[发明专利]一种基于分布估计算法的灌溉施肥管网优化方法

说明书

本发明涉及一种基于分布估计算法的灌溉施肥管网优化方法，包括以下步骤：步骤1：建立灌溉施肥管网数学模型；步骤2：对所有的灌溉施肥管网进行优化，使得所诉步骤1中建立的数学模型的目标函数最小，即使得灌溉施肥系统在满足种植需求时运行费用最低。本发明的有效效果是：采用岛屿分布估计算算法对所有的管网进行优化，处理灌溉施肥管网设计优化问题，改进管网优化水平，提高管网运行经济效益。

技术领域

本发明涉及农业和园林灌溉技术领域，尤其涉及一种基于分布估计算法的灌溉施肥管网优化方法。

背景技术

在农业或园林管网设计时，主要考虑首部运行和管网设计的经济性。灌溉的设计一般为树状结构的多段管网组成，在考虑施肥的水肥一体化的灌溉管网设计中，费用与管网投资、动力费用及取水口数相关。管径需求越大，管网投资也随之增加，而对水肥一体机的动力要求越小；如果如取水口一定，缩小管径以减小管网费用时，扬程需增加，动力费增加。因此，在设计考虑施肥的水肥一体系统中，需平衡管径和投资费用之间的关系，设计经济实用的施肥一体化管网系统，节约工程投资运行成本。

在灌溉管网的设计中，考虑水肥一体化模型是一个涉及多种约束条件的复杂优化问题。许多学者在管网优化设计中进行了相关的研究，将遗传算法、模拟退火算法、及人工神经网络算法应用求解该优化问题，取得了一些成果，但仍然存在容易陷入局部最优、没有考虑设备施肥的局限，所求得方案经济效益并不是最优解。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有求解灌溉施肥管网优化中问题，提供一种基于分布估计算法的灌溉施肥管网优化方法，采用岛群算法和分布估计算法相结合的方法，处理考虑施肥的水肥一体化问题，改进管网优化水平，提高管网运行效益。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于分布估计算法的灌溉施肥管网优化方法，包括以下步骤：

步骤1：建立灌溉施肥管网优化优化数学模型；

步骤2：对所有的管网进行分配，使得所述步骤1中建立的数学模型的目标函数最小，即使得灌溉施肥系统在满足种植需求时运行费用最低；

所述步骤1中建立的数学模型为，

其中：l_i,j为第i种轮灌组时第j段管网第k个标准管径的长度；c_i,j为第i种轮灌组时第j段管网第k个标准管径的长度；A(m)满足压力要求的第m种型号的水肥机价格；F_i为第i种轮灌组管网年费用；x为折旧年限；r为年利率；B为年平均维修费率；E为电价；T为水泵年工作小时数；Q为水泵流量；H为水泵扬程；η为水泵效率。

约束条件：

1)管道压力约束：

其中：h_cg为管段计算最小压力；h_mg为计算管段承受压力；H为管网首端压力；h_b为底阀及吸水管水头损失；a为局部水头放大损失；f、m、b为管材相关水头损失系数；Q_j为第j段流量；d_ij为第i种轮灌组情况下第j段管径内径；z_g为g节点地面高程；h_gmin，h_gmax为g管段最小、最大压力约束；J(g)为g节点父节点数。

2)管径约束：1≤d_i,j(k)≤M式中M为标准管径数；

3)管长约束：式中l_j为第j段管长度；

4)非负约束：S_i,j(k)≥0

5)施肥机压力约束：H(m)H式中H(m)为型号为m的施肥一体机的扬程