，获得GDP初步分布网格数据；步骤S23、读取基础数据中的POI数据，并调用通过POI和GDP数据训练获得的随机森林模型，获得至少部分区域的GDP高精度分布网格数据，并与GDP初步分布网格数据在空间上进行叠加；步骤S24、基于洪涝与经济损失之间的函数关系计算经济损失网格数据，包括确定不同地表覆盖类型的损失率函数，从二维洪涝特性网格数据提取淹没水深数据，叠加GDP高精度分布网格数据和淹没水深数据，依序针对每个网格，计算洪涝造成的直接经济损失数据；所述步骤S3具体为：步骤S31、针对研究区域，构建博弈参与方，包括创建主导者和从属者，主导者为城市排涝，从属者为区域防洪；步骤S32、构建策略空间，包括城市排涝策略空间和防洪策略空间，形成策略组合列表；步骤S33、读取并基于水位安全裕度数据、直接经济损失数据和初始化的权重参数，构建效用函数，针对效用函数构建效用计算单元；步骤S34、构建情景矩阵，并配置基准情景，从洪涝模拟数据提取的水文数据，以及提取的经济数据；所述步骤S4具体为：步骤S41、初始化区域防洪与城市排涝标准协同博弈模型的初始策略组合，获取在初始策略下的水文数据，并计算当前水文数据下的直接经济损失数据，形成模拟结果；步骤S42、基于初始策略组合的模拟结果，计算各参与方的初始效用，作为博弈过程的起点；调用预配置的算法，求解区域防洪与城市排涝标准协同博弈模型，分析博弈过程，并获得Nash均衡策略，输出求解结果；所述S12中，构建基于元胞自动机的WCA2D二维洪水模型并预训练的过程，具体为：步骤S121、读取基础数据，提取DEM数据、地表覆盖类型数据、降雨或产流数据、河道边界流量数据和初始水深数据，并将研究区域划分为规则的正方形网格，形成基于元胞自动机的WCA2D二维洪水模型，每个网格代表一个元胞，包括水深和地面高程；步骤S122、构建元胞间水量交换的规则，并基于权重计算相邻元胞间的水流动量；设置自适应步长；设置研究区域边界的水流入流出条件；步骤S123、在预训练时，基于水量交换结果更新每个元胞的水深和流速向量；获得输出数据，包括时空分布的水深数据、流速数据和淹没范围数据；步骤S124、根据输出数据判断基于元胞自动机的WCA2D二维洪水模型是否符合预期，若符合预期，则输出并配置；所述步骤S33还包括将研究区域分成若干子区域，并配置子区域权重，根据子区域权重，构建效用函数；步骤S331、确定影响因子，包括地理位置因子、水文联系因子、经济重要性因子和人口密度因子；步骤S332、对每个区域i，计算其综合影响指数Ii：Ii=wg*Gi+wh*Hi+we*Ei+wp*Pi；其中，Gi，Hi，Ei，Pi分别为地理位置因子、水文联系因子、经济重要性因子和人口密度因子的标准化值，wg，wh，we，wp分别为地理位置因子、水文联系因子、经济重要性因子和人口密度因子的权重系数；步骤S333、基于综合影响指数，计算每个区域的权重Wi并归一化，获得区域权重数据：Wi=Ii∑j=1nIj；其中，n为区域总数；步骤S334、构建城市排涝效用函数和区域防洪效用函数，城市排涝效用函数EU=∑i=1mWi0.5*λi+0.5*Li；m为城市子区域数量，λi和Li分别为第i个子区域的水位安全裕度和经济损失；区域防洪效用函数EB=∑j=1nWj0.5*λj+0.5*Lj；n为区域子区域数量，λj和Lj分别为第j个子区域的水位安全裕度和经济损失。

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