[发明专利]一种优化输水工程停泵水锤防护参数的方法

权利要求书

1.一种优化输水工程停泵水锤防护参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，利用Hammer水锤软件对若干组不同空气阀入流直径、出流直径、单向调压塔的安装位置、补水管径、塔体直径、初始水位的组合方案进行停泵水锤防护计算，若单向调压塔与空气阀安装位置重合时安装单向调压塔；

步骤2，将步骤1所得到的数据样本按需求划分为训练集、验证集和测试集，利用BP神经网络构建停泵水锤防护预测模型，以可以表示水锤正压、负压防护效果的指标作为预测指标；

步骤3，基于上述BP神经网络停泵水锤防护预测模型，在MATLAB中调用NSGA-Ⅱ算法，以空气阀入流直径、出流直径、单向调压塔的安装位置、补水管径、塔体直径、初始水位作为决策变量，结合输水管道设计能力，以提高停泵水锤防护可靠性和经济性为目标进行优化，得到Pareto最优解集；

步骤4，利用熵权-TOPSIS法对Pareto最优解集进行多目标决策，以获得各个方案的得分，确定得分最高的为最终方案。

2.根据权利要求1所述的优化输水工程停泵水锤防护参数的方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下子步骤：

步骤101，利用Hammer水锤软件建立输水管道拓扑结构；

步骤102，根据输水管道工程状况、管路负压状况及规范要求确定空气阀位置；

步骤103，确定空气阀入流直径、出流直径、单向调压塔补水管径、塔体直径、初始水位的范围及单向调压塔的备选位置，若单向调压塔与空气阀位置重合时安装单向调压塔，在限制范围内取若干组不同方案组合进行水力计算。

3.根据权利要求1所述的优化输水工程停泵水锤防护参数的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤201，将利用Hammer水锤软件计算得到的数据样本按需求划分为训练集、验证集和测试集；

步骤202，将影响停泵水锤防护效果的6个因素确定为BP神经网络的输入层神经元，分别为：空气阀入流直径、出流直径、单向调压塔的安装位置、补水管径、塔体直径和初始水位；

步骤203，取可以表示有压输水管道正压、负压防护效果的指标A、B作为输出层神经元，其数学表达式如下：

A＝max{H_max(i)-n₄}……………………………(1)

B＝min{H_min(i)-n₃}……………………………(2)

其中，H_max(i)、H_min(i)分别表示输水管道中各节点最大、最小水锤压力，单位为mH₂O；n₃、n₄为分别为管道设计能力的下限、上限，单位为mH₂O；

步骤204，根据式(3)确定隐含层神经元个数范围，

式中，J为隐含层神经元个数，I为输入层节点数，K为输出层节点数，α为1～10之间的整数；

根据式(3)，利用MATLAB神经网络工具箱分别取隐含层神经元节点数J为4～13进行模型训练，记录均方根误差RMSE，取使得RMSE最小时的J值为最终隐含层神经元个数。