改進混合遺傳算法用于給水管網優(yōu)化設計的研究.pdf

1、城市供水系統(tǒng)是城市建設和發(fā)展的重要基礎設施,是保障人民生活和發(fā)展經濟建設不可缺少的物質基礎,而輸配水系統(tǒng)(即供水管網系統(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50-80﹪,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,進行管網優(yōu)化設計具有重要作用和意義. 通過對已有管網優(yōu)化設計數學模型進行分析,提出了以經濟性和可靠性為目標函數的多目標優(yōu)化數學模型.建模過程中,將系統(tǒng)可靠

2、性定義為"節(jié)點富余水頭加權平均值"和"管網恢復力",使對管網系統(tǒng)可靠性對評價更加直觀和定量化；同時將管網年費用作為經濟性衡量指標. 針對該優(yōu)化數學模型為離散變量組合優(yōu)化的實質,在選用優(yōu)化模型解法時,對常用于給水管網優(yōu)化設計計算的線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、神經網絡、遺傳算法作了較深入的分析與研究,通過分析這些優(yōu)化技術存在的問題和不足,提出了管網優(yōu)化設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

3、隨機搜索方法,它具有可擴展性,易于同別的技術結合使用,形成混合遺傳算法用于復雜問題的優(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；使用整數編碼技術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管段采用懲罰技術加以處理以剔除不可行解. 在計算管網優(yōu)化設計目標函數和遺傳算法適應度函數之前,需要進行管網水力計算

4、以求解管段流量和節(jié)點壓力,根據該計算過程為求解非線性方程組的實質,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合使用,取長補短,形成"改進混合遺傳算法"用于復雜給水管網的優(yōu)化設計計算,并編寫了相應優(yōu)化計算程序.最后,以一個具有典型代表性的管網優(yōu)化設計工程案例對該優(yōu)化模型和改進混合遺傳算法的理論、方法進行驗證,