用混合式遗传算法进行给水管网现状

用混合式遗传片法进行给水管网现状分析摘要：将广义简约梯度法（GRG）思想应用于传统遗传算法，提出一种新的混合式遗传算法（HGA），此方法具有很强的全局和局部搜索能力，并且无需复杂的编码、解码过程，可以准确解决多变量、多峰值的给水管网现状分析问题。采用此算法，绝大多数的计算值与实测值的误差可减小到1％以下，能准确反映管网的实际工况。关键词：混合式遗传算法广义简约梯度法遗传算法TheUseofHybridGeneticAlgorithminAnalyzingStatusofWaterDistributionNetworksAbstract:ThephilosophyofGeneralReducedGradient(GRG)methodisappliedtoconventionalGeneticAlgorithm(GA)andanewHybridGeneticAlgorithm(HGA)isproposed.Tl1isIl1ethodhasapowerfulsearchingabilitygloballyandlocally,withwhichtheissuesinanalyzingthecurrentstatllsofwaterdistributionnetworksfeaturingmorevariablesandmorepeakvaluescanbesolvedaccuratelywithoutanycomplicatedcodingandde-codingprocesses.Withthismethod,thedifferenceshetweenmostcalculatedvaluesandactually-measuredvaluescanbereducedtobelowl%andtheactuaIworkingconditionsofwaterdistributionnetworkscanbereflectedac-curately.Keywords:waterdistribution;network;HyhridGeneticAlgorithm(HGA);GeneralReducedGradient(GRG);GeneticAlgorithm(GA)哥随着用水规模气的不断扩大及呀管道使用年限趣的增长，城市持给水管网逐渐锐暴露出一些问淋题，例如各水姥源间不合理调戚度引起管网压棒力过高，造成钉能量浪费，甚权至引起爆管问纸题；管道淤积继结垢，阀门未霞正常开启使管延道摩阻增大，庸管网压力局部络降低；管道锈险蚀，或接口处摔漏水造成水资腰源浪费，管网吴水量。水压不牙足等问题。为寸了解这些情况滔，及时、准确长掌握管网工况漠，必须进行管谋网现状分析，蛾并且其结果可梢为管网优化调罪度、改建、扩及建提供可靠依鹅据。错1妇活给水管网现状部分析常用方法抹简介给给水管网造现状分析是在菌水源的供水压脱力和供水量已公知，通过部分扮节点、管段的决水压、流量的鼻实际量测值来州推断节点流量貌、管线摩阻及若所有的节点水秀压和管段流量撑。常用方法有笨现状平差法、夸遗传算法和广铃义简约梯度法商。尚茄现状平差吨法颠[1]挂是通过实测与由经验得出节点贵流量和管线摩财阻，然后转化布为管网平差问饿题求解节点水旋压与管段流量冒，再与实测值消相比较得知管肃网工况。由于旱节点流量和管摧段摩阻均很难颠准确确定，此但方法常导致平助差计算结果与劲实际值存在较达大偏差，以致漂现状分析得出蒸错误的结论。阴王荣和等锻[2]厕提出通过以节迁点流量和管线浑摩阻力控制变弄量的非线性规滴划来进行管网股现状分析，并凉以遗传算法求味解，得到较好盛的效果。但由购于遗传算法中蛛随机抽取样本奉，存在偶然性队，有时对部分循节点或管段提塌供的结论并不籍准确，只能达赖到霜8旧0彼％的准确率，魂而且对管网末炮梢的树状管段由和节点，也不碗能正确控制。厚由于遗传算法稠局部收敛能力立较差，对于大惹、中型管网，僻计算时间很长珍，且很难逼近偿最优解。厌而文献结［巨3兵］熄则尝试采用解星决非线性规划纠的有效方丑法崇—矛—垃广义简约梯度决法来求解，其很基本思想是利训用简约梯度构侄造一个使目标摇函数改善的可呢行方向，然后习沿此方向进行肚搜索，找出一捐个更优点，从浪而逐步逼近最镰优解。此方法隆具有很强的局影部收敛能力，蚊但全局搜索能们力欠佳，对于及多峰值的规划势问题，很容易耀陷入局部最优外解。蛋本文将提堵出一种集广义锣简约梯度法和输遗传算法于一叠体的混合式遗探传算法，针对暮现状分析问题决目标函数。约睬束条件均可微谷且较易求得的玻特点，在遗传唐算法全局搜索节的基础上加以列沿负梯度方向销的变异，以提臣高其局部搜索各能力，很快达蜂到全局最优解厨。慧2绑炊数学模型的建失立鸦依据在满秋足管网水力条摧件约束下，在流允许的调幅范五围内，通过对袄节点流礼量袭q闹，管段过水能桥力系逆数震r震进行调整，使嫌测压点水压和厉测流管段流量办的计算值与实题测值之差降至酬最小的原则，祸建立数学模型塞[3锦]公。毁3饲必数学模型的求稻解芒[用1禽，禁4-5]薯3.1量奸初始群体的产绞生彩样本染色拨体损为忙疼M资＋虎N撕维实向量，格由跨餐M铜个节点流量名和窑N讯个管段过水能甘力系数组成。尤初始种群的产晓生是在各自的卵界限值范围内姐随机选愉取丧n轰组。以下的交茅叉。变异过程晋将直接采用控带制变量的参数烘值，而无需编惜码。解码。另双外，本方法样已本规俊模覆n坡可适当减小，砍一般可取传统菌遗传算法的一严半左右。赠3.2应搞样本染色体交肠叉际对于目标电函数值较小的稿样本，则将其村作为父代染色脸体按算术组合勒进行交叉得到泻子代染色体。期父代染色体向谣量从愁第遣k显代染色体向量逼集的子集中随迷机抽取产生。支设分别宗为盈β说1秀表躁2跳里本文方法计算健结果爽计算参眼数艰卖计算散点桃角实测硬值戒调节点水漫压斧/m畜贵节辅点艘164.1臂696荷唉节抄点拿262.2义248邮杀管段流胳量蚂/芳（系L·s透-1习）骑饲管筑段山10.15剂87母驶管翁段习20.05笑87忧滴管动段辟30.04吹13才计算参熟数衣订计算举点但敏准确逮值敬泛计算篇值眼松误捐差阴/%趴半节点流个量摇/谜（耳L·s尊-1麻）蝶巩节增点愈10.10去000.1盆0000.表00窃着节沃点睁20.10阅才000.1痛0000.稀00斥柄管段过水能力练系败数裳诚管背段疼10.04垮620.0夕4610.平22纹穴管悦段田20.04爱100.0迹4181.烤95懂口管碰段留30.01笼090.0同1090.刑00酷由庸图按2只、种图流3六可以看出，利岗用传统遗传算蒸法计算尽管可匪以在很短时间隆内收敛到最优按解的邻域，但遮之后却很难达件到最优解，迭普代转20柄0悔次后目标函数片值亮为职4.741恩9带。而本文所提宅出的混合式遗强传算法则具有带很强的局部搜论索能力，迭剧代奉2新0狡次后目标函数学值就已达纺到就0.003提9葬。功另外，尽沿管广义简约梯脏度法收敛性较虏好，但由寄图恒4利可以看出，其葬结果与给定初档始值有很大关垂系。在大型管可网中，广点流销量和管段过水些能力系数是很蛇难较准确给定史的，初始值误蚊差常会达到百难分之几百，随否着给定初始值仙误差的增大，掠常会收敛到局狱部最优解，而弯目标函数值也适会急剧增大，执准确性较差。小链表暂2对给出了利用本奔文提出的混合卧式遗传算法的答计算结果。涌5碍粮结论铃通过本文聪论述可以看出停，将广义简约醉梯度法与传统融遗传算法给分纹的泥公式造着更复被收敛查究缘获决且不容易涂陷人局部最优幸解，对于解决变给水管网现状阀分析问题具有健很好的效果。秩笔者将对此方描法进行进一步店研究，并应用字于合肥市给水仙管网现状分析佣中，以实践证僚明其可行件和皂高效性。参考文献：贿[1]粉樱高乃云，彭海占清，范瑾匹初询.辱现状管网平差馋及其原始数据撒的准朝备邀[J]赖.泻给水排水肝，芒199翠8忆，问2坦4受（拿8掉）逗：可2莫7葡－漂28.唇铲吃[2热]戴王荣和，姚仁畅忠，潘振发华侍.烈遗传算法在给掩水管网现状分座析中的应有用芬[J]锦你给水排水通，若200指0纹，寺2惠6串（辫9稿）拼：纠3筐1各一衡36还狸梨[3]仰烤许仕荣，邱振尝华四.候给水管网的计永算理论与电算建应用争［剃M忆］货.疑长沙：湖南大弓学出版计胸、珍1997那