改进遗传算法在农村饮水工程树状管网优化设计中的应用
|
摘要
树状管网优化设计是供水工程规划设计的一项重要工作,国内外许多学者都对此做了广泛、深入的研究,提出了很多具有代表性的优化设计理论与方法,例如枚举法、界限流量法、线性规划法、非线性规划法、动态规划法、广义梯度法、模拟退火算法、遗传算法等。
本文首先阐述了树状管网优化设计的内容和意义,简要介绍了已有的优化方法,分析比较了各种优化方法并指出其存在的不足;本文采用遗传算法,通过对选择算子、交叉算子、变异算子以及部分参数的设置等改进,以年费用折算值为目标函数,建立了农村饮水工程骨干输水树状管网优化设计的遗传算法模型;开发了农村饮水工程规划计算机辅助设计系统中管网水力计算模块,本模块操作简便,界面友好,运行速度快,结果合理,基本达到系统预定的要求,具有较强的实用性和工程实践意义。
论文给出了工程优化设计实例。
The optimal design of tree networks is an important task of water supply engineering. It has been broadly and deeply studied by many domestic and foreign scholars with many representative optimal theories. The design methods have been advanced such as enumerating method, limits of flow method, linear programming method, nonlinear programming method, dynamic programming method, generalized reduction gradient (GRG) method, simulated annealing(SA) and genetic algorithms(GA) and so on.
Firstly, this paper expatiates the content and sense about optimal design of tree networks, briefly introduces some optimal methods which have been advanced, analyzes these methods and points out their limitation. Based on improved genetic algorithms, this paper takes yearly expenditure converting value as target function and then sets up the genetic algorithms(GA) model on optimal design of the backbone of tree networks in rural drinking water project by means of taking some effective measures on selection operator, crossover operator, mutation operator and some parameters setting, after which it develops the module of design system of rural drinking water project planning. The module is operated easily with a friendly interface. And the running speed is fast with reasonable results, which meets the command in advanced and has a preferable practicability.
Finally, the paper gives examples of engineering design optimization.
本文首先阐述了树状管网优化设计的内容和意义,简要介绍了已有的优化方法,分析比较了各种优化方法并指出其存在的不足;本文采用遗传算法,通过对选择算子、交叉算子、变异算子以及部分参数的设置等改进,以年费用折算值为目标函数,建立了农村饮水工程骨干输水树状管网优化设计的遗传算法模型;开发了农村饮水工程规划计算机辅助设计系统中管网水力计算模块,本模块操作简便,界面友好,运行速度快,结果合理,基本达到系统预定的要求,具有较强的实用性和工程实践意义。
论文给出了工程优化设计实例。
The optimal design of tree networks is an important task of water supply engineering. It has been broadly and deeply studied by many domestic and foreign scholars with many representative optimal theories. The design methods have been advanced such as enumerating method, limits of flow method, linear programming method, nonlinear programming method, dynamic programming method, generalized reduction gradient (GRG) method, simulated annealing(SA) and genetic algorithms(GA) and so on.
Firstly, this paper expatiates the content and sense about optimal design of tree networks, briefly introduces some optimal methods which have been advanced, analyzes these methods and points out their limitation. Based on improved genetic algorithms, this paper takes yearly expenditure converting value as target function and then sets up the genetic algorithms(GA) model on optimal design of the backbone of tree networks in rural drinking water project by means of taking some effective measures on selection operator, crossover operator, mutation operator and some parameters setting, after which it develops the module of design system of rural drinking water project planning. The module is operated easily with a friendly interface. And the running speed is fast with reasonable results, which meets the command in advanced and has a preferable practicability.
Finally, the paper gives examples of engineering design optimization.
引文
[1]翟耀辉.切实做好农村饮水安全工作[J].中国农村水利水电,2005,(1):1-6.
[2]张小马.加快实施农村饮水安全工程,让人民群众喝上干净的水[J].江苏水利,2008,(2):5-6.
[3]蔡勇.我省农村饮水安全现状分析及对策思考[J].江苏水利,2008,(6):42-45.
[4]范元成.俄罗斯生活饮用水卫生标准研究的进展——赴俄罗斯考察报告[J].实用预防医学,1996,3(1).
[5] B.Breach,Drinking Water standards in Europe-past,present and future[J].Water Supply,1997,15(4):21-30.
[6]姜开鹏.以科学发展观为统领,切实做好农村饮水安全工程“十一五”规划中期评估工作,2008.
[7]高风华.滨州市农村饮水安全工程建设与水源优化配置研究[D].济南:山东大学,2007.
[8]陈雷.加快解决饮水安全,着力保障和改善民生[J].今日中国论坛,2008,(6):21-23.
[9]毕小刚.农民安全饮水是水务支撑新农村建设的第一要务[J].北京水务,2006,(1):12-14.
[10]严煦世,范瑾初.给水工程(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.
[11]严煦世、赵洪宾.给水管网理论及计算[M].北京:中国建筑工业出版社,1986.
[12]许仕荣,邱振华.给水管网的计算理论与电算应用[J].湖南大学出版社,1997.
[13]白丹.重力输水管的优化计算[J].给水排水,Vol.19,No.2,1993,13-15.
[14]李永顺.树状管网管径优化的线性规划法.农田水利与小水电,1991(1).
[15]俞国平.给水管网优化设计的新方法——广义简约梯度法[J].给水排水,1988. 5,15-21.
[16]金菊良、丁晶著.遗传算法及其在水科学中的应用[M].成都:四川大学出版社,2000.
[17]席裕庚、柴天佑、挥为民.遗传算法综述[J].控制理论与应用,1996,13(6):697-708.
[18]陈国良、王煦法、庄镇泉等.遗传算法及其应用[M].北京:人民邮电出版社,1999.
[19]周明,孙树栋.遗传算法及其应用[M].北京:国防工业出版社,1999.
[20]戴晓晖、李敏强、寇纪淞.遗传算法理论研究综述[J].控制与决策,Vol.15,No.3,2000,263-273.
[21]徐宗本、陈志平、章祥荪.遗传算法基础理论研究的新近发展[J].数学进展,Vol.29,No.2,2000.
[22]俞国平.给水管网最优化设计的一个方法.土木工程中计算机应用文集.科学出版社,1984.
[23]姚雨霖、任周宇、陈忠正、李天荣.城市给水排水(第二版).北京:中国建筑工业出版社,1985.
[24]中国市政工程西南设计院.给水排水设计手册(第1册常用资料).北京:中国建筑工业出版社,1985.
[25]王新坤、蔡焕杰.多重群体遗传算法优化树状给水管网.给水排水,2004.
[26]段焕丰、俞国平.改进混和遗传算法优化城市给水系统调度模型.华东给水排水,2004.
[27]许仕荣、葛琳、周永潮.给水管网优化设计的混合遗传算法.灌溉排水,2004.
[28]储诚山、张宏伟、高飞、亚王蓓.基于改进混合遗传算法的给水管网优化设计.给水排水,2006.
[29]杨建军、刘扬、战红.基于混合遗传算法的树状注水管网拓扑优化.给水排水,2006.
[30]付玉娟、蔡焕杰、张旭东、王建.基于遗传算法的树状灌溉管网优化设计.给水排水,2006.
[31]周荣敏、林性粹.用基于整数编码的改进遗传算法进行环状管网优化设计.灌溉排水,2001年9月第20卷第3期.
[32]况青松.改进的遗传算法在给水管网优化设计中的应用.给水排水,2003.
[33]苏馈足.给水管网现状分析方法研究.给水排水,2003.
[34]白丹.给水输配水管网系统优化设计研究.灌溉排水,2003.
[35]洪青春.基于整数编码的遗传算法在给水管网优化中的应用.给水排水,2004.
[36]蒋冬初.遗传算法交叉算子的性能研究.益阳师专学报,Vol. 19,No. 3,2002.
[37]陈长征等.遗传算法中交叉和变异概率选择的自适应方法及作用机理.控制理论与应用,Vol. 19,No. 1.2002.
[38]洪青春.基于整数编码的遗传算法在给水管网优化中的应用.华东给水排水,2004.
[39]王荣和、姚仁忠、潘建华.遗传算法在给水管网现状分析中的应用[J].给水排水,2000,26(9).
[40]唐飞、腾弘飞.十进制编码遗传算法的模式定理研究[[J].小型微型计算机系统,Vol. 21(4):364-367.
[41]林丹、李敏强、寇纪淞.基于实数编码的遗传算法的收敛性研究[[J].计算机研究与发展,Vol. 37,No.1l,2000.
[42]徐得潜.小城镇给水管网设计方法研究[J],华东给水排水,1998,4,21~24.
[43]俞国平.给水管网最优化设计的一个方法.土木工程中计算机应用文集.科学出版社,1984.
[2]张小马.加快实施农村饮水安全工程,让人民群众喝上干净的水[J].江苏水利,2008,(2):5-6.
[3]蔡勇.我省农村饮水安全现状分析及对策思考[J].江苏水利,2008,(6):42-45.
[4]范元成.俄罗斯生活饮用水卫生标准研究的进展——赴俄罗斯考察报告[J].实用预防医学,1996,3(1).
[5] B.Breach,Drinking Water standards in Europe-past,present and future[J].Water Supply,1997,15(4):21-30.
[6]姜开鹏.以科学发展观为统领,切实做好农村饮水安全工程“十一五”规划中期评估工作,2008.
[7]高风华.滨州市农村饮水安全工程建设与水源优化配置研究[D].济南:山东大学,2007.
[8]陈雷.加快解决饮水安全,着力保障和改善民生[J].今日中国论坛,2008,(6):21-23.
[9]毕小刚.农民安全饮水是水务支撑新农村建设的第一要务[J].北京水务,2006,(1):12-14.
[10]严煦世,范瑾初.给水工程(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,1995.
[11]严煦世、赵洪宾.给水管网理论及计算[M].北京:中国建筑工业出版社,1986.
[12]许仕荣,邱振华.给水管网的计算理论与电算应用[J].湖南大学出版社,1997.
[13]白丹.重力输水管的优化计算[J].给水排水,Vol.19,No.2,1993,13-15.
[14]李永顺.树状管网管径优化的线性规划法.农田水利与小水电,1991(1).
[15]俞国平.给水管网优化设计的新方法——广义简约梯度法[J].给水排水,1988. 5,15-21.
[16]金菊良、丁晶著.遗传算法及其在水科学中的应用[M].成都:四川大学出版社,2000.
[17]席裕庚、柴天佑、挥为民.遗传算法综述[J].控制理论与应用,1996,13(6):697-708.
[18]陈国良、王煦法、庄镇泉等.遗传算法及其应用[M].北京:人民邮电出版社,1999.
[19]周明,孙树栋.遗传算法及其应用[M].北京:国防工业出版社,1999.
[20]戴晓晖、李敏强、寇纪淞.遗传算法理论研究综述[J].控制与决策,Vol.15,No.3,2000,263-273.
[21]徐宗本、陈志平、章祥荪.遗传算法基础理论研究的新近发展[J].数学进展,Vol.29,No.2,2000.
[22]俞国平.给水管网最优化设计的一个方法.土木工程中计算机应用文集.科学出版社,1984.
[23]姚雨霖、任周宇、陈忠正、李天荣.城市给水排水(第二版).北京:中国建筑工业出版社,1985.
[24]中国市政工程西南设计院.给水排水设计手册(第1册常用资料).北京:中国建筑工业出版社,1985.
[25]王新坤、蔡焕杰.多重群体遗传算法优化树状给水管网.给水排水,2004.
[26]段焕丰、俞国平.改进混和遗传算法优化城市给水系统调度模型.华东给水排水,2004.
[27]许仕荣、葛琳、周永潮.给水管网优化设计的混合遗传算法.灌溉排水,2004.
[28]储诚山、张宏伟、高飞、亚王蓓.基于改进混合遗传算法的给水管网优化设计.给水排水,2006.
[29]杨建军、刘扬、战红.基于混合遗传算法的树状注水管网拓扑优化.给水排水,2006.
[30]付玉娟、蔡焕杰、张旭东、王建.基于遗传算法的树状灌溉管网优化设计.给水排水,2006.
[31]周荣敏、林性粹.用基于整数编码的改进遗传算法进行环状管网优化设计.灌溉排水,2001年9月第20卷第3期.
[32]况青松.改进的遗传算法在给水管网优化设计中的应用.给水排水,2003.
[33]苏馈足.给水管网现状分析方法研究.给水排水,2003.
[34]白丹.给水输配水管网系统优化设计研究.灌溉排水,2003.
[35]洪青春.基于整数编码的遗传算法在给水管网优化中的应用.给水排水,2004.
[36]蒋冬初.遗传算法交叉算子的性能研究.益阳师专学报,Vol. 19,No. 3,2002.
[37]陈长征等.遗传算法中交叉和变异概率选择的自适应方法及作用机理.控制理论与应用,Vol. 19,No. 1.2002.
[38]洪青春.基于整数编码的遗传算法在给水管网优化中的应用.华东给水排水,2004.
[39]王荣和、姚仁忠、潘建华.遗传算法在给水管网现状分析中的应用[J].给水排水,2000,26(9).
[40]唐飞、腾弘飞.十进制编码遗传算法的模式定理研究[[J].小型微型计算机系统,Vol. 21(4):364-367.
[41]林丹、李敏强、寇纪淞.基于实数编码的遗传算法的收敛性研究[[J].计算机研究与发展,Vol. 37,No.1l,2000.
[42]徐得潜.小城镇给水管网设计方法研究[J],华东给水排水,1998,4,21~24.
[43]俞国平.给水管网最优化设计的一个方法.土木工程中计算机应用文集.科学出版社,1984.