某城市智慧城市給水管網(wǎng)改擴(kuò)建優(yōu)化設(shè)計(jì)開題報(bào)告-免費(fèi)閱讀
【正文】 較復(fù)雜的設(shè)計(jì)計(jì)算需用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的，自己動(dòng)手編制計(jì)算機(jī)程序解決設(shè)計(jì)中某些問(wèn)題。給水環(huán)狀管網(wǎng)閉合差理論上應(yīng)該等于0，但實(shí)際由于流量分配的問(wèn)題，在計(jì)算的時(shí)候各管段水頭損失的誤差，導(dǎo)致閉合差不等于0，計(jì)算時(shí)要求一個(gè)精度值，大環(huán)小于1米。 目前將模擬退火法與其他方法結(jié)合使用是一種新趨勢(shì),典型的是與遺傳算法結(jié)合形成遺傳退火算法。為了避免這種問(wèn)題,采用基于整數(shù)編碼和實(shí)數(shù)編碼的改進(jìn)的遺傳算法。國(guó)內(nèi)方面,王文遠(yuǎn)、呂糯、鄒林和馬光文、周榮敏等人于2000年前后先后以標(biāo)準(zhǔn)管徑為決策變量,采用遺傳算法進(jìn)行環(huán)狀管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。2)蟻群算法 蟻群算法(ACOAs)[11]是由意大利學(xué)者Dorigo于19%年提出的一種模擬螞蟻尋食行為的算法。非線性規(guī)劃法能較好的反映管網(wǎng)系統(tǒng)的本質(zhì),但也存在一些問(wèn)題:設(shè)計(jì)變量為連續(xù)型,所得管徑結(jié)果需進(jìn)行二次圓整,圓整后的管徑難以保證是最優(yōu)方案。 3)非線性規(guī)劃法 非線性規(guī)劃法[11]是在一組非線性約束條件下,尋求非線性目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值。 2)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法[8]是一種求解多階段決策過(guò)程最優(yōu)化方法。給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的求解方法主要經(jīng)歷了拉格朗日函數(shù)優(yōu)化法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法(線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法)和隨機(jī)搜索算法(遺傳算法、模擬退火法、蟻群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法)三個(gè)階段。通過(guò)該模型可以實(shí)現(xiàn)給水管網(wǎng)布局的優(yōu)化,但是該模型未考慮管網(wǎng)的運(yùn)行費(fèi)用。設(shè)計(jì)結(jié)果中管網(wǎng)的環(huán)狀形式是由一些較小管徑的管段連接較大管徑的樹狀網(wǎng)管段形成的。天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、湖南大學(xué)、重慶大學(xué)等對(duì)給水管網(wǎng)改擴(kuò)建研究進(jìn)行了較多的理論研究瞄。 王榮和[12]和顧國(guó)維[19]分析了我國(guó)目前給水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行中存在的問(wèn)題，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化技術(shù)沒(méi)有在實(shí)際工作中廣泛應(yīng)用的原因進(jìn)行分析，提出應(yīng)用優(yōu)選管徑法(枚舉技術(shù))進(jìn)行給水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算，并編寫WDOC軟件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。三、 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 對(duì)于管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的上述難點(diǎn)，我國(guó)學(xué)者也付出了不少的努力。城市人口的不斷增大，使給水規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時(shí)城市供水系統(tǒng)的電耗也越來(lái)越大。城市給水設(shè)施屬市政基礎(chǔ)設(shè)施,給水管網(wǎng)是給水設(shè)施的主要組成部分。 全市主要水源有風(fēng)城高庫(kù)、白楊河水庫(kù)、黃羊泉水庫(kù)、西郊水庫(kù)、三坪水庫(kù)、調(diào)節(jié)水庫(kù)六處地表水源，還有黃羊泉水源地和百口泉水源地兩處地下水源。城市給水管網(wǎng)在其新建成的一定時(shí)期內(nèi),隨著城市的發(fā)展、用水人口的不斷增加和人民生活水平的日益提高,城市用水量急劇增長(zhǎng),給水管網(wǎng)供水能力逐漸不能適應(yīng)用水量增長(zhǎng)的需要。由于城市周邊地帶的開發(fā)和近郊農(nóng)村的城市化進(jìn)程，原有供水管已不能滿足需求，極需擴(kuò)大向城市周邊地區(qū)的供水能力。引入先進(jìn)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，通過(guò)現(xiàn)代的控制工程使給水系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下工作，不僅使系統(tǒng)安全可靠地滿足用戶所需的水量、水壓和水質(zhì)，而且要經(jīng)濟(jì)合理地進(jìn)行給水系統(tǒng)的調(diào)度管理和運(yùn)行。它能夠獲得全局最優(yōu)解而不是局部最優(yōu)解，這是由于它的初始值不是一個(gè)點(diǎn)，而是多個(gè)初始點(diǎn)。蔣懷德提出了以管網(wǎng)總費(fèi)用年折算值最小、管網(wǎng)供水可靠度及供水均勻性為目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。最早的給水管網(wǎng)優(yōu)化模型是針對(duì)樹狀網(wǎng)建立的，如Kanneli(1968)[3]等人的模型，這些模型能夠獲得全局最優(yōu)解，但是模型僅僅適用于樹狀網(wǎng)，不利于實(shí)際工程運(yùn)用。 1999年,Hyun一Gonshin[3]通過(guò)對(duì)給水管網(wǎng)連接特點(diǎn)的分析,建立了以管段基建費(fèi)用最小為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。1987年Goldberg開始應(yīng)用遺傳算法求解管網(wǎng)優(yōu)化模型，隨后Simpson等也分別建立遺傳模型并取得了良好的效果。該算法目前應(yīng)用較少。因此,該方法對(duì)小型樹狀管網(wǎng)能得到最優(yōu)解。國(guó)內(nèi)方面,1983年,魏永耀利用微分法對(duì)樹狀管網(wǎng)非線性規(guī)劃模型進(jìn)行求解。之后國(guó)內(nèi)外學(xué)者將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于給水管網(wǎng)優(yōu)化中。 3)遺傳算法 遺傳算法[21](GA)近年來(lái)被認(rèn)為是管網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)的飛躍,它通過(guò)模擬自然界生物種群的遺傳和自然選擇機(jī)制,隨機(jī)搜索最優(yōu)解。4)用該算法進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),一次可以得到幾種不同的接近最低造價(jià)的方案,可再根據(jù)其他要求選取合適的方案。4)模擬退火算法[18] 模擬退火算法(SA)是Kirkp時(shí)rick于1983年提出的一種模擬金屬退火,并將物理退火過(guò)程與組合優(yōu)化相結(jié)合的一種隨機(jī)迭代尋求最優(yōu)結(jié)果的算法。 （2)比較分析法：了解市場(chǎng)的管材、管件，選擇經(jīng)濟(jì)合理的管材、管件，以及水泵等。給水允許流速u：DN≥500時(shí)，～、DN＜500時(shí)，～3m/s。自然科學(xué)版， 第34卷第3期:552—559【18】阮剛石，城市供水管網(wǎng)改擴(kuò)建優(yōu)化方法的研究[J]，湖南城市學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，第13卷第3期2004年9月:29—31【19】張德祥，劉小兵教授，城市給水管網(wǎng)改擴(kuò)建優(yōu)化與數(shù)值計(jì)算[D] ，西華大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2009，05【20】牟守國(guó)，城市改擴(kuò)建給水管網(wǎng)管材的選擇[J]，中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2010年10期:82—84【21】張亮，蔣紹階，基于微粒群算法的給水管網(wǎng)改擴(kuò)建研究，碩士學(xué)位論文，重慶大學(xué)，2007年04八、 指導(dǎo)教師意見對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
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