Βελτιστοποίηση αρδευτικού δικτύου υπό πίεση με γενετικούς αλγόριθμους:
Creators: name: Γόγολου, Ευθαλία Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Βελτιστοποίηση
Αρδευτικό σύστημα
Γενετικοί αλγόριθμοι
Optimization
Irritation water system
Genetic algorithms

description: Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο βέλτιστος σχεδιασμός του εσωτερικού αρδευτικού δικτύου με καταιονισμό με αντλιοστάσιο, σε μια δεδομένη περιοχή, με τη βοήθεια των γενετικών αλγόριθμων.Στόχος της βελτιστοποίησης είναι ο ταυτόχρονος προσδιορισμός των διαμέτρων κάθε αγωγού και του μανομετρικού ύψους του αντλιοστασίου, με σκοπό την ελαχιστοποίηση του κόστους, το οποίο περιλαμβάνει το ετήσιο κόστος απόσβεσης των σωληνώσεων του δικτύου καθώς και το ετήσιο κόστος ενέργειας (εκμετάλλευσης του αντλιοστασίου).Το παραπάνω πρόβλημα βελτιστοποίησης υπόκειται σε ορισμένους περιορισμούς, έτσι ώστε να εξασφαλίζονται οι προϋποθέσεις καλής υδραυλικής λειτουργίας του δικτύου. Από τους κυριότερους περιορισμούς του μοντέλου βελτιστοποίησης δικτύων είναι η εξασφάλιση της απαιτούμενης πίεσης σε όλα τα σημεία του δικτύου και της ταχύτητας εντός των επιτρεπομένων ορίων σε όλους τους αγωγούς. Ο πρώτος περιορισμός (πιεζομετρικά φορτία) εντάσσεται άμεσα στην υδραυλική επίλυση του δικτύου και συνεπώς τηρείται πλήρως ενώ ο δεύτερος (ταχύτητες) ενσωματώνεται έμμεσα ως ποινή στην αντικειμενική συνάρτηση. Έτσι, η αντικειμενική συνάρτηση προς βελτιστοποίηση περιλαμβάνει τόσο το συνολικό κόστος, όσο και την ποινή υπέρβασης των επιτρεπόμενων ορίων ταχύτητας.Για τη βελτιστοποίηση του εξεταζόμενου δικτύου διαμορφώθηκε κώδικας σε QBASIC με βάση τη μέθοδο των γενετικών αλγορίθμων, η οποία στηρίζεται στις αρχές της εξέλιξης των ειδών και της κληρονομικότητας και εντάσσεται στο πλαίσιο των εξελικτικών μεθόδων. Οι γενετικοί αλγόριθμοι έχουν αξιοσημείωτες εφαρμογές στη βελτιστοποίηση δικτύων. Στο εξεταζόμενο πρόβλημα κάθε χρωμόσωμα, που είναι μια λύση του προβλήματος, είναι συνδυασμός 35 αριθμών, που αντιστοιχούν στους αγωγούς του δικτύου. Κάθε αριθμός μπορεί να πάρει μια τιμή από 0 ως 9, που αντιστοιχεί σε μία από τις 10 διαθέσιμες διαμέτρους του εμπορίου.Η μέθοδος κωδικοποίησης που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διατριβή είναι η δεκαδική, αντίθετα από τους κλασικούς γενετικούς αλγόριθμους, στους οποίους χρησιμοποιείται δυαδική μέθοδος κωδικοποίησης. Με την δεκαδική κωδικοποίηση επιτυγχάνουμε μικρό μήκος χρωμοσώματος και ταχύτητα στην εκτέλεση του προγράμματος.Στη συνέχεια εξετάζονται τα αποτελέσματα του γενετικού αλγορίθμου για ελάχιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα ίση με 2,2 m/sec και ίση με 2,0 m/sec. Ανάμεσα στα πλεονεκτήματα του κώδικα είναι ότι δίνει απευθείας τις διαμέτρους που ελαχιστοποιούν το κόστος, χωρίς περαιτέρω επεξεργασία από το μελετητή, χρησιμοποιεί τις διαθέσιμες διαμέτρους του εμπορίου και επιτρέπει την ευελιξία στη διαχείριση των υδραυλικών περιορισμών. Τέλος, η εφαρμογή του κώδικα μπορεί με μικρές τροποποιήσεις να επεκταθεί και σε πιο σύνθετα δίκτυα.
description: The aim of this thesis is to plan an irrigation water distribution network within a given area, in an optimal way, using genetic algorithms as the optimization tool.The purpose of the optimization is to find the set of pipe diameters that minimizes the sum of two cost items, namely the annual amortization cost of the pipe network plus the annual cost of energy (pump use). In order to find the optimal solution, a code has been constructed, using the QBASIC programming language. The code is based on genetic algorithms, an evolutionary method inspired by the principles of heredity and evolution of species. Every chromosome, which represents a solution to the problem, consists of the 35 numbers, each corresponding to a network pipe and representing one of the 10 pipe diameters that are commercially available. The evaluation function of each chromosome includes the aforementioned cost items, plus a penalty for exceeding velocity limits.It should be mentioned that the code produces solutions that observe the constraints regarding minimum required pressure values at the network nodes. Despite the fact that typical genetic algorithms are binary coded, the algorithm used in this thesis is real coded. Among the real coding advantages is the capacity for local tuning of the solution, smaller length of the chromosome and greater velocity in the execution of the code.Finally the results of the code are presented, when maximum permissible velocity equals to 2,2 and 2,0 m/sec . The main advantages of the code are the following: a) it produces directly the diameters that minimize the cost, b) it uses commercially available pipe diameters and c) it results in telescopic sequence of the diameters. Moreover, its use can be easily extended to larger networks.