[發明專利]一種基于可變長基因遺傳算法的泵站優化調度方法

在審

• 申請號: 201811429164.0
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109345044A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 曾育林;曾碧;劉瑞雪
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明涉及人工智能領域，更具體的，涉及一種基于可變長基因遺傳算法的泵站優化調度方法，本發明能夠動態調整泵機的數量，在泵機可隨時停機檢修、更換和拆裝的條件下，以及滿足泵站流量約束和減少泵機啟停次數的條件下，保持算法有效性，并求得最佳泵機啟停組合，達到功耗最小，并且適應度函數不僅僅考慮到了泵機的能耗問題，還將流量懲罰因素及泵機啟停懲罰因素考慮進去，并利用sigmoid歸一化函數將這三個因素進行歸一化處理，防止了因數值相差較大而導致某一因素影響及微小的情況。

技術領域

本發明涉及人工智能領域，更具體的，涉及一種基于可變長基因遺傳算法的泵站優化調度方法。

背景技術

城市污水排放系統是城市給排水系統中的重要組成部分，承擔收集和輸送城市各類用戶排放的廢水和部分天然降水的任務，也是水污染防治和排澇減災的骨干工程。通過科學的規劃和設計可以幫助政府合理高效來處理污水排放問題，在最小能耗的情況下，將污水排放出去。

傳統的污水傳送泵站大都是由現場操作人員觀測或者傳感器檢測到的前池水位信息對泵機進行啟停調度，泵機啟停頻繁，容易造成泵機的損耗，且維護和檢修費用較高。不合理的啟停泵機容易造成高能耗低成效，泵機開啟臺數過少則易造成污水外溢。

而現有技術中采用的基于遺傳算法的泵機優化調度方法在進行污水排放時，遺傳操作中的基因長度往往設定為固定長度，這種固定長度的方式會造成在泵機出現損壞、更換或加裝的情況下，需要重新對算法進行調整甚至重寫，而且需要根據實際需求和供給對基因做一定的人為改造，干涉了算法自然選擇的特性。因此，這類泵機優化調度方法通常比較適用于污水流量比較穩定，同時泵機不會出現經常損壞、更換或加裝的情況下。

發明內容

為了解決現有技術中泵機優化調度方法適用范圍小，且干涉了算法自然選擇的特性的不足，本發明提供了一種基于可變長基因遺傳算法的泵站優化調度方法。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種基于可變長基因遺傳算法的泵站優化調度方法，包括以下步驟：

步驟S1：從數據云端獲取流經該泵站的污水量，并確定此時的最佳運行水位；

步驟S2：獲取此時可運行泵機的型號信息及其數量參數，并將其作為遺傳算法的參數之一；

步驟S3：用泵機啟停關系組合作為遺傳算法中的一個個體，個體染色體長度由上述泵機型號信息及其數量信息決定，其中，定速泵長度占一，變速泵占六，其中一單位長度是啟停關系，剩下五單位是調速比；

步驟S4：為了加快收斂速度以及防止陷入局部最優解，初始化30個種群，分別對30個種群進行計算；

步驟S5：初始每個個體，分別計算每個個體的適應度值；開始迭代，若未滿規定的迭代次數，則依次進行父代的選擇、交互運算和變異運算，獲得子代個體；

步驟S6：將所述最優個體對應的泵機啟停作為結果，控制實際泵機。

優選的，步驟S3染色體的具體構建步驟如下：

根據獲得的泵機型號信息及數量構造個體染色體，其中泵機按是否可調速分為定速泵和變速泵；其中定速泵由參數信息確定，在染色體中只需要一位來表示其啟停狀態即可，而變速泵需要一單位長度來表示其啟停狀態，需要五單位長度來確定其調速比；一條染色體即一個有效的泵機啟停組，在啟停狀態位中，1表示泵機開啟，0表示泵機關閉，由五位構成的調速比染色體分段中，由0和1組成，并用二進制轉換十進制，將其轉換成十進制數，乘于調速比系數即調速比，調速比系數取0.01。

優選的，步驟S5計算適應度值的方法如下：

步驟S501：用一個具有能耗系數K_E表示單位體積液體輸送能耗量，并以此計算泵機i的能耗E_i：