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《改進混合遺傳算法用于給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要城市供水系統(tǒng)是城市建設(shè)和發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是保障人民生活和發(fā)展經(jīng)濟建設(shè)不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，而輸配水系統(tǒng)(即供水管網(wǎng)系統(tǒng))是城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，其投資一般要占整個供水系統(tǒng)總投資的50一80％，而且還直接影響到龐大的電能消耗、運行管理費和整個供水系統(tǒng)的性能及可靠性。因此，進行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計具有重要作用和意義。通過對已有管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型進行分析，提出了以經(jīng)濟性和可靠性為目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。建模過程中，將系統(tǒng)可靠性定義為“節(jié)點富余水頭加權(quán)平均值”和“管網(wǎng)恢復(fù)力”，使對管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性對評價更加直觀和定量化：同時將管網(wǎng)年費用作為經(jīng)濟性衡量指標(biāo)。針對該優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為離
2、散變量組合優(yōu)化的實質(zhì)，在選用優(yōu)化模型解法時，對常用于給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計計算的線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法作了較深入的分析與研究，通過分析這些優(yōu)化技術(shù)存在的問題和不足，提出了管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計計算的改進混合遺傳算法。遺傳算法是借鑒生物界自然選擇和自然遺傳機制的隨機搜索方法，它具有可擴展性，易于同別的技術(shù)結(jié)合使用，形成混合遺傳算法用于復(fù)雜問題的優(yōu)化計算。為克服基本遺傳算法的缺點，采用擬并行算法中的移策略對基本遺傳算法加以改進，使得由較少的計算量即可獲得最優(yōu)管徑組合方案；使用整數(shù)編碼技術(shù)對管徑變量進行編碼，可以避免其他方法帶來的管徑二次圓整問題；對違反最大流速限制的
3、管段采用懲罰技術(shù)加以處理以剔除不可行解。在計算管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)和遺傳算法適應(yīng)度函數(shù)之前，需要進行管網(wǎng)水力計算以求解管段流量和節(jié)點壓力，根據(jù)該計算過程為求解非線性方程組的實質(zhì)，拋開了常規(guī)計算方法，選用了適于求解大規(guī)模非線性方程組的信賴域法。該方法具有整體收斂性，不僅能很快地解決良態(tài)問題，而且也能有效求解病態(tài)問題。將改進遺傳算法和信賴域法結(jié)合使用，取長補短，形成“改進混合遺傳算法”用于復(fù)雜給水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計計算，并編寫了相應(yīng)優(yōu)化計算程序。最后，以一個具有典型代表性的管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計工程案例對該優(yōu)化模型和改進混合遺傳算法的理論、方法進行驗證，并將計算結(jié)果與常規(guī)設(shè)計方法得到的結(jié)果進行經(jīng)濟
4、、水力性能和可靠性比較，充分說明了改進混合遺傳算法在給水管網(wǎng)設(shè)計中具有重要的理論和實用價值。關(guān)鍵詞；給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計、多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型、管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性、管網(wǎng)恢復(fù)力、改進混合遺傳算法、遷移策略、信賴域法AbstractWatersupplysystemistheimportantpublicfacilityforthecity’Sconstructionanddevelopment,anditisalsotheindispensablesubstantialelementforpeople．However,waterdistributionsystem(WDS)playsanimpo
5、rtantpartofthewatersupplysystem，itnotonlyaccountsfor50—80％costofthetotalinvest，butalsohasgreatinfluenceonthepowerexpenditureandthereliabilityofthewholesystem．Therefore，itisveryimportantandsignificanttomakeoptimaldesignfortheWDS．ByanalyzingtheexistedoptimalmodeofdesigntoWDS，theauthorpresentsam
6、ulti—objectivemodelbasedoneconomyandreliability．Intheprocessofsetting叩themodel．thereliabilityofWDSisdefined船‘'weightedmeanofnodalextrapressure"and‘'pipenetworkresilience”，andwhichwillmakeiteasyanddirecttoevaluatethereliabilityofWDS；atthesametime，theannualcostislookedastheeconomicalcharacteris
7、ticofWDS．Aimingatmodel’Sessenceofcombinationaloptimizationwithdiscretevariable，theauthorhasaresearchontheoptimalmethodssuchaslinearprogramming，nonlinearprogramming,dynamicprogramming，artificalneuralnetworkmethod，geneticalgorithm．Byanalyzingth
