基于超分辨率重建方法的城市内涝快速精细模拟

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研究背景与问题

城市内涝问题在全球范围内日益严重，尤其在快速城市化的背景下，城市内涝的模拟与预测成为城市防洪减灾的重要环节。传统的城市内涝模拟方法多依赖于物理机理模型，但这些模型在保证精度的同时，计算效率较低，难以满足快速响应的需求。因此，如何在保证模拟精度的同时提高计算效率，成为城市内涝模拟领域亟待解决的问题。

研究方法

针对上述问题，本研究提出了一种基于U-Net超分辨率重建的城市内涝快速精细模拟方法。该方法以粗精度积水结果作为物理先验，通过U-Net网络实现从粗精度到细精度积水分布的快速映射。具体步骤如下： 1. 构建粗、细两套水动力模拟网格，分别对应粗精度和细精度模拟。 2. 利用粗精度模拟结果作为先验信息，通过U-Net网络进行超分辨率重建，得到细精度积水分布。 3. 对比细精度模拟结果与U-Net重建结果，评估模拟精度。

核心结果

以深圳市民治片区为研究区，本研究构建了粗、细两套水动力模拟网格，并进行了U-Net超分辨率重建实验。结果表明： 1. U-Net网络能够有效地将粗精度积水结果转换为细精度积水分布，重建精度较高。 2. 与传统物理机理模型相比，基于U-Net的超分辨率重建方法在保证模拟精度的同时，显著提高了计算效率。 3. 通过对比分析，验证了该方法在实际应用中的可行性和有效性。

结论与意义

本研究提出的基于U-Net超分辨率重建的城市内涝快速精细模拟方法，为城市内涝模拟领域提供了一种新的思路。该方法在保证模拟精度的同时，提高了计算效率，有助于城市防洪减灾工作的快速响应。此外，本研究还具有一定的理论意义和应用价值，为城市内涝模拟技术的发展提供了新的方向。