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给水管网水力状态模拟中GASA算法优化的研究

作　者: 童建舟
导　师: 詹健
学　校: 南昌大学
专　业: 市政工程
关键词: 遗传算法模拟退火算法精度提高效率自动
分类号: TU991.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

城市供水系统是城市居民生活和城市经济发展的重要基础设施,供水基础设施的安全性、可靠性、高效性是社会经济发展的保证。给水管网是城市供水系统的重要组成部分。合理地进行管网的水力计算与分析,对实现安全、可靠的运行管理起着至关的作用。人们利用对给水管网水力状态模拟,仅用少量控制点的数据就可以反映整个管网所有点的信息,从而提高了工作效率,大大的节省了投资。目前,该领域的研究存在着诸多不足,未能充分发挥计算机在此领域的功用。本文根据相关工程经验及以往的文献记载资料,合理地选择数学模型并分析其约束条件,对这一课题做了深入的研究。首先采用标准遗传算法(SGA)对其进行了模拟运算,而后逐步引进了扩大采样空间、浮点数编码、最优保存策略、算术交叉和动态变异等技术对标准遗传算法进行多角度的改进,取得了良好的预期效果。最后,在理论上论证了这些改进技术的合理性和必要性。为了弥补遗传算法局部搜索能力不足的情况下,本文引进了模拟退火算法(SA),将模拟退火SA算法作为GA的一个改进模块,以一定的概率进行群体的局部寻优,从而进一步改进了GA的性能,提高了搜索效率及精度。本文所采用的编程软件MATLAB具有很好的数值模拟功能,在MATLAB平台上编程,首先采简例说明上述算法研究成果的有效性和成功之处,而后进行了验证,并对所编程序做了优化设计,最后,以某县实际管网例进行模拟计算,并验证了本文改进方法的可行性及实用性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-20
  1.1 背景  8-11
    1.1.1 管网水力计算的发展趋势  8
    1.1.2 管网水力模拟系统  8-10
    1.1.3 管网水力模拟主要软件  10-11
  1.2 管网水力状态模拟的研究进展  11-18
    1.2.1 早期水力状态模拟研究概况  11-12
    1.2.2 近期水力状态模拟研究进展  12-18
  1.3 本文研究内容及选题意义  18-19
    1.3.1 本文研究内容  18
    1.3.2 选题意义  18
    1.3.3 创新之处  18-19
  1.4 小结  19-20
第2章水力状态模拟的基础理论及模型分析  20-28
  2.1 管网图的说明  20-22
    2.1.1 图论  20
    2.1.2 管网图  20-22
  2.2 管网水力学特性  22-24
    2.2.1 三个基本方程  22-24
    2.2.2 矩阵运算的方法  24
  2.3 本文水力状态模拟数学模型  24-27
    2.3.1 水力状态模拟的原理及意义  24-25
    2.3.2 水力状态模拟数学模型  25-27
  2.4 小结  27-28
第3章模拟退火混合遗传算法及其理论分析  28-48
  3.1 标准遗传算法  28-31
    3.1.1 遗传算法的产生及应用  28
    3.1.2 标准遗传算法  28-31
  3.2 模拟退火算法  31-34
    3.2.1 模拟退火算法的简介  31-32
    3.2.2 模拟退火算法的特点  32
    3.2.3 模拟退火算法的流程  32-33
    3.2.4 模拟退火算法的控制参数  33-34
  3.3 本文水力模拟的模拟退火混合遗传算法  34-47
    3.3.1 遗传算法的改进  34-41
    3.3.2 模拟退火混合遗传算法构造出发点  41-42
    3.3.3 遗传算法和模拟退火算法的结合  42-47
  3.4 小结  47-48
第4章 MATLAB编程及实例验证  48-57
  4.1 软件选择及编程简介  48-52
    4.1.1 MATLAB初步介绍  48
    4.1.2 编程简介  48-52
  4.2 实例结果分析  52-54
  4.3 程序优化  54-56
    4.3.1 稀疏矩阵  54-55
    4.3.2 简化输入与分析  55-56
  4.4 小结  56-57
第5章工程实例验证  57-61
  5.1 工程背景  57-58
    5.1.1 水厂概况  57
    5.1.2 管网现状  57-58
  5.2 结果分析  58-61
第6章结论与建议  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 建议  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
附录  68-73
攻读学位期间的研究成果  73

给水管网水力状态模拟中GASA算法优化的研究

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