[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于分布估计算法的灌溉施肥管网优化方法，其特征在于，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，基于以下目标函数和约束条件，其中，目标函数：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；约束条件包括：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；管径约束：1≤d_i,j(k)≤M式中M为标准管径数；管长约束：式中l_j为第j段管长度；非负约束：S_i,j(k)≥0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，具体是采用岛群算法和分布估计算法相结合的方法进行求解，具体步骤包括，步骤2.1：初始化分布估计算法参数：设置算法参数，在满足变量非负约束、管网长度约束及管径约束的前提下，采用随机方式生成M个岛群中个体数量，每个岛中有N个个体；步骤2.2：计算个体的适应度值，分析计算管道压力约束是否满足，并采用罚函数法对个体的适应度值进行修正；根据修正后的适应度值排序；步骤2.3：随机岛群的顺序{s1,s2,s3,s4,…sM},按生成的顺序进行移民操作，将一个岛屿中随机K个个体移动到下一个岛屿中，如将第s1岛屿中的k个个体移动到s2中，顺序的最后一个sM岛屿中的k个个体移动到s1中；步骤2.4.分析个岛屿中群体空间中个体，计算得到均值参数和方差参数，采用高斯分布进行采样，生成下一代群体需满足管网长度约束；步骤2.5.采用随机局部搜索方法，并结合自适应搜索范围参数，动态的调整每个岛屿的局部搜索范围，调整的规律与群体的进化代数相关，在局部搜索时，应考虑管网长度约束和非负约束，一次局部搜索调整的变量为成对出现的两个变量，使其在满足管网长度等式约束的前提下进行局部搜索，每代进行局部搜索20次；步骤2.6.循环到步骤2.2，直到当进化L代后算法停止。