一種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方法，其特征在于，主要包括三大步驟：一、構(gòu)建與排水管網(wǎng)估價之間具有較高吻合度的造價適應(yīng)度函數(shù)；二、基于分治法的樹形結(jié)構(gòu)遺傳算法初始化方案得到初始化種群；三、利用“加線破圈法”得到擴展后的變異種群。本發(fā)明的有益之處在于：構(gòu)建的造價適應(yīng)度函數(shù)與排水管網(wǎng)估價之間的吻合度較高，能夠很好的規(guī)劃排水管網(wǎng)；基于分治法的樹形結(jié)構(gòu)遺傳算法初始化方案，能夠較為快速的完成樹形結(jié)構(gòu)的初始化方案，使得較大規(guī)模管網(wǎng)的大規(guī)模初始化得以實現(xiàn)；利用加線破圈法使得排水管網(wǎng)的變異算法更為簡單，找到加線后的圈后對圈中刪掉每一條線都可以生成一個新的管網(wǎng)規(guī)劃圖，保證了變異的多樣性。
【專利說明】一種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計算方法，具體涉及一種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 城市排水管網(wǎng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是水污染防治和排澇減 災(zāi)的骨干工程。通過科學(xué)的規(guī)劃和設(shè)計可以幫助各級政府科學(xué)合理的利用有限的資金實現(xiàn) 投資效益的最大化。
[0003] 排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計包括兩個方面的內(nèi)容：一是管線平面布置的優(yōu)化選擇；二是 在管線平面布置已定的情況下進行管道參數(shù)即管段管徑及埋深的優(yōu)化設(shè)計。其中，排水管 網(wǎng)平面布置優(yōu)化在城市排水管網(wǎng)規(guī)劃工作中占有非常重要的地位，它關(guān)系到整個管網(wǎng)系統(tǒng) 的合理性和工程造價，是管道參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)。
[0004] 在傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中，設(shè)計人員在掌握了較為完整可靠的設(shè)計基礎(chǔ)資料 后，一般先按照管道定線和系統(tǒng)布置的原則，憑經(jīng)驗確定出一種較為合理的管線平面布置 圖，這使選線的決策具有很大的主觀隨意性，缺乏理論根據(jù)，往往使設(shè)計偏于保守，造成管 網(wǎng)不必要的設(shè)置，增加了工程的建設(shè)量，從經(jīng)濟角度講是不合理的。
[0005] 在管線平面布置方面有學(xué)者把城市排水管網(wǎng)的平面布置抽象為由點和線構(gòu)成的 圖形，根據(jù)圖論的基本原理尋找最短路徑。
[0006] 由于排水管網(wǎng)重力流的特點，最短路徑算法往往并不代表最小投資，因此，在此有 必要選擇在考慮路徑的同時對其他影響管網(wǎng)造價的因素進行考慮。
[0007] 例如有學(xué)者提出分別以三種權(quán)值的方式求解問題，分別是最小管長、最小坡度的 倒數(shù)和按照最小坡度設(shè)計的挖方量來求最優(yōu)平面布置方案，然后對三種方案分別按照平面 布置確定的方式求最小投資費用，最后再做優(yōu)選。這種方案實際上是在最短路徑不能代表 最小投資的情況下的一種變通，但顯然既然僅僅考慮最短路徑不能代表最小投資，那么僅 僅考慮最小坡度的倒數(shù)或者按照最小坡度設(shè)計的挖方量也不能代表最小投資優(yōu)化。
[0008] 2008年首都師范大學(xué)駱力明等在基于單親遺傳算法的管網(wǎng)優(yōu)化中使用了單親遺 傳算法研究了管網(wǎng)平面布置優(yōu)化，但在算法中沒有考慮管徑和埋深等的關(guān)系，與此同時，由 于對算法的算法復(fù)雜度問題解釋未作合理的解決，其排水管網(wǎng)優(yōu)化方案不具備實際可行 性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計 優(yōu)化計算方法，該算法是一種新的改進型單親遺傳算法，其不僅可以使管網(wǎng)平面布置優(yōu)化 獲得更好的效果，而且能夠較為快速的完成樹形結(jié)構(gòu)的初始化方案，同時還可以保證變異 的多樣性。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0011] -種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0012] (1)、構(gòu)建造價適應(yīng)度函數(shù)：
[0013] 首先，構(gòu)建單根管段的造價適應(yīng)度函數(shù)：

【權(quán)利要求】
1. 一種市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 、構(gòu)建造價適應(yīng)度函數(shù)： 首先，構(gòu)建單根管段的造價適應(yīng)度函數(shù)：
式中，1是單根管段的長度，q是單根管段的排水流量，i是管段所處地面的坡度； 然后，將每根管段的造價適應(yīng)度函數(shù)疊加，獲得排水管網(wǎng)的造價適應(yīng)度函數(shù)：
(2) 得到初始化種群： ① 、將點數(shù)組劃分為m個子點數(shù)組，將兩端都在同一個子點數(shù)組的線劃分為子線數(shù)組； ② 、根據(jù)子線數(shù)組判斷子點數(shù)組的連通性，調(diào)整子點數(shù)組，使得每個子點數(shù)組內(nèi)所有的 點都連通； ③ 、在每個子點數(shù)組和子線數(shù)組中分別獲得隨機連通樹； ④ 、以子點數(shù)組為點、子點數(shù)組之間的線為連通線構(gòu)成連通圖，在連通圖上產(chǎn)生隨機連 通樹； ⑤ 、將所有連通圖上的隨機連通樹合并，從而獲得初始化種群； (3)、得到擴展后的變異種群： ① 、取由單親遺傳算法分治式初始化得到的一顆樹； ② 、隨機取一條不屬于該樹的邊，將該邊與樹合并得到一個有P條線的連通圖； ③ 、根據(jù)破圈算法找到相應(yīng)的圈，并去掉該圈中的一條邊，從而得到一顆新樹，完成一 次變異； ④ 、利用精英選擇算法選擇造價適應(yīng)度函數(shù)最低的種群，對該種群繼續(xù)進行下一次變 異，直到得到最終計算結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的市政排水管網(wǎng)平面布置設(shè)計優(yōu)化計算方法，其特征在于，在 步驟（2)中，調(diào)整點數(shù)組的過程為： ① 、在一個子點數(shù)組中，對于不連通的點，將該點從本子點數(shù)組中剔除，并將與該點連 接的線從相應(yīng)的子線數(shù)組中剔除； ② 、將被剔除的點根據(jù)其連通線插入到能連通的另一個子點數(shù)組中，并將相應(yīng)的連通 線插入相應(yīng)的子線數(shù)組中。
【文檔編號】G06N3/12GK104462714SQ201410814725
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】王利民, 郝桂珍, 鄧全才 申請人:河北建筑工程學(xué)院