基于双重编码遗传算法和图论的自压树状管网优化

以投资最小为目标函数,压力、流速、管径等限制为约束条件,建立了自压树状管网优化数学模型,并采用改进遗传算法进行求解.根据树状管网优化的特点,遗传算法采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码,实现了同时对管网布置形式和管径进行优化.根据图论中树的性质,在产生初始解及变异操作时,采用基于圈的方法,对交叉方法进行了改进,从而减少了不可行解的产生.同时对遗传算法的操作过程进行了改进,结合了模拟退火算法,调整了适应函数,改进了交叉率和变异率的计算方法.算例表明了该优化方法的有效性.     

基于环路和改进遗传算法的树状灌溉管网优化

以投资最小为目标函数,建立了树状灌溉管网优化数学模型,用外部惩罚函数法将问题转化为无约束优化问题,并采用改进遗传算法进行求解。根据树状管网优化的特点,遗传算法采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码,以同时对管网布置形式和管径进行优化。在遗传算法产生初始解及交叉、变异操作时,采用基于环路的方法,减少了不可行解的产生,提高了算法的计算效率,算例说明该优化方法有效、实用。     

基于生成树和遗传算法的树状管网布置优化

以投资最小为目标函数,建立了树状管网布置优化数学模型.针对树状管网布置优化的特点,应用基于生成树理论和二进制编码遗传算法对模型进行求解.在遗传算法产生初始解、交叉和变异操作过程中,设计了基于圈的实现方法,避免了不可行解的产生,提高了算法的计算效率.     

基于圈的单水源树状管网优化改进遗传算法

以投资、运行费用之和最小为目标函数,建立了单水源树状管网优化数学模型.根据完整的树状管网优化需同时对管网布置和管径优化的特点,采用二进制编码和整数编码相结合的双重编码遗传算法对模型进行求解,其中二进制编码表示管网的布置形式,整数编码表示管径.通过整数编码的设计,使管径约束自动得到满足.根据单水源树状管网与图论中生成树的相似性,在二进制编码操作时,采用基于圈的方法产生初始解及进行交叉、变异操作,使初始解和变异操作时生成的均为可行解,交叉操作时满足了生成树的基本条件.通过上述操作,大大降低了不可行解的产生几率,提高了算法的计算效率.优化算例说明了该方法的有效性.     

基于改进遗传算法的农村供水管网优化设计

以农村树状管网系统为优化对象,以寻求管网投资费用和运行管理费用最小化为目标,以压力、流量、流速等限制为约束条件,建立树状供水管网的动态规划模型,用惩罚函数法将有约束问题转化为无约束问题。基于遗传算法的基本原理,并针对实际情况,遗传算法采用实数编码、惩罚策略及算术交叉等改进技术。经实例验证:这种方法既避免了编码的冗余问题又提高了计算的实用性和高效性。     

基于不可行度的机压树状管网退火遗传算法优化

规定管网中每一管段最多只能由两种管径的管道组成,提出一种以管网年费用为目标函数,以水泵扬程、管长和标准管径为决策变量的机压树状输水管网优化数学模型.定义种群中个体的不可行度函数,采用基于解的不可行度退火算法处理约束条件.应用模拟退火算法,对解的不可行度进行局部优化,使其逐步逼近可行解.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机压树状管网优化设计.仿真结果表明,该模型与算法在求解机压树状输水管网优化问题上,具有良好的优化性能和求解效率.     

基于遗传算法的树状灌溉管网优化设计

针对树状灌溉管网优化设计的特点,以管网投资最小为优化目标,提出了一种符合实际且能结合设计人员经验的灌溉管网优化布置,并利用基于整数编码的遗传算法进行求解,减少了非可行解的产生。并编制了matlab优化设计程序,通过实例进行验证,并与相关生成树算法进行比较,研究表明,该方法可获得较优的设计方案。     

灌溉管网调压池布置与管径同步优化研究

【目的】保证大规模自压式树状灌溉管网的安全运行,在管网系统中布置若干个调压池进行分区灌溉。【方法】采用基于整数编码的双重编码方法,将调压池和干管管网作为一个整体,以干管管道造价与调压池造价与干管管道造价之和最小为目标函数,以压力节点水头与管道流速为约束条件,建立相关数学模型,并运用遗传算法求解。【结果】该方法实现了调压池布置优化与管径优化的同步进行,最终在系统中共布置2座调压池,分别位于节点2与节点4,将管网系统分为3个区域。优化得到的配水干管总长度10 973.7 m,较人工经验法减少12.02%,系统总投资464.80万元,较人工经验法减少17.23%。优化后每个区域内各节点水头更为均衡,水头差最大区域为第Ⅰ区,仅有12.5m,较人工经验法的26.4m更为稳定均衡。【结论】基于整数编码的双重编码方法可获得较优的自压式树状灌溉管网调压池布置方案,为地形条件相似的管网布置提供了参考。     

基于遗传算法的山地自压管网干管优化设计

针对目前山地自压滴灌管网工程中管径选择的难题,建立了以管网造价为目标函数,标准管径为决策变量,满足灌溉水量、水压、流速等约束条件的树状灌溉管网优化数学模型,在管网布置确定的情况下寻求使管网投资最小、可靠性最高的管径组合方案。采用基于整数编码的遗传算法来求解,用模拟退火罚函数法处理约束条件,将模拟退火的良好局部寻优能力和遗传算法的全局搜索能力有机地结合在一起,实现算法的改进。优化结果与经济流速法的计算结果相比较,管网投资减少了27 280元,仅占优化前的86.84%,管段水头利用率由65.38%提高到了97.61%。结果表明:改进遗传算法在经济性和重力水头利用率上都优于经济流速法,且该模型算法操作简单,易于实现,具有良好的优化性能和求解效率,可用于实际生产。     

多源环状注水系统泵站运行方案与管网同步优化

为了最大程度地提高注水系统运行效率,对泵站运行方案与管网同时进行优化.针对多源环状注水系统,以泵的开停状态、流量和管线的连接状态、管径为优化设计变量,以运行能耗和管网投资费用最小为优化目标,考虑流量、压力、环状管网等各类约束条件,建立了多源环状注水系统运行方案与管网同步优化数学模型.针对该同步优化问题的特点,设计了双重广义染色体编码遗传算法对模型求解.泵的编码中,第1行采用二进制编码表示泵的开停状态,第2行采用实数编码表示泵的流量;管线的编码中,第1行采用二进制编码表示管线的连接状态,第2行采用整数编码表示管线的管径.实现了对各优化变量的精确表达,设计了与问题相适应的初始解产生及编码交叉、变异方法,避免或减少了不可行解的产生.并对实例进行优化设计,同步优化与仅进行管网优化对比,运行能耗降低了4.66%,管网投资费用降低了1.73%,表明同步优化的节能效果明显.     

机压微灌管网系统布置与管径同步优化设计

微灌管网系统由轮灌管网(支毛管)和续灌管网(干管)组成,以往的研究没有将其作为一个系统,且不能实现布置与管径组合的同步优化,研究成果对坡度均匀的大型灌区机压微灌独立管网系统的优化也不适用。因此,提出了机压微灌管网系统优化的方法,并建立了优化设计数学模型,采取整数及实数编码的混合编码方法,通过遗传算法求解,同时实现轮灌管网及续灌管网的布置优化及管径组合优化,得出的管径为标准商用管径,无需调整。实例计算结果表明,该模型与算法在求解机压微灌管网系统优化设计问题上具有良好的优化性能和求解精度。与传统设计方案相比较,轮灌管网和续灌管网的优化设计方案单位面积年费用分别降低了14. 85%～35. 59%和4. 12%～12. 99%,节省投资效果明显。     

结合可靠度的自压树状管网管径优化研究

在自压输水系统中,管道投资占系统的比例较大,管径既是管道系统的一个基本技术参数,也是影响管道经济性的一个重要因素。【目的】合理地选取管径,节约工程投资、降低能耗、保证系统供水安全。【方法】以管网投资和运行管理费用最小为目标函数,管网节点水量可靠度指标、水压、流速等为约束条件,建立了自压树状管网管径优化模型,以新疆苏巴什河自压输水灌区为例进行分析,采用PSO算法与SAPSO算法优化求解模型。【结果】对比相同节点水量可靠度下的目标函数费用,SAPSO算法均低于PSO算法,其优化结果更好;对节点水量可靠度Ri=0.7下SAPSO算法的计算结果与最优解的相对偏差统计分析可知,小于10%的概率达到97%,其所建模型稳定,计算精度较高。【结论】考虑管网可靠性,所建模型能够较为系统地反映自压输水管网在全寿命周期的运行情况,运行结果的可靠性高;利用SAPSO算法优化求解模型,优化结果更为精确可靠,该方法能为类似工程的管网管径优化问题提供借鉴。