基于遗传算法的给水管网优化设计

论文摘要

在城市现代化建设中,供水工程是市政工程中不可缺少的重要组成部分。供水工程主要由取水工程、净水工程、泵站、输配水工程和调节建筑物等构成,其中,给水管网占整个给水工程投资的70%～80%,可见,管网是输配水系统设计的重要组成部分,管网设计将直接影响到整个给水系统的投资。按目前的经验运行方式浪费很大,如果采用优化设计,不仅能节省大量能源,而且能使管网在合理的状态下运行,既保证供水的要求,也使管网的压力更为合理。一个管网优化设计方案,应该在保证供水所需的水量、水压、水质安全和可靠性的前提下,既要考虑基建投资的经济性,还要考虑运行期管理费用的经济性。因此,城市给水管网优化设计具有极其重要的意义。本文以给水管网优化设计为研究对象,首先阐述了给水管网优化设计的内容和意义,简要地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,归纳总结了影响给水管网优化设计结果的因素;接着介绍了遗传算法的基本原理,然后在简单遗传算法的基础上,对选择算子、交叉算子、变异算子以及部分参数的设置采取改进措施,采用实数编码方法,避免了反复编码、解码的过程,提高了运算效率;并以年折算费用为目标函数,建立了给水管网优化设计的遗传算法模型;最后通过工程实例验证了该模型具有一定的理论和应用价值。用烟台市某小区的给水系统为工程实例,采用了以环为主的编程思想,以基本管段矩阵为基础,派生出相应的矩阵,进行数据的合理转换,使管网优化所输入的数据尽可能少,从节点流量的计算、管段初始流量的分配到遗传算法的计算全部由计算机编程自动实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 给水管网优化设计的概况
• 1.1.1 传统的确定性优化方法
• 1.1.2 随机优化方法
• 1.2 本课题的目的和研究内容
• 1.2.1 选题的目的
• 1.2.2 研究内容
• 第二章 遗传算法概述
• 2.1 遗传算法的起源与发展
• 2.1.1 遗传算法简介
• 2.1.2 遗传算法的特点及其发展
• 2.2 遗传算法的应用设计
• 第三章 遗传算法在给水管网优化设计中的应用模型
• 3.1 给水管网优化设计的遗传算法模型
• 3.1.1 编码法则的确定和初始群体的产生
• 3.1.2 遗传算子的设计
• 3.1.3 遗传算法的终止条件
• 3.1.4 目标函数
• 3.1.5 约束条件
• 3.1.6 罚函数
• 3.1.7 适应度函数的确定
• 3.1.8 管网年折算费用与管径和流速的关系
• 3.2 环状给水管网的遗传算法基本流程
• 第四章 给水管网优化设计的软件设计与实现
• 4.1 MapInfo开发平台
• 4.1.1 MapInfo的技术特点
• 4.1.2 专业需求与开发方式
• 4.2 绘制给水管网图
• 4.2.1 属性数据库的建立
• 4.2.2 空间图形数据库的建立
• 第五章 工程实例
• 5.1 工程简介
• 5.2 工程实例中的基本关系矩阵
• 5.3 工程实例中的遗传算法应用和优化结果
• 5.4 绘制给水管网图
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢