[发明专利]一种基于图论分解的城镇供水管网工程优化设计方法

摘要

本发明提供一种基于图论分解的城镇供水管网优化设计方法，包括：计算复杂环状供水管网的最短距离树Ω，确定Ω的最优设计方案，确定复杂供水管网G的弦集Ψ的优化设计方案，形成初始优化设计方案Φ，为每一根管道建立优化管径集，基于优化管径集Θj，随机产生pop个初始解以启动智能算法，对原复杂供水管网进行进一步优化，pop为智能算法的初始种群数。本发明是以优化管径集为初始点进行优化搜索的，而传统方法是以随机解为初始点开始优化的，本发明方法极大的提高了算法的优化效率，可在更短的计算时间内找到更稳定的优化解。

主权项

1.一种基于图论分解的城镇供水管网工程优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤，1)确定复杂环状供水管网G的最短距离树Ω，具体计算公式如下：式中，最短距离树Ω表示水源S到所有用水量节点的集，S表示管网内的水源，i＝1,2,…,N表示管网内的用水量节点，表示水源S到用水量节点i的最短路径；2)采用非线性优化技术确定Ω的最优设计方案，具体计算公式如下：式中f(Ω,D)表示最短距离树Ω在满足一定压力设计约束下的不同管径组合方案D＝[d₁,d₂,...,d_M]^T的投资成本，d_j表示Ω内管道j＝1,2,…,M的管径；[d₁,d₂,...,d_M]^T表示f(Ω,D)最小时对应的管道组合设计方案。由于最短距离树Ω属于枝状管网，每根管道的流量可以提前确定，因此采用非线性优化技术可快速确定满足一定压力设计约束条件下的3)调整Ω优化设计方案的管径，具体计算公式如下：式中表示对应于d_j工程管径。4)确定复杂供水管网G的弦集Ψ的优化设计方案，具体计算公式如下：Ψ(D)＝Dmin              (4)式中Ψ表示环状供水管网G在确定最短距离树Ω后剩下的管道，在图论中定义为弦，即G＝Ω∪Ψ；Ψ(D)表示弦Ψ中所有的管道；Dmin表示针对该优化问题可采用的最小管道直径。5)形成原复杂环状供水管网的初始优化设计方案Φ，具体计算公式如下：该初始方案为供水管网G的一个近视优化解；6)以初始优化方案Φ为基础，为每一根管道建立优化管径集，具体计算公式如下：式中Θ_j表示管道j的初始可选择的管径集，为管道j在初始优化方案Φ中的管径,其对应于从小到大排序的可供选择管径中的第k档；7)基于优化管径集Θj，随机产生pop个初始解以启动智能算法，对原复杂供水管网进行进一步优化，pop为智能算法的初始种群数。