改进的变尺度优化算法在节水灌溉制度优化设计中的应用

应用改进的变尺度混沌优化算法对水分生产函数模型进行求解,求解程序用Visual Basic编写。以河西武威绿洲春小麦数据为例,将混沌算法应用于小麦灌溉制度优化设计中,并与动态规划法进行对比,证明了改进的混沌优化算法可以提高灌溉制度优化设计的精度与速度。     

混沌人工鱼群算法及其在灌区优化配水中的应用

对人工鱼群算法进行了改进,结合灌区优化配水问题,建立了灌区优化配水的混沌人工鱼群算法模型。通过对山东省威海市节水灌溉示范区进行优化计算,算法能有效地搜索到灌区净效益最高点,优化后与现状种植结构相比,粮食作物面积减少,经济效益较高的果树面积增大,灌区净效益提高56％。优化结果表明,混沌人工鱼群算法应用于灌区优化配水计算切实可行,为复杂的灌区优化配水问题提供了新的思路和方法。     

内蒙古中部牧区青贮玉米与苜蓿立体种植灌溉制度优化

灌溉制度设计与作物种植模式紧密联系,随着现代农业的发展,作物种植模式日益多元化,各种间作、混作和立体种植模式的出现,给优化灌溉制度的制定提出了新的挑战.本文在田间灌溉试验的基础上,引入模拟灌溉制度的ISAREG模型研究立体种植模式下的灌溉制度,对青贮玉米与苜蓿立体种植实际灌溉制度的评价表明,其灌水定额和灌水时间均存在不适宜的问题,需要进行优化设计;在验证模型和参数率定的基础上模拟多种灌水方案,得出了青贮玉米与苜蓿立体种植模式下的优化灌溉制度.     

连续蚁群算法在水稻灌溉制度优化中的应用

为构建一种新的连续蚁群遗传算法,将优化连续空间变量的蚁群算法与实码加速遗传算法耦合,用蚁群算法将解空间分解成若干子空间,使解的范围均匀而广泛,为找到全局最优解奠定良好基础,且信息素的不断正反馈使问题向着更优解的方向逼近。综合二者的各自特点,通过对查哈阳灌区2006年水稻灌溉制度的优化,检验了该模型不但应用简便,且求解结果精度高、速度快,同时它的出现为制定合理的灌溉制度、提高水利用率提供科学依据,为优化领域提供新思路。     

基于微粒群算法的大豆生育期内有限水量的最优分配

粒子群优化算法(PSO)是基于群体智能理论的优化算法.该算法利用生物群体内个体的合作与竞争等复杂性行为产生群体智能,对解空间进行智能搜索,从而发现最优解.通过水肥互作盆栽试验,应用Jensen模型对大豆水分生产函数进行拟合,计算出不同氮肥条件下的各生育阶段的水分敏感指数.利用PSO收敛速度快、预测精度高等优势,建立一种大豆灌水量优化分配模型,旨在准确预测大豆灌水量.结果表明,粒子群算法应用于灌溉制度优化中是可行的,既拓宽了PSO应用领域,又为制定合理的灌溉制度与提高水分利用效率提供新思路.     

冬小麦-夏玉米轮作体系灌溉制度多目标优化模型

该文针对望都灌溉试验站全年作物种植模式,分别建立冬小麦及夏玉米水分生产函数模型,运用粒子群优化算法(PSO)求解模型中的敏感指数,并以该模型为基础建立冬小麦-夏玉米全周期灌溉制度多目标优化模型,利用改进分组非支配排序遗传算法(GNSGA-Ⅱ)对模型进行求解,得出全年不同可用灌溉水量情况下的灌水日期与灌水量。结果显示,随着可用总灌水量的增加,冬小麦和夏玉米的灌水量与产量均随之增加,但由于受到两种作物不同敏感指数的影响使得二者增加的趋势有所不同。当全年总灌水量为472mm时两种作物均接近充分灌溉,若继续增加灌溉水量,则灌水的边际效益逐渐减小。依据优化结果可在全年合理分配利用有限的水资源以获得较高的作物总产值。     

基于模拟技术及遗传算法的作物灌溉制度优化方法

通过土壤水量平衡模型对作物生育期内的土壤含水率及田间腾发过程进行动态模拟,并利用作物水分生产函数的Jensen模型估算作物产量,建立了以灌溉日期为决策变量、最大相对产量为决策目标的灌溉制度优化模型,并采用保留最佳个体的遗传算法求解作物最优灌溉制度。结合山西潇河灌区2003年冬小麦返青后的实际气象状况,用上述模型对冬小麦灌溉制度进行了优化与分析。对动态规划、单纯形搜索法及遗传算法的求解结果进行了比较,表明保留最佳个体的遗传算法能搜索到全局最优解,且结果稳定。不同情况下的灌溉制度优化结果表明抽穗初期是冬小麦的生长关键期,其次是拨节期。随着灌溉水量的增加,最优灌溉制度下的田间腾发量及冬小麦产量也相应增加,但增加幅度逐渐减小。     

多作物种植结构和灌溉水量优化模型及算法研究

在综合考虑作物灌溉水量、种植面积、水分生产函数、产量反应系数、水分敏感指数等因素基础上, 以实现灌区作物总产量最大为目标函数, 建立了多作物种植结构和灌溉水量优化分解协调模型, 设计了改进实码遗传算法与分解协调迭代算法相结合的模型求解算法, 并利用中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站多年试验数据, 运用上述模型和算法对玉米、小麦联合种植的种植结构、灌溉水量以及玉米、小麦灌溉制度进行了优化计算。结果表明: 产量反应系数大的作物分配的灌溉水量和种植面积大, 且随灌溉水量增加其增产速度越快; 当作物某些生育阶段灌水前的潜在腾发量与可供利用水量的差值相差不大时, 水分敏感指数大的作物生育阶段获得灌溉水量较多, 反之, 即使水分敏感指数大的作物生育阶段也有可能分配不到更多的灌溉水量。这一结果与作物产量反应系数的几何意识、边际效益递减规律等理论以及节水增收初衷相符合, 充分说明模型在实现灌区有限水资源在多作物间和各作物生育阶段优化分配的同时, 实现了灌区多作物种植结构优化, 具有较强推广价值。改进实码遗传算法克服了传统实码遗传算法计算精度低、易早熟、求解结果不能严格满足等式约束等缺陷, 能够搜索到严格满足约束条件的模型最优解, 表明该改进实码遗传算法在解决这类包含等式和不等式约束的最优化问题上具有一定应用价值。分解协调迭代算法能使模型在允许迭代误差范围内收敛, 能够获得使模型整体效果较为理想的最优解, 表明分解协调迭代算法在求解复杂大系统优化问题上具有很好的应用前景。     

网络技术在非充分灌溉制度优化中的应用

该文应用动态优化和线性规划方法分别建立了灌区单一作物的基于Jensen和Blank水分生产函数的非充分灌溉制度优化模型。在模型求解过程中,根据网络技术的原理,选择TCP/IP协议组建网络,采用传统的C/S(Client/Server)二层架构,运用ASP技术,使用VBScript、Visual Basic 6.0等语言编程,实现了网上灌区单一作物灌溉制度的实时优化计算。其计算方法为网上通用的应用程序,不受地域和时间等的限制,可节约人力、物力资源。     

基于超平面实码遗传算法的灌溉制度优化设计

针对传统实码遗传算法(RGA)在求解等式约束的优化问题时,存在精度低、易早熟的缺点,该文提出了超平面实码遗传算法(HRGA),在超平面内进行各种遗传操作的运算,并将改进后的遗传算法应用于作物最优灌溉制度问题之中。计算结果表明：应用超平面遗传算法解决等式约束的优化问题,不但方法简单、计算速度快,而且寻优精度明显高于传统实码遗传算法,大大提高了算法的性能,有较高的推广应用价值。     

基于混沌免疫算法和遥感影像的土地利用分类

为提高利用遥感影像进行土地利用分类的精度，采用了基于混沌免疫算法(Chaos Immune Algorithm)的多光谱遥感影像分类方法。首先应用混沌免疫算法对样本进行自学习得到全局最优的聚类中心，然后通过得到的聚类中心对整幅影像进行分类。该方法利用混沌变量的遍历性，进行粗粒搜索，优化免疫算法的初始抗体群；通过克隆选择算子、变异算子、抗体的循环补充操作，避免陷入局部最优解，得到全局最优的聚类中心。在对淮南矿区采用TM影像进行的土地利用分类中，试验结果表明该方法分类总精度为89.9％，Kappa系数为0.8     

基于最优保留策略遗传算法的玉米小麦优化灌溉模型研究

在综合考虑灌溉水量、作物水分需求、作物种植结构、水分生产函数、降雨量、土壤水分平衡、缺水敏感指数、粮食市场价格、农田灌溉用水价格、最低产量需求和灌溉成本等因素的基础上,建立了适合中国国情的基于灌水收益最大的多作物多约束非线性优化灌溉模型,同时应用遗传算法的搜寻功能,对模型的实数编码解空间进行搜索。求解结果显示该模型很好地解决了玉米和小麦联合种植的优化灌溉问题,遗传算法在求解该模型中显示出了较好的搜寻能力,能在很短时间内搜寻到模型的最优解。     

灌溉渠道轮灌配水优化模型与遗传算法求解

灌溉过程中的渠系配水实质上是配水渠道流量的时空分配问题。传统的人工调度难以做到统筹优化，且易导致大量的渠道弃水。因此，渠道优化配水技术是灌区现代化管理的重要内容之一，对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。该文改进了“定流量，变历时”渠道运行方式的轮灌配水优化模型，应用遗传算法进行了配水渠道流量优化的0—1整数规划模型求解。遗传算法采用了锦标赛选择，算术交叉和交换变异算子，应用Matlab6.0编制了相应的求解程序，求解结果表明，该结果优于常规方法求解结果，说明该算法设计是可行的。     

轻小型喷滴灌两用机组管路的优化配置及性能试验

为解决现有机组配置不尽合理、能耗高的问题,设计研发一种轻小型喷滴灌两用机组,可实现喷灌和滴灌2种灌水方式。机组采用喷滴灌双工况泵50ZB-25C,配置灌水器为双喷嘴摇臂式喷头15PY2及额定流量为2.7 L/h的内镶式滴灌管。采用理论计算与试验验证相结合的方法,对机组运行参数及田间水量分布特性进行了分析。在理论分析中,应用遗传算法,以低能耗、高效率为目标进行管路的优化配置并计算机组运行参数,确定机组配置7个15PY2喷头及34条滴灌管时为最佳配置,与单一(额定)工况相比,能耗降低9.4%。在最佳配置下进行室外试验,结果表明,机组运行参数试验值与理论计算值相吻合,相对误差仅为1.08%~2.40%,主要受风速及地形坡度影响。机组喷灌均匀系数可达80.0%,滴灌均匀系数达93.6%,均高于国家标准,机组性能优越。     

基于改进双链量子遗传算法的投影寻踪调亏灌溉综合评价

针对调亏灌溉方案优选过程中存在单项指标的灌溉优劣评估结果单一和难以客观评价灌溉综合效益等问题,该文提出了基于双链量子遗传算法的投影寻踪综合评价模型。该模型利用双链量子遗传算法优化投影指标函数寻求最佳投影方向,同时通过矢量距浓度筛选进入搜索空间的量子染色体,以及在进化过程中逐步优化、压缩搜索空间对双链量子遗传算法进行改进。将改进双链量子遗传算法的投影寻踪模型对玉米各调亏灌溉方案进行综合评价,评价结果表明苗期水分亏缺程度为田间持水量50%～60%的处理是最佳调亏灌溉方案,产量与水分利用效率比正常灌溉处理分别提高了6.4%、10.8%。改进后的模型全局搜索能力与优化效率得到了显著提高。     

灌区节水改造中防渗渠道断面的优化设计

渠道防渗工程是当前灌区节水改造的重要内容之一,对原灌区骨干渠道系统的梯形土渠进行节水改造,其断面形式选用弧形坡脚梯形断面,其断面形式接近最佳水力断面、水流条件好、流速快、输沙能力强、防渗效果好、抗冻性能较高等优点.在此基础上,建立渠道纵横断面设计的系统动态规划模型,对灌区改造渠道进行纵横断面优化设计,并通过实例比较证实,该设计方法可以大幅度节省灌区节水改造项目的工程投资.