基于遺傳算法的配水系統(tǒng)優(yōu)化淺析

高蘊

摘 要：基于遺傳算法，針對新建管道已經(jīng)開發(fā)出了低成本的設(shè)計并對現(xiàn)有給水管網(wǎng)進行再擴大設(shè)計。通過對幾個案例的研究，已將此種方法的研究結(jié)果與非線性規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用程序進行比較，遺傳算法會使得費用較低，控制非線性以及遺傳算法解決方案收斂性的參數(shù)還有待討論。該算法是基于試圖保持遺傳信息代代相傳的優(yōu)勝劣汰原則，具有豐富的人口數(shù)據(jù)庫而且在搜索中可同時并聯(lián)爬上多峰，因此，使之陷入局部最小值的概率顯著降低。此外，對控制非線性以及遺傳算法解決方案收斂性的參數(shù)還有待討論。

關(guān)鍵詞：遺傳算法 優(yōu)化 配水系統(tǒng) 非線性規(guī)劃

中圖分類號：O224 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0232-01

遺傳算法是基于隨機性質(zhì)的計算技術(shù)。這些算法的主要優(yōu)點是其廣泛的適用性、靈活性和找到最優(yōu)或接近最優(yōu)的解決方案且相對容易的計算需求能力。由荷蘭首創(chuàng)的遺傳算法，已被證明在各種探索工程、科學(xué)和商業(yè)中的優(yōu)化問題非常有用。

1 基于遺傳算法的管網(wǎng)優(yōu)化

遺傳算法通常要求問題的系統(tǒng)狀態(tài)被表示為稱為染色體串。例如：如果八種 不同管道尺寸可供利用，那么3位的二進制串可用來表示選項。當(dāng)評估管網(wǎng)系統(tǒng)成本時，這個過程要求將二進制編碼轉(zhuǎn)化為離散管道直徑。然而，在該文中描述的遺傳基礎(chǔ)的方法它被認(rèn)為是不必要的代表解決方案作為一個染色體，以避免二進制編碼轉(zhuǎn)化為離散的管道尺寸。在本研究開發(fā)的技術(shù)包括用于WDS的最低成本設(shè)計/增強以下步驟。

（1）讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、成本數(shù)據(jù)、所需的最小剩余水頭，變異概率，解決方案的人口規(guī)模（范圍50～350），代數(shù)的最大值（MG，范圍10～30），懲罰因子（范圍0.9～1.0萬元），公差（范圍5～10 m），每單位長度（HL）平均水頭損失，迭代直徑調(diào)整最大值，管道最低要求速度。

（2）通過隨機數(shù)據(jù)發(fā)生器生成初始解決方案的人口。該網(wǎng)絡(luò)是分層分為上、中、下管徑系列，網(wǎng)絡(luò)這種分層是根據(jù)設(shè)計工程師的判斷。例如：位于距離源頭最遠(yuǎn)的節(jié)點處的管道被分成低維的尺寸。下部直徑集可包括50、80、100、125和150 mm，這樣有助于修剪搜索空間，促進更快的收斂到最優(yōu)值。

（3）計數(shù)器1=1。

（4）人口的所有解決方案進行如下：

①計數(shù)器2=1。

②設(shè)計一個新的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)到步驟③。

在現(xiàn)有的管網(wǎng)系統(tǒng)增強的情況下結(jié)合現(xiàn)有的直徑與新的平行線設(shè)置，獲得等效的管道直徑。

③調(diào)用水力分析子程序ANALIS來計算流量，流速和剩余壓頭。

④如果每單位長度的水頭損耗>HL，可以增加管道直徑至下一個商業(yè)直徑大小。如果流速⑤重復(fù)步驟②和③。如果解決方案為第一，不可行但恢復(fù)早期解決方案可行然后進行到步驟5；第二，可行然后存儲解決方案。

⑥遞增計數(shù)器2。

⑦如果計數(shù)器2