دانلود مقاله در مورد كاربرد مقايسه‌اي الگوريتم در بهينه‌سازي بهره‌برداري از سيستم چندمخزني 18 ص
دسته بندي :
مقاله »
مقالات فارسی مختلف
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل : word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 22 صفحه
قسمتی از متن word (..doc) :
كاربرد مقايسه‌اي الگوريتم در بهينه‌سازي بهره‌برداري از سيستم چندمخزني
چكيده
در اين مقاله، كاربرد الگوريتم ژنتيك در بهينه‌سازي بهره‌برداري از سيستمهاي چندمخزني بررسي شده است. بهينه‌سازي پارامترهاي سياست بهره‌برداري در اين روش، صرفاً با استفاده از نتايج شبيهسازي سيستم انجام ميشود. بنابراين ميتوان انواع مختلفي از مسائل بهره‌برداري را مستقل از نوع تابع هدف و قيدهاي آن و نيز ساختار سياست بهره‌برداري، بهينه‌سازي نمود. در اين مقاله پس از بررسي اجمالي روش الگوريتم ژنتيك پيشنهادي، عملكرد آن در بهينه‌سازي يك سيستم پوياي استوكستيك و برنامهريزي پويا با رگرسيون مقايسه شده است. نتايج حاصل، نشانگر برتري الگوريتم ژنتيك هم به لحاظ سرعت و محاسيبات و هم مقدار تابع هدف در مقايسه با دو روش ديگر بوده است. با اين حال به منظور افزايش كارايي اين روش، اصلاحاتي در آن صورت گرفته است. بهبود كارايي عملگرهاي الگوريتم ژنتيك به ويژه استفاده از قانون به هنگامسازي قدرت جهش و محاسبه برازندگي كروموزومها بوسيله شبيهسازي سيستم با دورههاي متغير، دو نمونه از اين اصلاحات را تشكيل دادهاند.
در بررسيهاي انجام شده اثر اين اصلاحات كاملاً مفيد ارزيابي شده است، به گونهاي كه روش اصلاح شده قادر خواهد بود در مدت زماني كمتر به نتايجي بهتر از روش معمولي دست يابد. ارزيابي مدل نهايي الگوريتم ژنتيك نشان ميدهد كه روش پيشنهادي، روشي بسيار كارآمد در حل مسائل سيستمهاي بزرگ است كه حل آنها با روشهاي رايج غالباً غيرممكن است. به عبارتي، ارزش و كارامدي عملگرهاي پيشنهادي از نقطهاي شروع ميشود كه عملگرهاي رايج الگوريتم ژنتيك در آن نقطه متوقف شده و قادر به پيشروي نيستند.
1- مقدمه
بهينه‌سازي بهره‌برداري از سيستمهاي چندمخزني و تدوين قوانين و سياستهاي كارآمد بهره‌برداري از آنها از چندين دهه پيش يكي از موضوعات اصلي در مطالعات منابع آب بوده و تحقيقات گستردهاي بر آن انجام شده است. در اين راه پيشرفتهاي فراواني چه به لحاظ استراتژيهاي جديد و كارآمد حل مساله و چه از نظر افزايش توانمندي و سرعت كامپيوترهاي شخصي به عنوان ابزارهاي محاسباتي بوجود آمده است. اما به رغم اين پيشرفتها، بهينه‌سازي بهره‌برداري از يك سيستم چندمخزني بزرگ به صورت يكپارچه به ويژه هنگامي كه عدم قطعيتهاي هيدرولوژيكي سيستم به صورت واقعبينانه در نظر گرفته ميشوند، همچنان كاري چالشدار باقي مانده است.
لادباديه در مروري بر استراتژيهاي حل مساله بهينه‌سازي بهره‌برداري از سيستم مخازن، اين استراتژيها را در چهار دسته بهينه‌سازي استوكستيك ضمني، بهينه‌سازي استوكستيك صريح، كنترل بهينه زمان واقعي و روشهاي برنامهريزي كاوشي مورد بررسي قرار داده است. روش الگوريتم ژنتيك در اين بررسي به عنوان يك روش برنامهريزي كاوشي در نظر گرفته شده است و داراي اين مزيت ويژه ميباشد كه ميدانيد تمامي جزئيات مدلهاي شبيهسازي درنظر بگيريد، بدون آنكه به فرضياتي براي سادهسازي درنظر بگيريد، بدون آنكه به فرضياتي براي سادهسازي مساله يا محاسبه مشتقات تابع هدف نياز داشته باشد. از اين رو ميتوان روش GA را استراتژي اميدواركنندهاي در حل مساله بهره‌برداري بهينه از سيستم مخازن، به ويژه در سيستمهاي واقعي بزرگ با توابع هدف و قيدهاي پيچيده غيرخطي و تفكيكناپذير دانست.
الگوريتم ژنتيك از طريق فرآيندي شبيه به روشهاي انتخاب طبيعي در علوم زيستشناسي به بهينه‌سازي مسائل ميپردازد. اين الگوريتمها در طول دهه گذشته به طور گسترده به عنوان ابزارهاي جستجو و بهينه‌سازي در رشتههاي مختلف از جمله بازرگاني، علوم و مهندسي بكار گرفته شدهاند.
اگرچه استفاده از GA در مستئل بهره‌برداري از سيستمهاي منابع آب روش نسبتاً جديد محسوب ميشود، اما كاربردهاي موفقي از آن گزارش رشده است. ايسات و هال كاربرد
GA را در يك سيستم چهارمخزني معروف بررسي كردند. آنها مدل GA را با برنامهريزي پويا، مقايسه و آن را به لحاظ نيازهاي محاسباتي كاملاً برتري گزارش نمودند. واردلا و شريف نيز از GA براي بهينه‌سازي همان سيستم چهارمخزني استفاده كرده و نشان دادند كه اين روش ميتواند جوابهاي توانمند و قابل قبولي ارائه دهد. يك سال بعد اين كار توسط شريف و واردلا توسعه بيشتري يافت. اوليويرا و لاكس از GA براي بهينه‌سازي منحنيهاي فرمان در سيستمهاي چندمخزني سياستهاي بهره‌برداري از سيستمهاي مخازن پيچيده ارزيابي نمودند. كاي و همكاران، GA را برنامههاي خطي با موفقيت مورد استفاده قرار دادند.
چن از اين الگوريتم در به دست آوردن منحنيهاي فرمان يك سيستم تكمخزني استفاده كرد و آن را براي بهينه‌سازي سيستمهاي كاملاً غيرخطي، بسيار موثر ارزيابي نمود. تونگ و همكاران از GA براي تعيين مقدار بهينه پارامترهاي نوعي از منحنيهاي بهره‌برداري مخازن استفاده كرده و آن را ابزار قدرتمندي براي يافتن استراتژيهاي مديريت منابع آب بهينه ارزيابي نمودند. ممتحن و همكارانريال از GA در بهينه‌سازي ساختارهاي مختلفي از سياستهاي بهره‌برداري براي يك سيستم تكمخزني استفاده كردند و عملكرد آن را با روشهاي برنامهريزي پوياي استوكستيك و برنامهريزي پويا رگرسيون به عنوان دو روش مرسوم بهينه‌سازي مقايسه نمودند. آنها سياستهاي با ساختار خطي و خطي قطعهاي به دست آمده از روش GA را برتر از سياستهاتي حاصل از روشهاي بهينه‌سازي مرسوم گزارش نمودند.
به طور كلي ميتوان كاربرد GA در بهينه‌سازي بهره‌برداري از منابع آب را در تحقيقات گذشته به دو دسته بهينه‌سازي برداشتهاي هر دوره زماني و بهينه‌سازي پارامترهاي سياست بهره‌برداري تقسيم كرد. در اين دستهبندي، شريف و واردلا از دسته اول و اوليويرا و لاكس و ممتحن و همكاران از دسته دوم ميباشند. در دسته اول GA به طريقي بكار گرفته ميشود كه نتايجي مشابه مدلهاي برنامهريزي پويا توليد كند و بنابراين به طور خودكار قسمتي از مشكلات محاسباتي اين مدلها را نيز به همراه خواهد داشت، اما در دسته دوم از GA با يك رويكرد جديد، يعني جستجوي مستقيم پارامترهاي سياست، استفاده شده است، به گونه
اي روشهاي بهينه‌سازي ديگر امكان استفاده در اين رويكرد را ندارند. بنابراين، به نظر ميرسد در اين روش استفاده بهتري از پتانسيل GA ميشود. روش مورد استفاده در اين مقاله نيز از دسته دوم ميباشد.
در مقاله حاضر كار ممتحن و همكاران توسعه داده شده و روش جستجوي مستقيم پارامترهاي سياست، با استفاده از GA در سيستمهاي چندمخزني بررسي شده است. همچنين در بخشهاي مختلفي از اين روش اصلاحاتي پيشنهاد شده تا بتوان سياستهاي بهينه‌سازي بهتري را در زماني كمتر به دست آورد. عملكرد اين مدل به لحاظ نيازهاي محاسباتي و مقادير تابع هدف در يك سيستم سه مخزني با مدلهاي SDR, DRP مقايسه شده است.
2- روش تحقيق
2-1 روش بهينه‌سازي با استفاده از الگوريتم ژنتيك
در بهينه‌سازي سياستهاي بهره‌برداري از سيستم مخازن با استفاده از GA، ابتدا سياست بهره‌برداري به صورت روابطي پارامتريك با ساختار معين تعريف و سپس مقادير بهينه پارامترها مستقيماً بوسيله GA تعيين ميگردد. معيار اصلي بهينه‌سازي در اين روش، مقدار تابع هدف حاصل از شبيهسازي سيستم متناظر با هر دسته از پارامترهاي سياست است. بنابراين انواع توابع بهينه‌سازي و ساختارهاي سياست بهره‌برداري را ميتوان بدون نياز به شرايطي چون خطي يا تفكيكپذير بودن، مورد تحليل قرار داد. اين آزادي عمل در انتخاب نوع سياست بهره‌برداري، بررسي هرچه بيشتر اين سياستها را از جهات گوناگون طلب ميكند.
يك سياست بهره‌برداري، مشتمل بر مجموعهاي از قوانين است كه در حالتهاي مختلف بهره‌برداري، مقداري آبي را كه بايد ذخيره يا رهاسازي شوند، تعيين نمينمايد. بنابراين به منظور مشخص نمودن ساختار سياست بهره‌برداري از يك سيستم چندمخزني بايد نوع متغيرهاي حالت و تصميم (يا همان متغيرهاي ورودي و خروجي از قوانين بهره‌برداري) و رابطه بين آنها را براي قوانين متناظر با هر از مخازن سيستم انتخاب نمود. اگرچه نوع متغيرهاي ورودي و خروجي سياست نيز بويژه در سيستم