給水管網(wǎng)水質(zhì)傳感器優(yōu)化選址研究.pdf

1、在給水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)置一定數(shù)量的水質(zhì)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測,對于控制最終到達(dá)用戶的水質(zhì)具有重要意義.本文借助選址理論與現(xiàn)代啟發(fā)式優(yōu)化算法提出并發(fā)展管網(wǎng)水質(zhì)傳感器優(yōu)化選址的模型和求解方法,期望為管網(wǎng)早期預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的建立并在實(shí)際中得到應(yīng)用做一些基礎(chǔ)性的研究工作. 管網(wǎng)水質(zhì)發(fā)生惡化主要有兩種情況:(1)水質(zhì)組分在管網(wǎng)傳輸過程中的自我衰減或者增長反應(yīng)導(dǎo)致水質(zhì)惡化(傳統(tǒng)情況)；(2)突發(fā)的或者蓄意的外部污染物侵入管網(wǎng)導(dǎo)致水質(zhì)惡化(非傳統(tǒng)

2、情況). 針對傳統(tǒng)情況下管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)的優(yōu)化選址問題提出了部分覆蓋的概念.將單一的覆蓋標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展為覆蓋標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間,認(rèn)為下游節(jié)點(diǎn)的水量來自上游節(jié)點(diǎn)的比例在最小覆蓋標(biāo)準(zhǔn)與最大覆蓋標(biāo)準(zhǔn)之間時(shí),在下游節(jié)點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測點(diǎn),不僅能夠監(jiān)測其自身的水質(zhì)狀況,還能夠在一定程度上部分反映上游節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)狀況.由此提出了部分覆蓋下管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化選址的數(shù)學(xué)模型和求解該模型的基于二進(jìn)制編碼的離散粒子群算法. 接下來,本文重點(diǎn)研究了非傳統(tǒng)情況下管網(wǎng)水質(zhì)傳

3、感器的優(yōu)化選址問題.首先,提出了傳感器選址的覆蓋問題,包括集覆蓋問題與最大覆蓋問題.提出基本粒子群算法與遺傳算法交叉、變異算子相結(jié)合的整數(shù)編碼的混合粒子群優(yōu)化(HYPSO)算法來求解最大覆蓋選址模型,可以快速找到最優(yōu)解. 其次,針對管網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)被注入污染物的概率難以估計(jì)的問題,提出根據(jù)各個(gè)節(jié)點(diǎn)被注入污染物后,管網(wǎng)模擬結(jié)束時(shí)得到的選址目標(biāo)值的大小來確定節(jié)點(diǎn)被選擇作為污染物注入節(jié)點(diǎn)的概率,目標(biāo)值越大,該節(jié)點(diǎn)被選擇的概率越大.結(jié)合一管

4、網(wǎng)算例,以經(jīng)過歸一化后的傳感器選址節(jié)點(diǎn)平均坐標(biāo)作為衡量選址結(jié)果的指標(biāo),得到了不同選址目標(biāo)、不同污染工況條件下傳感器選址節(jié)點(diǎn)平均坐標(biāo)的累計(jì)分布函數(shù)圖. 最后,提出了考慮傳感器選址可靠性的多目標(biāo)優(yōu)化模型(SPM-R),SPM-R.模型在最大限度地監(jiān)測污染事件之外,期望傳感器選址具有一定的可靠性,即若某一傳感器發(fā)生故障,存在其它傳感器能夠繼續(xù)代替故障傳感器監(jiān)測污染物濃度,并且由此造成的監(jiān)測時(shí)間增加值在限定范圍之內(nèi). 基于非支配