Βελτιστοποίηση συστήματος μικρών φραγμάτων με χρήση γενετικών αλγορίθμων
Creators: name: Συμνιανάκη, Κυριακή Εμμανουήλ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Βελτιστοποίηση
Γενετικοί Αλγόριθμοι
Μικρά Φράγματα
Optimization
Genetic Algorithms
Small Dams

description: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση και η επιλογή των βέλτιστων θέσεων και χαρακτηριστικών μικρών φραγμάτων στην κοίτη υδατορρευμάτων, με την μέθοδο των γενετικών αλγορίθμων. Ως περιοχή εφαρμογής επιλέγεται το υδατικό σύστημα Χολομώντα στην Βόρεια Χαλκιδική. Ο κώδικας γράφτηκε σε γλώσσα προγραμματισμού QBasic. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι η εξής: Με την βοήθεια του ελεύθερου λογισμικού QGIS κατασκευάστηκαν χάρτες της υπό έρευνα περιοχής συγκεντρώνοντας μία πληθώρα δεδομένων, αντλώντας και μελετώντας στοιχεία από την Ειδική Γραμματεία Υδάτων, από την υπηρεσία SRTM και από γεωλογικούς χάρτες του ΙΓΜΕ. Αποτυπώθηκαν οι πλησιέστεροι οικισμοί, επιλέχθηκαν 52 πιθανές θέσεις φραγμάτων και τέσσερις θέσεις δανειοθαλάμων, δύο αργιλικού και δύο γρανιτικού υλικού και υπολογίσθηκαν χαρακτηριστικά όπως συντεταγμένες, αποστάσεις, πλάτη διατομών με την βοήθεια του Google Earth Pro και του σχεδιαστικού προγράμματος AutoCAD. Τα παραπάνω δεδομένα συγκεντρώθηκαν σε πίνακες προσφέροντας πληροφορίες συντεταγμένων πιθανών φραγμάτων, πιθανών υψών, όγκων κατάκλυσης ανά ύψος στέψης φράγματος, αποστάσεων των πιθανών φραγμάτων από οικισμούς και δανειοθαλάμους, όγκων υλικών κατασκευής ανά πιθανό φράγμα. Ο κώδικας που αναπτύχθηκε, βασίστηκε στον κώδικα GENGEO3.BAS του επιβλέποντα καθηγητή κ. Κατσιφαράκη. Τα τελικά δεδομένα που δόθηκαν στον κώδικα, μετά την χρήση κατάλληλων συντελεστών, είναι το όφελος από τον εμπλουτισμό του υδροφόρου ορίζοντα, το όφελος από την αντιπλημμυρική προστασία, το κόστος κατασκευής των φραγμάτων, το μοναδιαίο κόστος μεταφοράς των υλικών από τους δανειοθαλάμους και οι όγκοι των υλικών κατασκευής. Καταρτίσθηκε στον κώδικα η συνάρτηση αποτίμησης (Evaluation Function) και δόθηκαν τα απαραίτητα μεγέθη. Αναλύθηκε η δομή του χρωμοσώματος, προσδιορίσθηκαν και αντιμετωπίστηκαν οι περιορισμοί και επιλέχθηκαν οι κατάλληλοι τελεστές. Τα αποτελέσματα, που ζητήθηκαν μέσω του κώδικα, ήταν κάθε χρωμόσωμα-λύση να παρουσιάζει έως 6 πιθανές θέσεις φραγμάτων, δίνοντας πληροφορίες για το ύψος φράγματος και τις θέσεις των δανειοθαλάμων για κάθε φράγμα. Η μέθοδος έδωσε καλά αποτελέσματα. Στις βέλτιστες λύσεις περιλαμβάνονται κατ’ επανάληψη κάποιες θέσεις φραγμάτων, οι οποίες ελέγχθηκαν εκ των υστέρων και αποδείχθηκε ότι έχουν όντως ιδιαίτερα πλεονεκτήματα. Τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα παρουσιάζονται αναλυτικά στα αντίστοιχα κεφάλαια.
description: The purpose of this Thesis is the investigation of the optimal selection of the sites and the features of small dams in steam beds, using the genetic algorithms’ method. The hydrographic network of Holomontas in North Halkidiki is selected as the application area. The genetic algorithm code is written in the QBasic programming language. The study method was the following one: Using the open source GIS platform QGIS, a large amount of data from the Special Secretariat for Water, the SRTM agency and the geological maps of IGME was collected and analyzed, resulting in maps of the investigated area. Additionally, the nearest settlements were mapped. Subsequently, 52 possible dam locations, two clay and two granite quarry sites were selected. Features such as coordinates, distances and stream section widths were calculated using Google Earth Pro and an AutoCAD design program. These data were organized in tables, giving information about possible dam position coordinates, possible dam heights and flood volumes per dam height, also distances of possible dams, from settlements and quarries and finally volumes of required construction materials per potential dam site and height. The developed code was based on the GENGEO3.BAS algorithm, created by the supervising professor Mr. Katsifarakis. The final data were given to the algorithm after the use of appropriate factors, were the profit from the aquifer enrichment, the profit from the flood protection, the construction cost of the dams, the unit cost of the materials transportation from the quarries to each dam site and the required volumes of construction materials. The evaluation function was compiled into the code and the necessary factors were determined. The chromosome structure was analyzed, the restrictions of the application were specified and inserted into the code and the appropriate genetic operators were selected. The requested solutions from the algorithm was the calculation of up to six possible dam positions and the selection of the optimum dam height and the quarries that should be selected for each dam. The method produced valuable results. Dam locations, which were repeatedly included into the optimal results of different runs, have been checked ex post. It has been concluded that they possess, indeed, attractive features. The results and conclusions are presented in detail in their respective chapters of the Thesis.