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专利号: 2018114251003
申请人: 湖北工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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:li,j为第i种轮灌组时第j段管网第k个标准管径的长度;ci,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;Fi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:hcg为管段计算最小压力;hmg为计算管段承受压力;H为管网首端压力;hb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;Qj为第j段流量;

dij为第i种轮灌组情况下第j段管径内径;zg为g节点地面高程;hgmin,hgmax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≤di,j(k)≤M式中M为标准管径数;

管长约束: 式中lj为第j段管长度;

非负约束:Si,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。

2.根据权利要求1所述的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,步骤2.5中,局部搜索方法具体为,采用爬山搜索算法,在个体的每个维度进行爬山收索,即初始个体为Pi时,计算Pi+Ri或Pi+Ri时个体适应度值是否改进,如果改进则替换原有个体,其中,Ri为局部搜索算子,其值为Ri=R0*e-αGen/Gmax其中R0为初始范围,通常为变量定义域范围,Gen为当前进化代数,Gmax为最大进行代数,α为调节系统。