魏洪宇[1]2014年在《基于改进粒子群算法的城市给水管网优化设计》文中认为城市给水管网系统是城市建设和工业生产的重要基础设施，随着城市规模的扩大，管网系统的规模也逐渐呈现出复杂化、大型化的发展趋势，管网系统的建设资金投入也随之增加。一般给水管网的投资占到工程总投资的四分之叁，通过优化计算，可以节省工程投资的5%—10%，具有巨大的经济效益和现实意义。如何对给水管网进行科学的优化设计已经成为国内外专家关注的问题。粒子群优化算法机制简单、可调参数少、易于实现，具有较强的全局收敛能力，不需要借助问题的特征信息等特点，因此文中采用粒子群优化算法对城市给水管网进行优化设计。论文的主要研究工作如下：1.针对标准粒子群优化算法在优化给水管网问题中存在易陷入局部最小难以寻求最优解的问题，文中在分析粒子群优化算法的惯性权重对算法性能影响的基础上，提出了一种基于粒子聚集程度动态调整惯性权重的策略，该调整策略利用种群在进化过程中粒子分布信息动态改变惯性权值，充分平衡了算法在优化过程中全局探索能力和局部开发能力，提高了算法的寻优精度。利用4个典型的基准测试函数对改进的算法进行测试。测试结果表明，改进的算法与传统的ω调整策略相比更能够适应粒子动态搜索的性能。2.为了解决给水管网优化设计这样一类带有约束条件的、高度非线性的离散组合优化问题，提出一种改进型粒子群混合优化算法。该算法在动态调整惯性权重的改进基础之上，将极值优化算法引入到改进粒子群算法中，利用极值优化算法精细的局部搜索能力，增加种群多样性并使算法有效地跳出局优。根据给水管网优化设计问题的最优解分布的特点，采用自适应惩罚函数法处理管网优化的约束条件，提高算法的搜索效率。将改进型粒子群混合优化算法应用到给水管网优化设计中，仿真结果表明，算法有较好收敛速度的同时还有效地避免了陷入局部最优，并得到了更优的工程造价。3.开发了单机版给水管网智能计算决策系统软件。该系统软件使用VS2010和MATLAB作为开发工具，嵌入多种智能优化算法及新提出的改进算法，对给水管网进行优化计算，迅速、准确地得到管网总造价和最优管径的结果，实现在管线的铺设阶段根据实际情况提供优化决策的功能，通过设置管网运行、造价的不同参数，分析对比数据结果为决策者提供更优的选择。通过C#设计界面，使系统软件的操作具有直观性和可视性。论文针对粒子群优化算法在解决给水管网优化问题所存在的问题，对算法进行了改进研究，提出一种改进型粒子群混合优化算法并将其应用在城市给水管网优化设计中。在满足供水要求的前提下，取得了较优的结果。并利用Visual Studio2010和MATLAB等工具开发了给水管网智能计算决策系统，为城市规划设计、建设等提供基础数据支撑。
蔡亮[2]2016年在《给水管网智能监测系统开发优化与漏损识别应用研究》文中研究表明当前城市给水管网面临漏损率居高不下,爆管事故频发,调度不合理,自来水二次污染严重等种种问题,亟需建立有效的监测方式和科学的分析方法来进行高效管控。然而城市给水管网的规模普遍庞大,多采用地下铺设,导致监测困难。无论SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)系统还是商业化的监测设备,都因成本高昂、测点间无法协同工作、安装要求高等限制,而无法胜任管网主体的规模性监测任务。与此同时,给水管网处于复杂的城市环境中,监测数据不可避免的参杂大量噪声,而传统监测缺少针对性的数据降噪方案,对于数据的精准化分析极为不利。针对上述问题,本文首先引入无线传感网络技术开发了一套智能给水管网监测系统,以适应管网大规模布点监测的需求;并在此基础上开展了水压监测数据降噪技术研究;最后,以管网管理最为棘手的漏损问题为例,进行了基于水压波分析的漏损识别技术开发。对于智能监测系统,本文开发了低功耗、低成本的终端监测设备和网关监测设备,设计ZigBee动态自组网策略保证监测节点间无线传感网络的组建与可靠运行,传感网络最顶层通过网关监测设备承担ZigBee网络与移动通信网络的网关功能,进行数据远程传输;开发了数据中心软件平台,实现数据组织、存储、发布、控制及设备调试等匹配功能;建立配套安装方案,指导实际应用。对于该监测系统的降噪优化,本文针对性的分析了水压监测信号的噪声特点,采用小波降噪的方法,从阈值函数、分解尺度以及基函数方面进行优化研究,构建了管网水压信号降噪模型。对于该监测系统的应用研究,本文从瞬变压力波分析角度进行了管道漏损识别技术开发。实验采用人造水压波进行管道扫描的方式,包括完好、圆孔漏损、缝隙漏损、支管分流、多漏点、漏损分流组合等多种工况。首先从时域角度对漏损特征进行了定性分析并实现了单漏点时的精确定位计算;其次,应用优化的局域波分解法对不同工况下的水压波进行自适应分解,计算分解得到的各单一模式分量的瞬时频率以进一步描述不同工况的水压波特征;最后,通过对分量瞬时频率的均方根值(能量)和近似熵值定量分析,有效避免了各种干扰项(分流、多漏点等)对于漏损识别的干扰,实现了复杂工况下管道漏损特征的精准识别。
张玉芳[3]2005年在《城市给水管网运行分析及优化调度研究》文中指出随着我国经济的飞速发展,城市人口的不断增加,工业生产能力的日益提高,对城市供水系统的要求越来越高,规模日益庞大。供水系统的复杂性也随之加大,传统的经验调度方式已很难适应当今社会的发展需要,给水系统优化调度与管理亟待提上议事日程。 本研究以邯郸市城市管网为例,对邯郸市给水系统的运行状况进行了分析研究,以数学模型、算法、现代控制理论和预测学为理论依据,结合管网优化调度模型对邯郸市的给水系统进行优化调度设计;同时,将计算机技术应用于供水系统的模拟之中,利用解管段方程、数学模型等开发供水系统管网优化软件,旨在提高供水的可靠性和经济性。 给水系统优化调度就是通过对供配水系统的充分调查研究,找出目前管网建设、运行、管理存在的问题,明确建模的数据采集手段,是管网建模的质量保证。在此基础上,建立给水管网的优化模型,将模拟计算与人工经验分析有效地结合起来,提出符合实际、便于实施、节约能源、节省资金的给水系统优化调度。 本研究的主要内容为对邯郸市给水系统运行状况进行分析及模式研究,进行测压点的优化布置,对数学信号处理,进行实时状态模拟;建立优化调度模型和开发管网优化软件;同时把建立的模型和数据以友好界面地形式反映给管理者,为调度决策服务;利用计算机控制接口技术来达到系统优化控制的目的,最终实现整个系统的优化调度。 利用本研究开发出的软件完成对邯郸市城市给水管网的水力分析,由水力计算的结果绘制出邯郸市两个水厂(叁堤水厂
董深[4]2008年在《供水系统智能优化技术的理论与实践》文中认为城市供水系统是城市的命脉,它不仅直接关系到城市居民的生活质量,而且极大地影响着城市的经济发展。针对目前管网优化研究中所存在的问题,将遗传算法等智能优化方法应用于给水管网优化设计和优化调度中,对所优化问题的数学模型和求解方法进行改进,使得供水系统智能优化技术能够更好的应用于实践中,是本文研究的重点内容。对目前基于智能化遗传算法的管网优化设计研究中所存在的安全性和经济性问题进行研究,对管网优化设计的数学模型进行改进,提出了流量已初分配的给水管网多工况优化设计方法,并对青岛市出口加工区管网进行优化求解,验证了该设计方法的实用性。使用Visual C++6.0开发出相应的计算程序和通用性较强的优化设计软件。针对马鞍山市供水管网建立计算机供水管网图形,进行现场测试,收集管网基础资料,确定节点流量、管道摩阻等,建立较为准确、全面的微观水力模型,并对模型的准确性进行校核。在已建立马鞍山供水系统微观模型的基础上,着重对两级优化调度模型进行研究和改进。对调速泵的调速机理和调速特性进行详细分析,建立定速泵和调速泵并联运行的两级优化调度模型。采用遗传算法对马鞍山市优化调度模型进行求解,确定了四项方案评价指标.即水量吻合度、压力吻合度、水泵效率和直接电耗,并采用这四项评价指标对所得到的调度方案进行评估,验证了所采用的优化调度方法的实用性和合理性。运用Visual C++6.0编制了相应的计算程序和优化运行软件。
杨辉[5]2004年在《市政给水管网模拟演示系统开发》文中认为摘要给水排水管网理论已经形成了包括给水排水规划设计，水力计算，工程投资估算等一整套的理论体系。计算机的出现和广泛应用，又将这一体系推向一个新的层次。给水管网系统从以往单纯地研究管网水力计算，拓展成为包括给水管道卫生学、管网水质分析、用水量预测、管网系统优化、管网系统可靠性分析、管网系统的模拟与仿真、无线数据传输技术（MLS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等多学科交叉、集合的系统。本论文主要是针对北京市教委的一个项目，即室外给水管道实验演示、控制、仿真系统，包括室外给水管道实验演示系统和配套的测试系统，提出了一整套的解决方案，完成了各个组成部分的功能设计。系统采用“组态王”软件和 PLC 设备构建数据采集模块，完成所建立的管道模型模块的流量、压力测试，实施系统工作状态（流量、压力等）变化的即时显示、数据记录；采用 WaterCAD5.0，建立相关的管网状态水力动态模拟模型，能够进行数据处理，完成等压线图形的显示；用 ACCESS 数据库平台，建立系统的中间数据库；系统将进一步完善，以致能够对管道模型模块进行优化控制，并实现信号的远程传输。
张增荣[6]2008年在《给水管网单目标多工况优化设计的研究与应用》文中认为为贯彻执行国家“建设资源节约型社会”的发展路线，给水管网的优化设计问题越来越富有战略意义。在满足各种约束条件的前提下，实现管网投资和运行年费用折算值的最小化，一直是给水领域的研究热点之一。现有的给水管网单目标(特指经济性目标)或多目标优化模型，一般都是基于最高日最高时单一工况，没有考虑平均日用水、消防、事故等其它工况，所得的优化结果往往不能满足其它工况下的特殊约束条件，不具有全局可行性，因此不属于全局优化范畴；另外，除了经济性目标以外，其它目标均是难以量化的，因此建立多目标优化模型的条件尚未成熟；再者，虽然进行管网水力、水质模拟的软件很多，但尚未出现一种专门进行给水管网优化设计的通用软件。据此，建立给水管网单目标多工况的优化设计模型，并开发一种通用的给水管网优化设计软件是一项具有现实意义和经济效益的研究课题。本文分别从给水管网优化设计模型和模型的求解算法两方面展开，介绍了各自的发展历史和研究现状，在国内外已有研究的基础上，提出了在满足管网各个用水工况不同的约束条件基础上，以管网造价和泵站运行费用之和的管网年费用折算值最低为单一目标的给水管网单目标多工况优化设计数学模型，并利用排序选择的遗传算法求解该模型。通过一个简单的给水管网算例，提出了进行给水管网单目标多工况优化的必备条件和假设前提，并建立起了一套给水管网单目标多工况的优化流程，将这一流程应用到一个工程实例管网，达到了较为满意的优化效果。根据给水管网单目标多工况优化模型和排序选择的遗传算法理论，基于改进的EPANET2．DLL开发工具——MyEPANET2．DLL，在VC++6．0平台下开发了给水管网优化设计软件WDNOA1．0。该软件采用面向对象的数据结构和DAO数据访问对象的设计方法达到了与Microsoft Access 2000数据库的无缝连接，具有界面友好、支持多种文件格式(．INP和．WDN)、计算速度较快等优点，具有较好的应用前景。
张润斌[7]2005年在《城市给水管网系统的优化设计理论及应用研究》文中认为近几年我国经济发展迅速、城市化发展快、自来水普及率提高,原有的城市供水系统已经不能满足城市发展的需求,因此各城市都在相继对现有供水管网进行改、扩(新)建,使管网造价占整个给水系统的比重越来越大。这样,依据经济流速、界限流量等传统管网设计方法将带来很大误差,造成的工程投资浪费也越来越明显。所以,基于系统工程理论的给水管网设计理论将越来越受到重视,以此有效地解决管网设计技术经济问题的研究具有重要意义。 本文首先对给水管网系统进行分类,然后对给水管网系统模型中的目标函数和约束条件进行研究,解析和改进了传统给水管网系统模型中的不足,分析了经济参数对优化计算结果的影响,提出了比较完善的给水管网数学模型;其次采用广义简约梯度法对多元、非线性给水管网系统模型进行求解;根据模型及解法,设计并编写了MATLAB计算机程序,其功能强、界面友好、使用方便,计算与分析,结果令人满意。
欧阳嘉[8]2012年在《给水管网水力建模与优化调度应用研究》文中研究说明随着国民经济的迅速发展,国家相关部门对城市供水系统的投入也在逐年增加,每年都有大量的资金投入到供水管网的改造和扩建上。但是,我国目前供水系统的管理水平相对比较落后,传统的依赖经验管理的调度模式已经无法满足居民对日益增长的供水质量的要求。因此寻求科学的、合理的调度模式是我国供水系统进一步发展的必要途径。本文通过对供水系统优化调度相关知识的学习和探讨,引入人工神经网络、组合优化理论和遗传算法,对供水系统预测模型、水力计算模型和优化调度模型进行分析研究,通过以吉首市供水系统为实例进行验证。主要内容有：(1)用水量预测：运用组合权系数优化理论,将BP神经网络法和移动算术平均法组合,建立组合预测模型。通过以吉首市用水量为预测模型基础资料,分别以移动算术平均法、BP神经网络法、神经网络—移动算术平均组合预测法进行预测,预测结果显示,神经网络—移动算术平均组合预测法的预测精度比其他两种方法要好。(2)微观水力建模：本文根据吉首市供水总公司提供的资料,建立供水系统水力微观模型,经校核符合精度要求后,再分析吉首市供水系统配水管网的运行状况。通过对最高日最高时工况的分析,发现吉首市在最高日最高时工况下运行存在着局部供水区域供水压力不足和局部管段水头损失过大等问题。(3)宏观水力建模：针对目前常用的Demoyer宏观水力模型中存在的不足,做出了改进,并以吉首市供水系统为实例进行验证,计算结果显示,宏观模型在改进后计算精度也有了较大的提高,因此说明该改进方法是可行的。(4)两级优化调度模型：根据两类优化模型的特点和我国供水系统的现状,笔者认为两级优化调度模型更符合我国供水系统。因此本文较为详细的介绍两级优化调度的建模过程,并运用遗传算法来求解模型。(5)实例分析：文章最后以吉首市供水系统为实例,对其进行优化调度,通过对优化前后用电量的比较,结果显表明：吉首市供水系统经过优化调度,节能效果明显,每天能节省电耗1287kWh,节能效率达到9.66%,能给自来水公司带来较好的经济效益。
熊刚[9]2007年在《给水管网快速计算及绘图自动化》文中研究指明给水管网优化系统是一个比较复杂的系统，投资大、管理费用高，经济合理的进行管网设计不仅可以节省大量的资金，而且能够产生巨大的经济效益和社会效益。本文针对给水管网设计过程中繁多的管网综合信息，基于AutoCAD2004平台，融进给水管网设计专业知识进行CAD二次开发。随后介绍了给水管网实用优化设计的数学模型和求解方法，为管网系统的规划奠定了坚实的基础。在管网优化计算中，文章提出利用基本关系矩阵进行大型复杂管网优化设计的新方法，包括管网节点流量的计算、管段流量的初始分配和管网的优化计算。在数据的处理上，通过数据转换自动生成管段识别矩阵和初分流量的系数矩阵，大大提高了工作效率。在绘制管网系统图方面，充分利用AutoCAD的开发工具VBA来设计管网绘图界面，具有绘图界面友好的特点。最后在计算结果的基础上绘制给水等压线。本文充分利用了VBA的计算功能和AutoCAD的绘图优势，实现了给水管网优化设计和绘图一体化。
申艳芬[10]2010年在《基于ArcGIS Server的给水管网系统研究与设计》文中认为随着我国的经济发展,城市规划建设工作也就显得尤为重要,给水管网也随之成为城市居民的生活命脉,为了实现有效的对供水管网的管理,本文探索了基于.NET与ArcGIS Server结合技术,建立了城市给水管网信息系统。系统实现供水管网信息的网络化及数据资源的有效整合与共享,为城市居民获得相关信息提供一个便捷的平台。论文的框架和内容如下：1)通过对城市给水管网系统和WebGIS技术研究,其内容包括国内外的发展现状、设计方法步骤及实现过程,从而探索出一条将上述两种技术结合的方法,即基于ArcGIS Server平台设计城市给水管网系统,并且以某城市给水管网作为开发背景。2)进一步深入研究ArcGIS Server理论体系、开发技术,对系统的总体架构进行介绍,构建了符合实际情况的开发模式,在城市给水管网系统中采用B／S开发模式,确定了开发组件即为ArcGIS Server,结合Microsoft的新一代开发工具Visual Studio.Net2008,利用ASP.NET技术进行开发。运用基于微软Silverlight的数据可视化技术,实现了城市给水管网系统中的网上电子地图系列界面,使用户页面交互性更强、更丰富。3)本文重点研究了WebGIS的网络分析功能,分析当前求解最短路径Dijkstra算法的优缺点,针对Dijkstra算法在寻优过程中存在的问题,提出了一种最短路径求解改进算法-隔离小生境自适应遗传算法。设计自适应交叉函数和自适应变异函数,自适应调整交叉率和变异率策略,克服了简单遗传算法易陷入局部极小和早熟收敛的缺陷,提高了算法的搜索效率、精度和稳定性。4)论文开展了基于ArcGIS Server开发城市给水信息系统的研究,完成了系统总体结构、系统Web模型、城市给水信息系统空间和属性数据的建库、功能模块等的设计。客户端子系统实现了电子地图的网上实施,工作人员可以通过Web浏览地图的基本操作、城市给水信息系统的图文互查和其他相关的GIS基本功能。
参考文献：
[1]. 基于改进粒子群算法的城市给水管网优化设计[D]. 魏洪宇. 北京工业大学. 2014
[2]. 给水管网智能监测系统开发优化与漏损识别应用研究[D]. 蔡亮. 清华大学. 2016
[3]. 城市给水管网运行分析及优化调度研究[D]. 张玉芳. 太原理工大学. 2005
[4]. 供水系统智能优化技术的理论与实践[D]. 董深. 青岛理工大学. 2008
[5]. 市政给水管网模拟演示系统开发[D]. 杨辉. 北京工业大学. 2004
[6]. 给水管网单目标多工况优化设计的研究与应用[D]. 张增荣. 同济大学. 2008
[7]. 城市给水管网系统的优化设计理论及应用研究[D]. 张润斌. 太原理工大学. 2005
[8]. 给水管网水力建模与优化调度应用研究[D]. 欧阳嘉. 湖南大学. 2012
[9]. 给水管网快速计算及绘图自动化[D]. 熊刚. 合肥工业大学. 2007
[10]. 基于ArcGIS Server的给水管网系统研究与设计[D]. 申艳芬. 西安建筑科技大学. 2010
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