遗传算法实现农村树状供水管网的优化设计

为改善农村树状供水管网的管径设计方案,应用数学建模和最优化理论,提出在确定管网布置方案的基础上,采用整数编码的遗传算法,建立管径组合方案优化模型。以经济性作为目标函数,并结合实例,编制相应计算程序,对某一农村供水管网进行优化设计,与传统设计方案进行对比。结果表明,该优化设计方案在经济性和水力特性都优于传统的设计方案。     

井灌区低压环状管网与机井装置优化匹配

本文研究单环与双环管网与机井装置的优化匹配问题,建立了以工程年费用最小为目标函数的管网优化计算数学模型。求解过程中,以离散的标准管径为变量,分别计算不同出水口放水时的年运行费之和,然后计算工程年费用值,并比较其大小,年费用最小所对应的管径为最优管径。数学模型中,管径为实际的标准管径,各出水口流量为管网运行中泵的实际出流量,因此与实际相符合,且管径是标准管径,具有较强的实用性。     

基于整数编码粒子群算法的树状供水管网优化

以管网年费用折算值为目标函数,以管网布置形式及管径为优化参数,建立了树状供水管网的优化设计模型.利用基于整数编码的粒子群算法对这一模型进行了求解,该方法以某一管网连接状态及各管段管径作为粒子群个体,采用整数编码,通过不断地更新粒子的位置来搜索最优的管网结构及管径值,实现了对管网布置形式及管径的同时优化.优化过程中,对进化过程中产生的不可行解进行处理,提高了优化效率.实例表明,将粒子群算法应用于树状管网优化设计中可以获得更好的优化结果和效率.     

基于整数编码遗传算法的树状灌溉管网优化设计方法

针对树状管网布置中较多依赖设计人员经验的特点,提出了一种基于整数编码遗传算法的树状管网两级优化方法.第一级优化是根据树状管网单点供水的原则,建立了融合工程设计经验的树状管网优化布置整数编码遗传算法模型,克服了传统二进制编码方法易产生不可行解的问题,可快速寻找出一组符合工程实际情况的管网布置方案.第二级优化在确定管网布置方案组的基础上采用整数编码的遗传算法,以投资最小为目标,建立了管径优化模型与算法.编制了灌溉管网两级优化设计Matlab程序,进行了工程实例验证.与单亲遗传算法(SPGA)和管网布置经验设计方法进行了比较,表明本文提出的基于整数编码的管网优化设计方法可方便地将设计经验融合到优化计算过程中.能降低管网优化设汁的复杂性和求解难度,快速有效求解符合工程实际的管网优化方案.     

基于多决策变量协同设计的供水管网多目标优化模型研究

在城镇供水管网设计中,管线布置和管径搭配是影响工程经济性和可靠性的重要因素。为提升管网设计的整体优化水平,以管线布置和管径搭配共同作为决策变量,选用"管网建造费用"作为经济性目标函数,选用"管网管段压力均值"、"管网恢复力"和"枝状管流量和"作为管网可靠性目标函数,建立供水管网多目标优化设计模型。使用MATLAB平台搭载EPANET2动态链接库,采用改进的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解模型得到帕累托(Pareto)前沿解集,并使用多标准优化和妥协解决方案(VIKOR)法选出最优折衷设计方案。最后以广东省某城镇供水管网设计为例进行验证,得到的前沿解集在多维目标空间中分布均匀,且选出的最优折衷方案综合效益良好,证明了供水管网管线布置和管道尺寸协同设计的科学性和有效性。     

基于遗传算法的灌溉管网优化设计

本文采用遗传算法同时进行灌溉管网布置和管径组合的优化设计.结合某工程实例,建立管网的初步模型,运用matlab中的遗传算法工具包和自身的编程,进行工程实例管网优化设计,并将计算结果和传统方法的计算结果进行对比分析.计算结果表明,遗传算法可以很好地获得管网的优化布置和管径组合,满足基本使用条件,相对于传统方法的计算结果,遗传算法的结果使管线布置更加简洁,管线长度减小349m,工程总投资减小24.3％,可为同类工程提供参考.     

树状灌溉管网两级遗传优化设计

针对树状管网布置依赖设计人员经验的特点,提出了一种基于整数编码遗传算法的树状管网两级优化方法：第一级优化根据树状管网单点供水的原则,避免了最优生成树方法的复杂性,将设计人员的经验有机融合到设计过程中,寻找出一组符合工程情况的管网布置形式;第二级优化在第一级优化的基础上采用整数编码的遗传算法,以投资最小为目标函数,计算出最优管径组合。该方法采用MATLAB6．5编程,可得出较优的布置方案。     

流量保证条件下长距离输水系统管径优化研究

针对流量保证条件下长距离输水系统管径优选问题,综合考虑流量保证率和管道年费用,建立长距离输水系统管径优化模型。首先,考虑需水量的随机性,综合输水系统供水量和需求端用水量,表征长距离输水系统的流量保证率;其次,综合分析管网造价、年动力费用、管网投资及大修费等,建立输水管道年费用表达;最后,结合流量保证率和管道年费用,建立多目标优化模型,运用遗传算法求解,寻求最优管径组合方案。工程案例表明:该地输水系统的最优管径组合方案为线路A管径为DN550,线路B管径为DN550,线路C管径为DN500。对应的流量保证率为85.21%,大于70%的流量基本保证率,可满足用户需水量。对应的输水管道年费用为13 524.05万元/年。     

邙山生态园灌溉管网优化设计

为了减少郑州邙山水土保持生态园灌溉管网的投资和年运行费用,在选择喷灌技术的基础上建立了灌溉管网优化设计模型,并采用粒子群算法对模型进行求解,得到了最优管径组合.结果表明:粒子群优化算法计算的管网投资为28 125元,而采用规划法计算投资为32 254元,可见粒子群优化计算管网投资小于规划法计算投资.     

城市污水输送系统优化设计方法研究

针对城市污水输送管网工程,分别考虑了污水输送有压、无压管网系统优化问题。对于有压管网工程,建立了以加压泵站和输水管道工程年费用最小为目标函数,以加压泵站工作扬程与各管段管径为决策变量,以管段首末水头损失、各管段管道经济流速与各管段管径为约束条件的非线性模型,采用加压站工作扬程离散枚举法比选,管段管径一维动态规划选优方法进行优化计算;针对无压管网工程,同样建立了以输水管道工程年费用最小为目标函数,以各管段管径为决策变量,以管段为阶段变量,以管段首末水头损失为耦合约束条件、以各管段管道经济流速、各管段纵坡与各管段管径为决策变量可行域约束条件的一维动态规划模型。以此两种模型,可以对城市污水管网工程进行有压与无压输送方案比选,并通过实例分析验证可为城市污水输送有(无)压管网工程系统优化设计提供参考。     

线性信赖域算法在给水管网优化设计中的应用

提出了将给水管网优化设计分解成管径优化和流量优化的方法.对于管径优化,以不同管径管长为优化变量,建立某一流量分配下的线性规划模型.利用管道造价公式和水力计算公式,建立以流量分配为优化变量的非线性规划模型.在计算过程中,采用单纯型法求解线性规划模型,用带有约束的信赖域法求解非线性规划模型,两种算法交替计算.算例表明这一方法是可行的,能得到管网的优化设计方案.     

灌区自压微灌独立管网系统优化设计研究

微灌管网系统由田间管网系统和骨干管网系统两部分组成,田间管网入口所需压力只与灌水器设计工作水头及田间管网允许水头差有关,因此两部分的优化问题是相互独立的。目前田间管网优化设计主要是在限定面积且布置已定的情况下进行支毛管管径组合优化。本研究在不限定管网系统面积的情况下建立了单向毛管田间管网、双向毛管田间管网及自压微灌骨干管网的优化设计数学模型,可同时完成相应管网的优化布置和优化设计且能得到最佳控制面积。利用解的不可行度对随机产生的初始种群进行选择以改善种群质量,利用罚函数法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。结果表明:双向毛管田间管网在控制面积及单位面积投资两方面均优于单向毛管田间管网,推荐以双向毛管田间管网优化结果为基础进行骨干管网的优化,算法收敛性能稳定,具有较高的计算精度,此优化设计研究成果对自压微灌系统设计及区域管网优化设计具有一定的实际意义。     

泵站加压式树状供水管网优化设计研究

针对传统供水管网优化设计时未考虑整个管网的首末水头约束问题,提出了以管网系统年折算费用最小为目标函数,以水泵扬程和具有标准管径的干、支管管道长度为决策变量的泵站加压式树状供水管网优化设计数学模型。在该模型中,假定水泵扬程已知,将管网优化问题转化成管网投资线性子模型问题,并采用大系统分解-动态聚合方法对该子模型进行求解。研究结果表明,该方法寻优能力强,且计算时间短,计算结果精度较高,为泵站加压式树状供水管网系统优化设计提供了一种可行而有效的新方法。     

基于遗传算法的农村供水管网优化设计

农村饮水安全工程的供水管网优化设计,对于节约工程投资、提高工程社会效益具有重要意义。为了对供水管网进行管径优化,从经济性和可靠性出发,以投资成本最低为目标函数,以水力学指标为约束条件,建立管网优化数学模型。运用遗传算法进行模型求解,针对供水管网优化模型的特点,选取自然数编码,建立合适的适应度函数,设置选择、交叉、变异等遗传算子,并选取工程实例进行优化求解,通过与传统方法的计算结果对比,验证了遗传算法用于供水管网优化的实用性。     

复杂地形条件下重力流管道输水管网设计研究进展

山区、丘陵区地形复杂高差大,管道输水布置根据供水点分布一般为树状管网.本文通过分析国内外对树状管网布置进行优化研究,优化方法主要是遗传算法和图论理论,所不同的是优化方法的求解过程.马孝义等综合了设计人员的实践经验,利用整数编码对优化问题的求解得到了较好的效果.周荣敏等利用单亲遗传算法可以在较短的时间内提供一批接近工程实际需要且管网投资最小的布置方案,为方案评价和决策提供了可靠依据;分析了各种管材的优缺点,为山区、丘陵地区的输水工程设计提供参考;分析国内外对树状管网经济管径的研究,利用经济手段计算经济管径,避开了选择经验流速的困难,取得了较好的效果.张奎、张志刚等方法简单可行,能够满足设计要求精度,较采用经济流速的方法设计管径更加合理.     

典型山区重力式供水管网经济管径计算分析

在农村饮水输配水管网工程设计中,管网布置与经济管径的确定是工程设计计算的两大课题。在管网布置完成以后,经济管径确定的合理与否就成为影响输配水系统投资与运行费用的关键因素。一、管段内水头损失     

固定式喷灌系统经济管径的计算方法

在分析了固定式喷灌系统的管网投资、年运行费用与管径函数关系的基础上，利用工程经济分析中费用最小化准则和非线性规划理论，建立了求解喷灌系统管网经济管径的数学模型，并给出了无约束条件直接求解经济管径的计算式．     

基于和声搜索的配水系统优化设计研究

和声搜索具有不需要初始值,利用随机搜索代替梯度搜索,而无需更多信息的优点.以和声搜索算法为工具,建立管网优化的数学模型,以费用最小作为目标函数对配水系统管网设计进行管径寻优.并以Hanoi管网为例,将和声搜索算法同经典遗传算法进行比较.计算结果表明和声搜索算法在管网优化设计中有着很好的前景.     

微灌田间管网布置与管径同步优化及影响因素分析

田间管网是微灌系统的最基本设计单元,该部分规划设计的合理性直接影响到整个微灌系统的工程投资及运行费用。将田间管网作为一个整体,分别以单位面积年费用最低及控制面积最大为目标,在不限定田间管网形状及面积的情况下建立毛管单向布置及双向布置田间管网优化设计数学模型。分析了毛管管径、灌水器设计流量、灌水器间距、毛管方向地面坡度、灌水器制造偏差系数及流态指数对田间管网优化结果的影响,并对两种布置模式下田间管网的优化结果进行了对比。实例计算结果表明:较小的毛管管径、灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数、较大的灌水器间距有利于减小田间管网单位面积年费用,减小的百分比为0.55%～57.42%;较大的毛管管径及灌水器间距、较小的灌水器设计流量、灌水器制造偏差系数及流态指数有利于增大田间管网控制面积,增大的百分比为18.31%～925.94%;毛管双向布置田间管网在单位面积年费用及控制面积两方面均优于毛管单向布置田间管网,毛管双向布置田间管网单位面积年费用较毛管单向布置降低0.59%～9.58%,控制面积较毛管单向布置增大9.67%～186.57%。结果可为不限定面积情况下微灌田间管网的优化设计提供依据。     

树状给水管网布置形式优化设计

以管网年费用折算值作为管段的权值建立目标函数,以基于破圈法及Mayeda-Seshu算法的列队竞争算法作为求解方法,用于进行树状给水管网系统的优化,并将该方法用于实例研究。结果表明:该算法既可以完全避免以往各种优化算法在进化过程中产生不可行解的弊端,又继承了普通列队竞争算法寻优速度快的优点,使得算法的计算效率显著提高,计算结果的准确性也得以保证。该优化算法的提出对树状给水管网布置形式优化设计具有重要意义。