بهينه‌سازي شبكه‌هاي انتقال آب توسط الگوريتم ژنتيک و منطق فازی
|
نام دانشجو |
مهسا اميرعبداللهيان |
|
استاد راهنما |
محمدرضا چمني، دانشيار، دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه صنعتي اصفهان |
|
كيوان اصغري، استاديار، دانشكده مهندسي عمران، دانشگاه صنعتي اصفهان |
|
|
تاريخ فارغ‌التحصيلي |
1388 |
|
پست الكترونيك |
|
|
كلمات كليدي |
بهينه‌سازي، الگوريتم ژنتيك، منطق فازي، شبكه‌هاي انتقال آب |
|
چكيده انگليسي |
Optimization of Water Distribution Networks using Genetic Algorithm and Fuzzy Logic |
|
مقالات منتشر شده |
|
چکيده
شبکههای توزيع آب شهری برای ارتباط بين مصرفکننده و منابع آب احداث میشوند و از جمله پيچيدهترين زيرساختهای شهری هستند که طراحی و توسعه آنها نيازمند تحليلهای گسترده و صرف هزينه‌ي قابل توجه است. در اين پاياننامه، طراحی بهينه‌ي شبکههای انتقال آب با استفاده از الگوريتم ژنتيک و سپس تلفيق اين الگوريتم بهينهساز با سيستم تصميمگيری فازی (الگوريتم ژنتيک- فازی) بررسی شدهاست. الگوريتم ژنتيک به‌عنوان يکی از روشهای تکاملی بهينهساز، طراحی بهينه شبکههايی در ابعاد واقعی و همراه با کليه‌ي تجهيزات مورد نياز در چنين شبکهای را برای محققين ممکن کرده است. پيادهسازی کاربردی سيستم استنتاج فازی در طراحی شبکههای انتقال آب نشان میدهد که میتوان ايده و نظرات طراح و نيز قيود طراحی را در قالب پايگاه قواعد سيستم استنتاجی درآورد و در فرايند طراحی دخالت داد. تبديل روش افراد خبره در طراحی و ارايهی الگوريتمهای کارا برای طراحی شبکههای انتقال آب به‌وسيله‌ي سيستم استنتاج فازی تفکر کاملاً جديدی برای توسعهی سيستمهای نرمافزاری است. در اين پاياننامه طراحی بهينه دو شبکه متداول بررسیشدهاست.
در مثال اول، طراحی بهينه‌ي شبکه دوحلقهای ثقلی صورت گرفته است. اين طراحی شامل تعيين قطر لولههای موجود در شبکه است و قيود حاکم بر برنامه‌ي بهينهساز کمينه و بيشينه‌ي فشار در گرهها و کمينه و بيشينه‌ي سرعت جريان در لولهها است. در فرايند بهينهسازی، انتخاب به روش رقابتی و ترکيب با استفاده از روش تکنقطهای به‌عنوان مؤثرترين عملگرها در طراحی بهينه‌ي شبکه‌ي انتقال آب توسط الگوريتم ژنتيک شناخته شدند. در اين بخش با استفاده از شبيهسازیهای مکرر جريان در هريک از نسلهای الگوريتم ژنتيک و ترکيب برازندگی مربوط به شبکه در حالتهای مختلف بارگذاری، شبکهای با کارايی مطلوب تحت چندين بارگذاری متفاوت طراحی شد. در قدم بعدی، طراحی بهينه‌ي شبکه با استفاده از الگوريتم تلفيقی ژنتيک- فازی بررسی شد. در اين بخش، بهينهساز يک الگوريتم ژنتيک است که در قسمت انتساب عدد برازندگی به هر رشته، از يک سيستم استنتاج فازی استفاده می‌شود.
در مثال دوم، شبکه‌ي معروف Anytown بررسی شده است که دارای ابعادی در حدود يک شبکه‌ي آب با کليه‌ي مشخصات و فرضيات موجود در شرايط واقعی است. در اين بخش، طراحی کمهزينه‌ي شبکه شامل تعيين قطر لولهها و انجام و يا عدم انجام عمليات ارتقا در آنها، تعيين محل مخازن هوايی و کليه مشخصات آنها و تعيين محل ايستگاههای پمپاژ و برنامه‌ي زمانبندی بهرهبرداری از پمپها در هر ايستگاه توسط الگوريتم ژنتيک- فازی بررسی شد. با اضافهکردن قابليت تعبيه پمپ در بخشهای مختلف شبکه، توانايی برنامه‌ي بهينهساز در ارضای قيود هيدروليکی افزايش يافت. جهت کاهش تعداد متغيرهای تصميم، تنها محل مخازن هوايی و حداکثر تراز آب در آنها توسط الگوريتم بهينهساز تعيين شد. بدين طريق يک تابع برازندگی تعميميافته خواهيم داشت که با تغيير مسأله، تغيير محدوده‌ي متغيرها، تغيير مشخصات شبکه و ... تغيير نمیکند و با استفاده از الگوريتم مبتنی بر تصميمگيری فازی میتوان دنيای بهينهسازی را از محدوده‌ي تحقيقاتی به دنيای مهندسی وارد کرد. با استفاده از اين سيستم، طراح با توجه به قضاوت مهندسی و کليه‌ي شرايط حاکم از جمله شرايط اقتصادی قادر به کنترل جعبه سياه بهينهساز است. لازم به‌ذکر است که در فرايند بهينهسازی به روش ژنتيک- فازی با افزايش قيود حاکم بر برنامه‌ي بهينهساز، زمان لازم جهت همگرايی در روش ژنتيک- فازی با سرعت زيادی افزايش میيابد. لذا در هر فرايند طراحی بهينه‌ي شبکه انتقال آب، بايد تعداد محدودی از قيود به‌صورت فازی تعريف شوند.