城市供水管网优化设计两步法

为改善城市供水管网的设计方案,从经济性和可靠性角度出发,应用数学建模与最优化理论,对城市供水管网优化设计进行系统研究.提出两步优化的思想,即首先进行供水管网拓扑结构优化,然后进行管径组合方案优化.供水管网拓扑结构优化以单位流量年计算费用作为管段的权值,采用改进的狄克斯特拉算法进行求解,管径组合方案优化采用遗传算法进行求解.分别编制相应计算程序,对某一管网进行优化设计.研究结果表明由该方法产生的优化设计方案在经济性、水力性和可靠性方面均好于传统设计方案,同时两步优化的解无论在收敛速度方面还是在解的优化效果方面都要好于单纯应用遗传算法所求得的解.     

有限元法计算环状供水管网的电算程序

把城市供水管网简化为管段或节点的有限元,应用有限元法、线性化处理及优化方法等有关理论对管网水力计算进行讨论. 以管网年折算费用值为目标函数建立数学模型,利用联系矩阵输入管网信息;并编制了计算程序,从而使计算速度和精度大大提高.该程序适用于环状网、树状网等其他形式的管网,且在输入各节点的地面标高后,也适用于平面管网和立体管网.     

有限元法计算环状供水管网的电算程序

把城市供水管网简化为管段或节点的有限元,应用有限元法,线性化处理及优化方法等有关理论对管网水力计算进行讨论,以管网年折算费用值为目标函数建立数学模型,利用联系矩阵输入管网信息,并编制了计算程序,从而使计算速度和精度大大提高,该程序适用于环状网,树状网等其他形式的管网,且在输入各节点的地面标高后,也适用于平面管网和立体管网。     

基于EPA的供水管网事故响应优化方案

为改善城市供水管网的故障响应方案,从经济性和可靠性角度出发,应用数学建模与最优化理论,对城市供水管网故障对策进行系统研究.提出分步优化的思想,即首先进行供水管网故障响应方案估计,然后进行关阀维修、泵站调节组合方案优化.组合方案优化采用Epanet软件分别进行求解.分别编制相应计算程序,对某一假想管网进行故障响应优化.研...     

基于遗传算法的结构优化方法

介绍了结构优化的数学模型和遗传算法的改进,同时分别用简单遗传算法和改进的遗传算法对算例进行了计算比较。计算表明,改进的遗传算法能加快收敛速度,提高精度。最后通过编制VC＋＋来实现遗传算法程序,并结合算例对其进行了分析,证明了本程序是正确的。     

改进遗传算法在燃气管网布局优化中的应用

燃气管网布局优化对整个系统经济性起着重要作用.以树状燃气管网为研究对象,以管线总长度最短为优化目标建立数学模型,设计了基于遗传思想的燃气管网优化布局的搜索过程.并对基本遗传算法进行改进,设计了单亲交叉算子、倒位算子以及相应的适应度函数.应用改进的遗传算法进行树状管网布局优化能够得到一组最优或次优的布局形式.计算表明,与传统方法相比,遗传算法具有很大的优越性和实用价值.     

谱聚类在给水管网分区优化中的应用

利用图划分技术和图论算法实现给水管网分区。根据给水管网分析,确定分区数量,建立权重邻接矩阵并计算图拉普拉斯矩阵及其特征向量,通过多路图划分对隐藏在特征向量中的聚类信息进行数据挖掘,采用遗传算法和K均值方法实现最佳节点聚类。利用PageRank和最短路径算法确定水表和阀门位置,最终实现给水管网优化分区。实际给水管网模型分区实例表明所提方法在给水管网分区的有效性。     

基于EPA的供水管网事故响应优化方案

为改善城市供水管网的故障响应方案，从经济性和可靠性角度出发，应用数学建模与最优化理论，对城市供水管网故障对策进行系统研究。提出分步优化的思想，即首先进行供水管网故障响应方案估计，然后进行关阀维修、泵站调节组合方案优化。组合方案优化采用Epanet软件分别进行求解。分别编制相应计算程序，对某一假想管网进行故障响应优化。研...     

基于遗传算法的成品油树状管网优化布置

考虑到成品油管网各参数的波动,采用多目标加权法,以生命周期内管道与罐区的投资与维护费用现值、能耗费用现值及混油处理费用现值之和为目标函数,管网布置情况为决策变量,建立了成品油树状管网优化布置的数学模型,并采用遗传算法进行求解.该算法原理清晰,能快速搜索到令人满意的有效解.计算结果表明:利用遗传算法所得的最优解比Krus...     

供水管网计算分区方法的比较分析

针对现有的供水管网计算分区方法研究多基于单个管网案例进行验证,缺乏不同案例、不同需求下的比较和适用性分析的问题,基于深度优先搜索-部分接近度算法(DFS-PCC)、快速迭代模块度的贪心算法(CNM)和遗传优化的谱聚类算法(GA-SC)3种方法,采用标准化互信息(NMI)、模块度、节点数均衡性、联络管数量等分区结果评价指...     

供水系统直接优化调度遗传算法求解模型研究

针对目前我国完全采用微观模型的方法难以满足供水系统优化调度的要求的现实，以测压点压力
宏观模型、水源供水量和水源供水水头之间的关系模型替代复杂的管网水力平衡方程，并以每一泵站每
时段应有水泵运行求得的出水量和管网求得的需水量相等的条件,建立了大型供水系统的多目标混合离散
变量的直接优化调度模型.利用遗传算法对直接优化调度模型进行求解，提出了对各种约束条件处理的方
法;针对遗传算法容易早熟等的不足，提出将遗传算法和模拟退火技术相结合，并采用自适应交叉和变异
率的解决方法.算例计算表明，该算法具有较强的适用性.     

面向大规模供水管网的水质监测点布局优化

在供水管网的重要位置布设一定数量的水质监测点,对管网水质进行实时监测,是保障水质安全的有效途径。现有水质监测点布局优化方法的研究大多针对小规模管网,在复杂的大规模管网中迭代求解效率和解集质量低,难以实际应用。为此,针对大规模供水管网节点数量众多且邻近节点相似程度较高等特点,以最小化监测时间和最大化污染事件覆盖比例为目标,建立水质监测点布局优化求解框架。该框架使用基于复杂网络重要性指标和耦合水力特征综合评价的节点筛选模型,对大规模管网中的重要节点进行污染事件模拟,并基于节点空间相似性改进遗传算法的演化策略,提升解集质量。针对实际大规模管网的模拟实验表明,此方法能解决供水管网规模较大时迭代效率和解集质量低的问题,获得有效的水质监测点布局。     

基于遗传算法的混合供能系统

针对充分有效使用各种能源的问题,提出了一种基于遗传算法的混合供能系统.该系统能根据全天电负荷和热力负荷的实时变化来调度火力发电厂、风力发电机、光伏发电机和燃气轮机的使用,利用遗传优化算法求解在系统经济使用最小的情况下,电-气-热混合供能系统的各组件运行状态.基于IEEE14节点网络的仿真与测试结果表明,所提出的优化方法和供能系统可以有效解决电-气-热混合功能系统的优化调度问题,保证能源互联网络的经济运行.     

供水系统中串行通信技术的研究与开发

为了有效地监测、控制和管理供水系统的供水过程,本文从无线数据传输的角度,提出了一种满足车站等特殊环境下, 无线效传自动供水系统的网络体系结构。并要此基础上,以火车站供水工程为例,建立了程序控制供水的工作流程以及计算机与数据采集模块通信的具体过程。     

给水管网测压点的一种优化布置方法

在对给水管网进行水力模拟时,要求测压点测得的压力具有代表性. 提出了用图论理论对给水管网测压点进行优化布置的方法,并编制算法程序,对某市实际管网进行布置后,区域内测压点与其它节点压差最大为4.43 m,比原来12.05 m减少7.62 m. 结果表明该方法布置的测压点代表性强,该方法精度较高,比较适用.     

利用NSGA-Ⅱ算法求解供水管网优化改造模型

为提高供水管网优化改造模型的客观性,给出更合理的优化结果,对供水管网改造单目标优化模型进行适当处理,将水力约束条件转化为独立的目标函数,建立供水管网改造多目标优化模型.利用面向多目标优化问题求解的非控制排序遗传算法-II(NSGA-Ⅱ)求解多目标管网优化改造模型.通过算例验证,算例管网中低压节点问题、管段负荷过大问题、管段改造投资问题,由于都作为目标函数进行求解,给出综合考虑三方面问题的优化结果.通过多目标建模思想以及面向多目标问题优化算法(NSGA-II)的引入,解决单目标模型无法描述管网改造为多目标问题的矛盾,克服采用权重系数或惩罚函数带来的不确定因素.并通过引入人工诱导基因变异算子,加快种群向可行解域的收敛速度,提高算法的收敛速度,而且改善解的合理性.     

供水管网地震漏损蒙特卡洛模拟分析

为研究供水管网在不同地震烈度下的漏损情况和水力特性,基于管道地震破坏评估模型和概率分析方法,对不同地震烈度下管线的破坏概率和渗漏状态进行了计算分析,引入折减系数对管段抗震可靠度分析方法进行改进,并与传统计算方法比较,验证了其合理性。发展了Monte Carlo模拟技术在供水管网流分析方面的应用,并考虑带渗漏和爆管两种出流方式。编制程序对一大型管网进行了模拟分析,给出了震后带漏损情况下管网的漏失率和破坏情况,结果与实际地震灾害情况相符。     

基于管线对偶图模型的供水管网可靠性分析

为了利用复杂网络理论对供水管网进行结构测度和鲁棒性分析,提出一个新的管网模型——管线对偶图模型.该模型将顺序相连、无大角度转折的同口径同材质管段序列看作统一实体,即管线.将管线抽象为节点,两相交管线对应的节点用边相连,由此形成的无向图即为管线对偶图.使用这一模型对3个城市的供水管网进行结构测度,结果显示,管线对偶图具有明显的无标度特性.利用无标度网络鲁棒性分析方法中的模拟攻击方法,使用3种攻击策略进行实验.结果表明,管网在不同攻击策略下结构变化规律呈现较强的相似性,都会经过初始期、分裂期和崩溃期3个阶段;不同的攻击策略下供水管网进入分裂期和崩溃期的进程差异明显;基于节点度的攻击策略对管网的影响最大,基于节点介数中心性其次,随机攻击对管网的影响最小,高度连接的管线是供水管网中关键和脆弱的部分.对结构测度和模拟攻击的结果进行分析,发现谱隙和进入分裂期的去点率可作为衡量供水管网可靠性的重要指标.针对管线对偶图模型提出的可靠性分析方法可以用于指导供水管网的设计和运维.     

Optimal operation of water distribution networks under local pipe failures

The optimal operation of water distribution networks under local pipe failures, such as water main breaks, was proposed. Based on a hydraulic analysis and a simulation of water distribution networks, a macroscopic model for a network under a local pipe failure was established by the statistical regression. After the operation objectives under a local pipe failure were determined, the optimal operation model was developed and solved by the genetic algorithm. The program was developed and examined by a city distribution network. The optimal operation alternative shows that the electricity cost is saved approximately 11%, the income of the water corporation is increased approximately 5%, and the pressure in the water distribution network is distributed evenly to ensure the network safe operation. Therefore, the proposed method for optimal operation under local pipe failure is feasible and cost-effective.     

结合图论的供水管网PMA分区方法

供水管网压力分区(PMA)以压力调控为主,兼顾区域计量,可有效地控制城市管网漏失,为此,提出结合图论的PMA分区方法,首先运用自适应AP聚类算法结合经济性计算对供水管网进行初步分区,确定分区数目;然后运用迪杰斯特拉(Dijkstra)算法计算各个聚类中心点到水源的最短路径,确定各个分区的供水管段;建立分区边界优化模型,运用模拟退火算法求解该模型;最后结合人工经验对部分分区进行适当合并,形成最终方案并运用于Y市供水管网实例,取得良好结果.该种分区方法是以计算机算法为主体并结合人工经验,很大程度降低分区的工作量,并且比传统的人工试错分区具有更大的搜索空间,可用于指导实际供水管网的PMA分区.