[發(fā)明專利]一種基于多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的沉管浮運(yùn)控制優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810288363.8
• 申請日: 2018-04-03
• 公開（公告）號: CN108733872A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范勤勤;廖青;顧邦平
• 申請（專利權(quán)）人: 上海海事大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的沉管浮運(yùn)控制優(yōu)化方法。其主要步驟如下，(1)利用性能度量來對差分進(jìn)化算法的變異策略進(jìn)行評價，進(jìn)而實現(xiàn)多目標(biāo)差分進(jìn)化算法變異策略的自適應(yīng)。(2)建立沉管浮運(yùn)控制多目標(biāo)優(yōu)化模型。(3)利用提出的基于性能度量的自適應(yīng)變異策略多目標(biāo)差分進(jìn)化算法來求解該實際的多目標(biāo)優(yōu)化問題，為決策者提供一組Pareto解集。本發(fā)明具有重要的工程應(yīng)用價值，能夠為沉管浮運(yùn)提供多種有效的控制方案。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)成本的節(jié)約，而且還能大大提高運(yùn)輸效率和安全。更為重要的是，本發(fā)明能夠在目標(biāo)或環(huán)境變化的情況下，也同樣能夠為決策者提供一套有效地控制方案，這無疑大大提高了實際的決策效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種沉管浮運(yùn)控制優(yōu)化技術(shù)，具體涉及基于多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的沉管浮運(yùn)控制優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

因為沉管浮運(yùn)能夠有效地縮短運(yùn)輸時間，提高操作效率，并且受質(zhì)地條件制約小，所以它已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于水下大型隧道工程。由于在絕大多數(shù)情況下，沉管本身是沒有動力的。因而，在實際的操作中，往往需要一定數(shù)量的拖船來對其進(jìn)行牽引控制以完成運(yùn)輸(一般是通過平移來實現(xiàn))。通常情況下，拖船的數(shù)量和控制方式都是由施工人員憑借以往經(jīng)驗來具體確定的。一方面，考慮到沉管在浮運(yùn)過程中會受到水流、風(fēng)、時間等因素的影響，現(xiàn)場一般都會調(diào)用較多的拖船，但其結(jié)果無疑是大大增加了浮運(yùn)成本。另一方面，當(dāng)工程實施時有不確定因素出現(xiàn)，仍采用原有方法必然會對航道安全或施工進(jìn)度帶來極大的影響。經(jīng)查閱大量資料發(fā)現(xiàn)，此前也有學(xué)者也對沉管的控制問題進(jìn)行了一系列研究，但是不難看出，他們都僅是把該問題當(dāng)作一個單目標(biāo)優(yōu)化問題來解決。其實不然，因為對于實際的沉管浮運(yùn)，一般至少都會考慮運(yùn)輸時間最短和各個拖船的拖力裕量最大等目標(biāo)。而這些目標(biāo)之間往往是相互沖突的，需要采取措施才能達(dá)到相對平衡，所以沉管浮運(yùn)控制應(yīng)是一個多目標(biāo)優(yōu)化問題。那么如何有效地求解多目標(biāo)優(yōu)化問題則是研究沉管控制優(yōu)化問題的一個難點(diǎn)。

對于多目標(biāo)優(yōu)化方法來講，最近十幾年來基于啟發(fā)式算法的多目標(biāo)優(yōu)化方法得到了很大的關(guān)注。這不僅僅是由于其具有良好的尋優(yōu)能力，更重要的是它基本不需要了解優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)特性。在眾多的啟發(fā)式算法中，差分進(jìn)化算法是一個典型算法，它在多目標(biāo)優(yōu)化領(lǐng)域的應(yīng)用(即多目標(biāo)差分進(jìn)化算法)，也獲得了巨大的成功。一般地，多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的性能跟個體的選擇壓力和差分進(jìn)化算法的性能緊密相關(guān)。而差分進(jìn)化算法的性能又受其變異策略的影響較大，主要原因是每個變異策略只能對特定的多目標(biāo)優(yōu)化問題有效。因此，如何根據(jù)不同類型的多目標(biāo)優(yōu)化問題來自動選擇合適的變異策略是一個重要的問題。

針對沉管浮運(yùn)的控制優(yōu)化問題，本發(fā)明提出采用基于性能度量的自適應(yīng)變異策略多目標(biāo)差分進(jìn)化算法(Multi-objective differential evolution with performance-metric-based self-adaptive mutation operator,MODE-PMSMO)來進(jìn)行求解。經(jīng)實驗研究表明，所提方法不僅能夠為決策者提供一組均衡解集，還能節(jié)約成本、提高運(yùn)輸效率，加上本發(fā)明也能夠適用于在不確定環(huán)境下進(jìn)行控制優(yōu)化，具有重要的工程應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有沉管浮運(yùn)控制問題的研究通常將其作為一個單目標(biāo)優(yōu)化問題的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種基于多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的沉管浮運(yùn)控制優(yōu)化方法。具體來講就是利用多目標(biāo)差分進(jìn)化算法來求解沉管浮運(yùn)控制優(yōu)化問題，從而提供一組均衡解集供決策者選擇；與此同時，還可以實現(xiàn)節(jié)約成本，提高運(yùn)輸效率。本發(fā)明提出的技術(shù)，特別適用于在不確定環(huán)境下進(jìn)行沉管浮運(yùn)控制。

為實現(xiàn)以上目標(biāo)，本發(fā)明的操作步驟如下：

(1)基于性能度量的自適應(yīng)變異策略多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的設(shè)計；

進(jìn)一步，基于性能度量的自適應(yīng)變異策略多目標(biāo)差分進(jìn)化算法的操作步驟如下：