[发明专利]一种旧城区给水管道的管径确定方法及系统

权利要求书

1.一种旧城区给水管道的管径确定方法，所述给水管道包括多个管段，其特征在于，所述旧城区给水管道的管径确定方法包括：

获取所述给水管道中所有管段数据；所述管段数据包括所述管段的标号、位置、长度、管径和单位长度的造价表；

根据所述管段数据，确定所述给水管道的水流量、临界流速和水流压力；

根据所述管段的管径，确定管道成本；所述管道成本为所述给水管道的造价年折算值、折旧大修费用和运行管理费之和；

以所述管道成本最小为目标，以每个管段的管径为决策变量，以水流量、临界流速和水流压力为约束条件，构建给水管道管径模型；

采用自适应遗传-交叉进化算法对所述给水管道管径模型进行求解，得到所述给水管道中每个管段的最优管径；

具体包括：

获取初始种群；所述初始种群的个体为所述给水管道管径模型的解；

确定初始种群的适应度值；

判断所述适应度值是否大于设定值，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示所述适应度值大于设定值，则将所述初始种群确定为所述给水管道管径模型的最优解；所述最优解为所述给水管道中每个管段的最优管径；

若所述第一判断结果表示所述适应度值不大于设定值，则对所述初始种群中每个个体的适应度值进行排序，得到排序后的适应度值序列；

对所述排序后的适应度值序列进行分组，得到第一组个体和第二组个体；所述第一组个体和所述第二组个体的个数相同，且所述第一组个体中每个个体的适应度值均大于所述第二组个体中个体的适应度值；

采用遗传算法对所述第一组个体进行交叉操作，得到交叉后的个体；

采用差分进化算法对第二组个体进行差分变异操作，得到差分变异后的个体；

根据所述交叉后的个体和所述差分变异后的个体，对所述初始种群进行更新，返回确定初始种群的适应度值步骤；更新后的初始种群包括所述交叉后的个体和所述差分变异后的个体；

其中，采用遗传算法对所述第一组个体进行交叉操作，得到交叉后的个体具体过程为：

利用公式β_j＝(2·u_j)^(1/(mu+1))→ifu_j≤0.5和β_j＝(1/(2·(1-u_j)))^(1/(mu+1))→ifu_j＞0.5进行模拟二进制交叉操作；式中：x为第一组个体中的个体，x_1,j和x_2,j均为第一组个体中选择操作过后的个体，u_j为[0，1]之间的随机数，mu为交叉算子参数；

再利用模拟二进制的多项式变异公式xx_3,j＝x_3,j+δ_j、δ_j＝(2·r_j)^(1/(mum+1))-1→r_j＜0.5和δ_j＝1-(2·(1-r_j))^(1/(mum+1))→r_j≥0.5确定变异产生新优良子代；式中：r_j为遗传变异迭代次数为j时[0,1]之间的随机数，mum为遗传变异算数参数，x_3,j为交叉操作之后的子代；

所述采用差分进化算法对第二组个体进行差分变异操作，得到差分变异后的个体的过程为：

通过公式V_i(G+1)＝X_r1(G)+F×(X_r1(G)-X_r3(G))、suanzi＝e^{(1-Gm/(Gm+1-G))}和F＝F₀·2^suanzi进行变异产生新优良子代，式中：r1和r3为[1，N]区间上互不相同的随机整数，N为当前迭代种群数量，Gm为最大迭代次数，e为以自然常数e为底的指数函数，G为当前迭代次数，F₀为变异率，V_i为差分变异后形成的新个体，F为差分产生的新个体，suanzi为算子，自定义的中间变量，X_r1(G)代表当前迭代种群中的第r1个个体，X_r3(G)代表当前迭代种群中的第r3个个体。