基于改进型自适应粒子群算法的给水管网优化设计

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1、中文图书分类号：TP183密级：公开UDC：621.3学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于改进型自适应粒子群算法的给水管网优化设计论文作者：王超学科：控制科学与工程指导教师：乔俊飞教授论文提交日期：2015年6月UDC：621.3学校代码：10005中文图书分类号：TP183学号：S201202136密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：基于改进型自适应粒子群算法的给水管网优化设计英文题目：OPTIMALDESIGNOFWATERSUPPLYSYSTEMSVIAIMPROVEDADAPTIVE

2、PARTICLESWARMOPTIMIZATION论文作者王超学科专业控制科学与工程研究方向智能系统与智能信息处理申请学位工学硕士指导教师乔俊飞教授所在单位电子信息与控制工程学院答辩日期2015年6月授予学位单位北京工业大学*A~~M~~~~~~~~A~~~m~~~~~*~I~&~~~~~m5!L~~MJ;o,~~7~~t~tl!JJJo12M~Ftt~o3&i~t~±-&:n)'r,i~~~/G§--§;-;tt1mAB~~'jj_*~1J€$1:ii~1iJf~m~,ill/G§--2;-71~1~::!tJ?~I~X~~;ltB~~;ffl;

3、fiJ~~~~hl~W~ffl:ii~~~o~~-~I~~~$M**~M~~ffW~~~B~~~~~7~~~~~#*~7W•o~~:Jii.~•BftJJ:lOISiFbJ=lgB*Aie~7fHlf::lt~I~X~1f~15RM,1tffl~1fli~~~tJl/E,ep:~~if;fX*M~~~~~~~#,ft~~~•moo~moo:~~ey~0~~~~~$~$7J'-f*J1¥,ey~*ffl~fp,~fp~;!t11fJ.~1M-¥~1;R#i~~oC15R*~i~~~fHlf*J§SJI~llttJl/E)~:BftJJ:20/}

4、iF{J=l8B摘要摘要给水管网是城市供水系统的重要组成部分，在城市经济发展和人们日常生活中发挥着重要的作用。随着城市化进程的不断加快，现有的给水管网已不能满足人们日益增长的用水需求，因此，城市给水管网的改扩建已成为经济社会发展急需解决的问题。给水管网投资大、费用高，而城市给水管网改扩建的优化设计不仅能节省大量的工程投资，且能增加给水系统可靠性。本文通过研究给水管网的优化设计，提出了给水管网改扩建优化设计模型，设计了一种改进型粒子群算法，并在设计的给水管网优化平台上利用改进粒子群算法对给水管网改扩建进行优化设计。论文具体研究内容和创新如下：(1)改

5、进型自适应粒子群优化算法设计针对粒子群算法解决组合优化问题的不足，从数学角度分析种群粒子的运动轨迹，提出相似度的概念，为评估种群分布状态，自适应调整粒子群算法的三个参数，以此平衡算法的全局和局部搜索能力，提出一种新颖的改进粒子群算法，避免了算法陷入局优和加快后期收敛速度。通过优化基准测试函数，结果表明改进的粒子群算法能跳出局部最优，以较快的收敛速度找到全局最优值；为增强算法的局部搜索能力，提高局部搜索精度，通过利用种群迭代信息强化算法寻优性能，提出趋同因子的概念，动态评估种群迭代信息，自适应调整算法的惯性权重和加速系数，并加入局部搜索机制，通过优化

6、两个经典的管网案例：汉诺塔管网和纽约管网，结果表明改进算法能以较小的计算代价找到全局最优值，可以有效解决给水管网这类大规模组合优化问题。(2)给水管网模型的建立及优化给水管网模型是给水管网改扩建的重要组成部分。区域内需水量的预测能为管网优化模型的建立提供合理依据，文中在分析了传统的预测方法的基础上，提出一种神经网络预测方法，通过历史用水数据建立预测模型，对模型的复核校验表明利用神经网络进行预测可以在较少数据的前提下提高预测精度；建立了阻力系数模型，精确分析阻力大小对管网造价的影响；介绍了管网优化模型的经济评价指标，综合考虑给水系统可靠性、水质安全性

7、和水力平衡关系，建立给水管网优化设计模型，结合改进的粒子群算法设计了基于改进型自适应粒子群算法的给水管网优化模型。根据给水管网改扩建优化的方法步骤，对优化模型进行复核校验，结果表明该模型符合工程实际，能够用于给水管网改扩建优化设计。-I-北京工业大学工学硕士学位论文(3)优化平台设计及工程实例优化给水管网改扩建是一个庞大复杂的工程项目，有必要建立统一、规范的优化平台，文中根据工程实际，设计了一个给水管网优化平台。在优化平台上，通过一个工程实例来验证所采用的优化模型和改进型粒子群算法的有效性和合理性。针对北京市某高校的给水管网，分别用传统的设计方法和

8、改进的粒子群算法进行改扩建优化设计，分析比较优化方案，结果表明改进的粒子群算法所得设计方案更优，在满足实际工程对水量、水质