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.     

滨江山地城镇给水管网优化方法研究与工程实例

研究了滨江山地城镇给水管网的分区优化模型,得出了适用于研究对象的优化目标函数数学表达式,并进行分区优化。由于滨江山地城镇给水管网组成多而分散,管网结构复杂,相应的优化问题属于大型混合离散变量优化问题,模型最优解求解难度大。故提出分步分级优化思想的分层协调算法求解管网优化。首先将管网优化问题分解成管网分区布局优化和各区管网运行参数优化两个优化阶段,逐层寻优,从而求解管网最优化。根据某实例的优化结果可知,该模型及求解方法合理有效,可适用于滨江城镇管网优化。     

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.     

FCM聚类算法在给水管网流量监测点优化布置中的应用

基于目标函数的聚类算法,把聚类分析归结成一个带约束的非线性规划问题,通过优化求解获得数据集的最优模糊划分和聚类中心,可使流量监测点的布置较为均匀.结合算例,应用FCM算法对给水管网的流量监测点进行优化布置,通过不同分类类别数c下的聚类划分的比较,可得出最佳的管段模糊分类以及流量监测管段.     

基于模拟退火遗传算法的自压微灌干管管网优化

为解决常规树状管网优化算法的不足,在规定管网中每一管段只能由一种管径管道组成的基础上,提出了一种以管网造价最低为目标函数、节点压力为约束条件、标准管径为决策变量的自压微灌干管管网优化数学模型。采用模拟退火罚函数方法处理约束条件,构造出适应度函数,将遗传算法全局优化和模拟退火的良好局部搜索能力有机结合,构造出一种退火遗传算法用于自压树状管网的优化设计。仿真结果表明,利用该模型与算法来求解自压微灌干管管网的优化问题具有良好的优化性能和求解效率。     

应用单亲遗传算法进行树状管网优化布置

树状管网布置优化属于典型的组合优化问题。本文针对树状管网布置的特点，以图论和遗传算法为理论基础，应用改进遗传算法 单亲遗传算法进行树状管网优化布置，并设计了相应的适应度函数、单亲换位算子和逆转算子。与Dijkstra算法和Kruskal算法相比，单亲遗传算法直接以管网投资最小为优化目标，能够获得一批管网投资最小的布置方案，且算法的寻优效率较高，收敛性和稳定性较好。     

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。     

山区输配水管网沿线流量与节点流量的简化计算研究

目前全国范围内不断有农村饮水工程投入建设。其中,供水工程的管网布置与输水管管径的确定是输配水工程设计计算的两大课题。在管网与输水管的布置完成后,其管径确定得合理与否就成为影响输配水系统的投资与运行费用的主要因素。本文介绍沿线流量与节点流量计算方法,并结合典型山区农村供水工程输配水设计实例进行验证分析。     

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.     

低压管道输水灌溉管网优化设计

管网优化包括布置方案优化和管径优化。过去管网优化一般人为选定布置方案后只进行管径优化,但是,不同类型管网(树状管网或环状管网)只优化管径并不能说明布置方案优化,还必须做年费用比较,年费用最小的布置方案才是最优布置方案。本管网优化设计采取同类型管网推求单位长度管道基建投资函数和能耗函数,求其公共解方法求解优化管径,再做不同类型管网年费用比较,选取优化布置方案,实现了管径、布置方案双向优化。     

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。     

基于模拟退火遗传算法的自压树状管网优化

将遗传算法全局优化和模拟退火的良好局部搜索能力有机结合,构造出一种退火遗传算法用于自压树状管网的优化设计方法。假定管网中每一管段最多只能由两种管径的管道组成,建立了以管网造价为目标函数,以管长、标准管径为决策变量的自压树状管网优化数学模型。采用基于不可行度的退火算法处理约束条件,应用遗传算法进行优化计算。仿真实例结果表明,该模型与算法在求解自压树状管网优化问题上,具有良好的优化性能和求解效率。     

地震多发地区供水管网水质监测点优化布置

针对地震多发地区供水管网系统因地震导致供水管网的局部破损引起的突发性水质污染,提出一种水质监测点优化布置的方法。在定义污染物最短传输时间矩阵与监测矩阵的基础上,构建以各管段因地震受损的概率为权系数、以监测点监测到水质变化所需的总体最短时间为主体的目标函数,在给定的允许监测时间下,通过求解目标函数得出监测点的数量与设定位置。以绵阳市某地区(汶川地震波及地区)供水管网系统为例,运用遗传算法对水质监测点的布置方案进行了优化。     

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。     

基于GIS的供水管网爆管分析的算法

根据系统和爆管分析的需求以及供水数据的特点建立逻辑网络模型,基于逻辑网络模型与图论的方法进行爆管分析的算法设计,通过对拓扑邻接表进行广度优先搜索,初步寻找需要关闭的阀门,然后通过分析这些阀门间的控制关系和与水源的连通性,剔除了可关可不关的阀门,得到正确、经济的关阀门方案,并列出了受影响的用户.并将上述思想与设计方案应用于"新疆克拉玛依供水地理信息系统"中,成功地实现了爆管分析,验证了上述方法的正确性与可行性.     

自压式树状管网神经网络优化设计

应用Hopfield神经网络模型的优化计算原理与方法, 建立了自压式树状管网神经网络优化设计模型, 并用计算机软件模拟方法求解. 研究表明: 人工神经网络法是快速求解自压式树状管网非线性规划模型的一种新方法, 结合两级优化算法可以实现树状管网全局最优设计.     

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。