本文關(guān)鍵詞：基于改進NSGA2算法的給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 模型設(shè)計 多目標優(yōu)化 差分變異算子 變縮放因子 管網(wǎng)管理系統(tǒng)

【摘要】：城市給水管網(wǎng)是城市供水系統(tǒng)的一個重要組成部分,也是城市重要公共基礎(chǔ)設(shè)施之一。然而,隨著中國城鎮(zhèn)化進程不斷加快、城市社會經(jīng)濟的逐步發(fā)展,日益廢舊的地下管網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)滿足不了用戶不斷增長的水量和水壓的需求,因此城市給水管網(wǎng)的多目標優(yōu)化設(shè)計問題已經(jīng)成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)急需解決的問題。由于給水管網(wǎng)系統(tǒng)投資大、建造費用高,建造初期可靠性因素容易被忽視,城市給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化設(shè)計不僅能大大減少工程投資,而且能提高管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。本文通過研究給水管網(wǎng)的多目標優(yōu)化設(shè)計,提出了給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化設(shè)計模型,設(shè)計了一種改進型非支配排序遺傳算法(No-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA2),并利用改進的NSGA2算法對給水管網(wǎng)進行多目標優(yōu)化設(shè)計。最后利用VS2010,結(jié)合ArcGIS和MATLAB等開發(fā)工具開發(fā)了給水管網(wǎng)管理系統(tǒng),提高了管網(wǎng)的信息化管理程度,為管網(wǎng)后期的運行維護提供了依據(jù)。論文主要的研究工作如下:1.針對傳統(tǒng)的給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計僅僅考慮經(jīng)濟性這一指標,存在目標函數(shù)簡單,優(yōu)化結(jié)果單一,不能提供給施工者合理的施工方案這一不足。文中在分析傳統(tǒng)給水管網(wǎng)單目標優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上,提出了一種基于經(jīng)濟性和可靠性的新型給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化模型。通過對管網(wǎng)進行水力學分析研究,提出了一種基于節(jié)點水頭方差的可靠性評價指標。根據(jù)水力條件的約束和管網(wǎng)實際運行情況的要求,利用蒙特卡羅法對管網(wǎng)的可靠性模型進行了校驗分析,最終驗證了所提的多目標模型在精度上能夠達到實際要求,符合工程實際,適用于給水管網(wǎng)的多目標優(yōu)化設(shè)計。2.針對給水管網(wǎng)在多目標求解過程中存在求解過程復雜、計算速度緩慢、容易陷入局部最優(yōu)等問題,提出了一種改進型的非支配排序遺傳算。改進的算法中引入了差分變異算子來加強算法的局部搜索能力,通過優(yōu)化基準的測試函數(shù),結(jié)果表明改進的NSGA2算法能夠避免陷入局部最優(yōu);以上改進能夠加強算法的局部搜索能力,但仍存在搜索精度不高的問題,因此為了充分兼顧算法搜索的速度和精度,提出了變縮放因子策略,動態(tài)調(diào)整影響算法速度和后期搜索精度的縮放因子,很好的兼顧了算法的收斂速度和可靠性。通過優(yōu)化兩個經(jīng)典的管網(wǎng)案例:雙環(huán)管網(wǎng)和漢諾塔(Hanoi)管網(wǎng),實驗結(jié)果表明以上改進的算法能夠跳出局部最優(yōu),以較小的計算代價求得兼顧管網(wǎng)經(jīng)濟性和可靠性的解,能有效的解決給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化這類復雜大規(guī)模組合優(yōu)化問題。3.針對現(xiàn)有的傳統(tǒng)管網(wǎng)管理模式無法實現(xiàn)管網(wǎng)的信息化管理,管理效率低下的問題,開發(fā)了一款給水管網(wǎng)管理系統(tǒng)。這款軟件是在VS2010平臺下,對ArcGIS軟件進行的二次開發(fā)而成的基于C/S架構(gòu)的單機版系統(tǒng),方便用戶的安裝;利用C#與MATLAB的混合編程,將管網(wǎng)的多目標優(yōu)化模塊嵌入了系統(tǒng)中,完成了系統(tǒng)智能優(yōu)化計算模塊的設(shè)計,使優(yōu)化結(jié)果更直觀的展示給用戶;通過調(diào)用ArcGIS控件,將管網(wǎng)的二維視圖形象展現(xiàn)出來,實現(xiàn)管網(wǎng)管道和節(jié)點信息的實時查詢。
【關(guān)鍵詞】：模型設(shè)計 多目標優(yōu)化 差分變異算子 變縮放因子 管網(wǎng)管理系統(tǒng)
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU991.33;TP18
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題的研究背景及意義10-13
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外給水管網(wǎng)優(yōu)化研究進展13-17
• 1.2.1 給水管網(wǎng)單目標優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型研究進展13-15
• 1.2.2 給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型研究進展15-17
• 1.3 本課題來源17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容與論文安排17-20
• 第2章 給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化模型的設(shè)計20-34
• 2.1 城市給水管網(wǎng)研究20-23
• 2.1.1 城市給水管網(wǎng)圖論分析法20-22
• 2.1.2 給水管網(wǎng)圖形的簡化22-23
• 2.2 給水管網(wǎng)水力特性分析23-27
• 2.2.1 給水管網(wǎng)水力分析23-25
• 2.2.2 給水管網(wǎng)水力計算方法研究25-27
• 2.3 給水管網(wǎng)目標函數(shù)設(shè)計27-30
• 2.3.1 經(jīng)濟性指標27-28
• 2.3.2 可靠性指標28-30
• 2.4 給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化模型的建立30-33
• 2.4.1 基于經(jīng)濟性和可靠性的給水管網(wǎng)模型30-32
• 2.4.2 給水管網(wǎng)模型驗證分析32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 NSGA2算法的改進研究34-48
• 3.1 NSGA2算法的基本原理及實現(xiàn)34-39
• 3.1.1 多目標優(yōu)化問題求解方法34-35
• 3.1.2 NSGA2算法的實現(xiàn)35-39
• 3.2 NSGA2算法的改進研究39-42
• 3.2.1 差分變異策略引入40-41
• 3.2.2 變縮放因子的設(shè)置41-42
• 3.3 NSGA2算法的性能測試42-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 改進型NSGA2算法在給水管網(wǎng)優(yōu)化中的應用48-64
• 4.1 DNSGA2算法在管網(wǎng)優(yōu)化中的設(shè)計48-51
• 4.1.1 種群初始化編碼設(shè)計48-49
• 4.1.2 遺傳操作49-50
• 4.1.3 優(yōu)化過程設(shè)計50-51
• 4.2 管網(wǎng)多目標優(yōu)化仿真實驗分析51-59
• 4.2.1 雙環(huán)給水管網(wǎng)的多目標優(yōu)化設(shè)計仿真實驗51-55
• 4.2.2 Hanoi給水管網(wǎng)的多目標優(yōu)化設(shè)計仿真實驗55-58
• 4.2.3 多目標優(yōu)化解的選擇58-59
• 4.3 工程應用實例分析59-62
• 4.4 本章小結(jié)62-64
• 第5章 城市給水管網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計64-76
• 5.1 給水管網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計64-68
• 5.1.1 給水管網(wǎng)管理系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境64-65
• 5.1.2 給水管網(wǎng)管理系統(tǒng)設(shè)計框架65-66
• 5.1.3 地理信息管理模塊的設(shè)計66-68
• 5.2 給水管網(wǎng)管理系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)68-75
• 5.2.1 用戶登錄界面設(shè)計68
• 5.2.2 查詢分析模塊設(shè)計68-73
• 5.2.3 優(yōu)化模塊設(shè)計73-75
• 5.3 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論與展望76-78
• 參考文獻78-84
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文84-86
• 致謝86

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 廖烈藩;給水管事故原因論證和對策探討[J];冶金叢刊;2000年03期

2 趙洪賓,陳兵,伍悅濱;給水管網(wǎng)漏失預測模型的研究[J];給水排水;2001年10期

3 秦海平;市區(qū)給水管網(wǎng)建設(shè)的幾點建議[J];黑龍江環(huán)境通報;2001年03期

4 秦玉壯;住宅小區(qū)給水管網(wǎng)管理[J];山西建筑;2002年06期

5 伍悅濱,趙洪賓,張海龍;用節(jié)點水齡量度給水管網(wǎng)的水質(zhì)狀況[J];給水排水;2002年05期

6 鄭毅;給水管網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃的優(yōu)化研究[J];中國給水排水;2003年07期

7 張立秋,張朝升,李淑更;在《給水管網(wǎng)》課程中運用多媒體教學手段的探討[J];中山大學學報論叢;2005年03期

8 許剛;朱汶遷;吳金民;;基于蟻群算法的給水管網(wǎng)改擴建優(yōu)化[J];中國農(nóng)村水利水電;2006年03期

9 喻良;陳宇輝;;優(yōu)選管徑法在給水管網(wǎng)計算中的應用[J];工業(yè)用水與廢水;2006年02期

10 王圃;張玉;魏旭升;;遂寧市城區(qū)給水管網(wǎng)改擴建工程[J];中國給水排水;2006年18期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱曄;寇新建;;給水管網(wǎng)可靠性分析中的若干問題[A];2007年全國給水排水技術(shù)信息網(wǎng)成立三十五周年紀念專集暨年會論文集[C];2007年

2 劉桂臣;蔣白懿;劉新;馮青;;給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究與探討[A];2007年全國給水排水技術(shù)信息網(wǎng)成立三十五周年紀念專集暨年會論文集[C];2007年

3 王黃金;張瀟;;農(nóng)村給水管網(wǎng)設(shè)計概述[A];河南省土木建筑學會2010年學術(shù)研討會論文集[C];2010年

4 薛曉波;陳浩濤;;對汕頭市中心城區(qū)給水管網(wǎng)規(guī)劃的幾點體會[A];規(guī)劃創(chuàng)新：2010中國城市規(guī)劃年會論文集[C];2010年

5 付踴躍;于濤;;論搶修節(jié)在給水管網(wǎng)搶修中的應用[A];土木建筑學術(shù)文庫(第11卷)[C];2009年

6 俞國平;;給水管網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計的一個方法[A];土木工程中計算機應用文集——中國土木工程學會計算機應用學會成立大會暨第一次學術(shù)交流會論文集[C];1981年

7 李慧博;柴立和;;給水管網(wǎng)的分形生長分析[A];第二屆全國復雜動態(tài)網(wǎng)絡(luò)學術(shù)論壇論文集[C];2005年

8 秦芳芳;王松嶺;;大型給水管網(wǎng)系統(tǒng)水力計算方法的研究[A];2008年全國給水排水技術(shù)交流會暨全國水網(wǎng)理事會換屆大會論文集[C];2008年

9 秦芳芳;王松嶺;;大型給水管網(wǎng)系統(tǒng)水力計算方法的研究[A];中國水利學會第四屆青年科技論壇論文集[C];2008年

10 邢麗云;;給水管網(wǎng)水力建模數(shù)據(jù)分析與研究[A];第七屆中國城鎮(zhèn)水務(wù)發(fā)展國際研討會論文集--S06：供水管網(wǎng)改造與運行管理[C];2012年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 記者 陳進周;“寶碩”推出新一代PVC給水管[N];中國建設(shè)報;2006年

2 彭躍東;2.5億元讓百姓吃上放心水[N];沈陽日報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 刁克功;分區(qū)管理模式給水管網(wǎng)的水力分析與模擬技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學;2011年

2 米子龍;水源切換對給水管網(wǎng)水質(zhì)鐵穩(wěn)定的影響及控制特性研究[D];清華大學;2015年

3 佟慧妍;給水管網(wǎng)閉塞水中鑄鐵腐蝕機理研究[D];天津大學;2015年

4 謝善斌;基于瞬變流動分析的給水管網(wǎng)事件模型基礎(chǔ)研究[D];北京工業(yè)大學;2009年

5 王洋;給水管網(wǎng)鐵穩(wěn)定性特性及控制技術(shù)研究[D];清華大學;2009年

6 許剛;給水管網(wǎng)水力模型校正研究[D];浙江大學;2005年

7 鐘丹;給水管網(wǎng)余氯衰減規(guī)律及影響因素研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

8 楊艷;給水管網(wǎng)的污染物入侵流量模型研究[D];浙江大學;2015年

9 陳宇輝;給水管網(wǎng)動態(tài)模型維護與校驗方法研究[D];同濟大學;2006年

10 黃亞東;給水管網(wǎng)水質(zhì)傳感器優(yōu)化選址研究[D];浙江大學;2007年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李廣浩;小城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)滲漏預測及機理研究[D];重慶大學;2006年

2 葉暉;基于反分析理論的給水管網(wǎng)管段摩阻系數(shù)計算方法研究[D];西南交通大學;2015年

3 肖朝紅;深圳市寶城片區(qū)給水管網(wǎng)現(xiàn)狀評估[D];清華大學;2015年

4 平俊暉;基于智能監(jiān)測系統(tǒng)的給水管網(wǎng)調(diào)度方法研究[D];清華大學;2015年

5 劉昌宏;給水管網(wǎng)末端管型對水質(zhì)的影響研究[D];山東建筑大學;2016年

6 嚴程;基于MATLAB的閻良區(qū)武屯鎮(zhèn)給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究[D];西安工程大學;2016年

7 郭東東;基于反分析理論的給水管網(wǎng)有效管徑計算方法研究[D];西南交通大學;2016年

8 王偉超;給水管網(wǎng)交叉型節(jié)點非完全混合水質(zhì)模型的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

9 魏靜;基于改進NSGA2算法的給水管網(wǎng)多目標優(yōu)化設(shè)計[D];北京工業(yè)大學;2016年

10 李俊;給水管網(wǎng)主體水細菌學研究[D];天津大學;2007年

，

本文編號：557289