[發明專利]一種多目標水肥一體化系統輪灌組劃分方法

有效

• 申請號: 201811424631.0
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109496520B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 顧巍;葉志偉;嚴盟;閤大海;蘇軍
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: A01C21/00
• 分類號: A01C21/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種多目標水肥一體化系統輪灌組劃分方法，包括以下步驟：步驟1：建立多目標水肥一體化輪灌組數學模型；步驟2：對所有的輪灌支管進行分配，求解所述步驟1中建立的數學模型的多目標優化的Pareto最優解集，即求得各種揚程和流量均衡的組合，為選擇適應于不同實際情況的設計方案提供最優解集。本發明的有益效果是：采用基于Pareto最優和隨機賭輪盤方法相結合的方式，求解多目標水肥一體化輪灌組劃分問題，為適應不同的設計實際需求，縮短灌溉組設計時間，提高水肥一體化管網設計效率。

技術領域

本發明涉及農業和園林灌溉技術領域，涉及一種多目標水肥一體化輪灌組劃分方法。

背景技術

輪灌組劃分是節水灌溉設計中重要的環節，在現代的節水灌溉系統中，水肥一體化設備將越來越多的被考慮使用。水肥一體化設備的價格昂貴，其價格隨著其工作水頭的大小、調節壓力范圍的大小所決定的。所以在輪灌組劃分和設計中，需要更強調壓力波動的控制。而輪灌組劃分時，壓力的波動和流量的波動并不是完全相關的，因此在建立輪灌組優化模型時，兩個目標可分開進行優化。分別將壓力波動最小和流量波動最小為目標，構建多目標優化模型，通過求解多目標優化問題可得到一組具有不同壓力波動和流量波動的解集，可從中選取適合與當前需求的解進行輪灌組的劃分。

輪灌方案的劃分，決定著系統運行成本、運行穩定性及灌溉均勻度等。通過多目標的優化的方式，可有效的提高輪灌組劃分的經濟性和穩定性，同時提高適應不同需求的實際情況魯棒性。

發明內容

本發明提供一種輪灌組多目標劃分方法，采用基于Pareto最優和隨機賭輪盤方法相結合的方式，求解多目標水肥一體化輪灌組劃分問題，為適應不同的設計實際需求，縮短灌溉組設計時間，提高水肥一體化管網設計效率。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

本發明的有益效果是：通過建立有效的多目標輪灌組劃分數學模型，將抽象的輪灌組劃分以定量的1、一種多目標水肥一體化系統輪灌組劃分方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：建立多目標水肥一體化輪灌組數學模型；

步驟2：對所有的輪灌支管進行分配，求解所述步驟1中建立的數學模型的多目標優化的Pareto最優解集，即求得各種揚程和流量均衡的組合，為選擇適應于不同實際情況的設計方案提供最優解集。

步驟1中建立的多目標數學模型為，

min F(X)＝(f₁(x)，f₂(x))

其中，N為待劃分輪灌支管的根數，M為輪灌組數；X_ij表示第i根支管在第j個輪灌組中的開閉狀態，當X_ij＝1時，表示第i根支管在第j個輪灌組中為打開狀態，當X_ij＝0時，表示第i根支管在第j個輪灌組中為關閉狀態；h_i和q_i分別為第i根支管進口的進口需求壓力和進口需求流量；H_j和Q_j分別為第j個輪灌組的揚程和流量；μ_H和μ_Q分別為各輪灌組揚程和流量的平均值；σ_H和σ_Q分別為各輪灌組揚程和流量的標準差。

步驟2采用文化算法和多目標分布估計算法相結合的方式，其具體步驟為，

步驟2.1：將所有輪灌支管的開關狀態進行初始化，構造群體中的個體；

隨機選擇每一行中的一個變量設置為1，其他設置為0，表示第一個只管分配給該輪灌組。

步驟2.2：計算每個個體每組輪灌組的水頭和流量，計算整個系統的平均流量、平均水頭、流量標準差、水頭標準差；