[發明專利]部分監測點預先選定的水質監測網絡多目標優化部署方法

有效

• 申請號: 201711194130.3
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107908889B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 朱曉輝;陳蘇蓉;喻紀文;李青;劉明;茅家偉
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 32252 南京鐘山專利代理有限公司
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種部分監測點預先選定的水質監測網絡多目標優化部署方法，包含以下步驟：根據監測區域水域選定所有候選監測點；進行水力建模，模擬監測區域任一候選監測點水質污染事件；確定優化目標函數，根據監測需要和專家經驗預先選定部分監測點；根據代價函數計算污染平均監測時間和成功監測概率，并更新pbest和gbest集合，同時確保預先選定的部分監測點包括在解集中，最終找到的帕累托前沿即為包括了預定監測點情況下的最優解集合。本發明適用于部分監測點已確定情況下水質監測系統的優化部署，可以根據不同的目標進行優化，使檢測時間最少、檢測可靠性最高和圖中心性最優。

技術領域

本發明涉及一種優化部署方法，特別是一種部分監測點預先選定的水質監測網絡多目標優化部署方法。

背景技術

近年來，受工業生產快速發展和人口增加等多種因素影響，水環境惡化趨勢加劇、水污染事件頻發，對經濟發展和社會穩定構成嚴重威脅，引起國內外廣泛關注。對與人類生活密切相關的水環境進行監測可掌握水體污染物分布狀況，探明各種污染物質，追溯污染物來源、途徑、遷移轉化和消長規律，預測水體污染變化趨勢，為水環境質量評價和采取科學防治措施提供基礎數據和決策依據。因此，水環境監測是水環境治理中不可缺少的一個重要環節。

隨著信息技術發展，由監控中心和若干監測子站組成的水環境自動監測系統可對監測區域進行24小時實時監測，得到廣泛應用，先后在太湖流域、滇池流域、巢湖、洱海、松花江等重點區域建成了水環境監控和預警系統。這些系統在實時監測水環境變化、及時發現污染事件和污染治理評價等方面發揮了重要作用，但也暴露出建設和運維成本高(建設一個水環境自動監測站點需數百萬元，每個站點每年的運維費用也需約10萬元)、監測站點位置固定、監測區域有限等不足。因此，國內外開展了水環境監測網絡優化部署研究，以降低系統建設成本并提高監測能力。研究人員引入多目標優化算法，把污染檢測時間最少和檢測可靠性最高作為兩大優化目標，結合嵌套分區算法、記憶補償函數、受約束的離散優化算法、遺傳算法等多目標優化方法對水環境監測網絡進行優化。多目標優化算法綜合考慮多個優化目標，取得了較好的優化結果。

然而在水質監測網絡建設過程中，往往需要根據實際監測和管理需求，在某些特定的監測位置安裝監測系統，這些監測點可能不是最優監測位置，但由于具有重要的管理和監測功能必須要部署監測設備。因此需要在部分監測點預先確定情況下對整個監測網絡進行優化。而傳統的多目標優化算法都以獲得全局最優解為目標，無法滿足這一實際管理需求，因此無法很好地適用于部分監測點預先選定情況下的水質監測系統的優化部署。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種部分監測點預先選定的水質監測網絡多目標優化部署方法，至少解決上述部分問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種部分監測點預先選定的水質監測網絡多目標優化部署方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：根據監測區域水域選定所有候選監測點；

步驟二：進行水力建模，模擬監測區域任一候選監測點水質污染事件；

步驟三：確定優化目標函數，根據監測需要和專家經驗預先選定部分監測點；

步驟四：根據代價函數計算污染平均監測時間和成功監測概率，并更新pbest和gbest集合，同時確保預先選定的部分監測點包括在解集中，最終找到的帕累托前沿即為包括了預定監測點情況下的最優解集合。

進一步地，所述步驟一具體為，將監測區域進行等距離劃分形成可選監測點，把河道交叉點、專家選定的關鍵監測點及所有可選監測點組成候選監測點集合。

進一步地，步驟二具體為對監測區域進行水力建模，模擬在任一候選監測點發生污染事件時，在其它所有候選監測點的污染擴散時間及污染物濃度。

進一步地，所述步驟三中確定優化目標函數具體為，