nsga-ii algorithm
در نشریات گروه کشاورزی-
این مطالعه به بررسی مدیریت بهینه منابع آب و انرژی در شبکه آبیاری و زهکشی سفیدرود در استان گیلان می پردازد. با توجه به نقش حیاتی این منابع در کشاورزی، کمبود آب و افزایش تقاضا برای غذا، نیاز به یک رویکرد یکپارچه بیشتر احساس می شود. یک مدل بهینه سازی چندهدفه تحت عدم قطعیت برای این مطالعه توسعه داده شد که شامل کمینه سازی کمبود آب کشاورزی و حداکثرسازی تولید انرژی برقابی سد مخزنی سفیدرود است. مدل توسعه یافته با استفاده از الگوریتم NSGA-II حل شد و نیازهای آبیاری برنج و چای با روش بیلان آب و خاک محاسبه گردید. نتایج نشان می دهد که کمبود آب در سطوح اطمینان مختلف متفاوت بوده و ناحیه آبیاری مرکزی بیشترین کمبود را دارد. همچنین، کشت برنج به خصوص در ماه های خرداد و تیر با کمبود آب بیشتری مواجه است، در حالی که کشت چای از نظر کمبود آب مشکل خاصی ندارد. این تحقیق بر لزوم مدیریت بهینه منابع و برنامه ریزی دقیق برای جلوگیری از کمبود آب در ماه های بحرانی تاکید کرده و نتایج آن می تواند به تصمیم گیری های موثر در راستای توسعه پایدار کشاورزی کمک کند.کلید واژگان: مجموعه های فازی، الگوریتم NSGA-II، بهینه سازی، عدم قطعیتThis study investigates the optimal management of water and energy resources in the Sefidroud irrigation and drainage network of Guilan province. Given the critical role of these resources in agriculture, along with water scarcity and increasing food demands, the need for an integrated approach is becoming more evident. A multi-objective optimization model under uncertainty was developed for this study, aiming to minimize agricultural water shortages and maximize hydropower generation from the Sefidroud reservoir dam. The developed model was solved using the NSGA-II algorithm, and the irrigation requirements for rice and tea were calculated based on the soil-water balance method. The results indicate that water shortages vary across different confidence levels, with the central irrigation zone experiencing the highest deficit. Additionally, rice cultivation, especially in June and July, faces more significant water shortages, whereas tea cultivation does not encounter major water scarcity issues. This research highlights the necessity of optimal resource management and precise planning to prevent water shortages during critical months. The findings have the potential to inform effective decision-making aimed at sustainable agricultural development.Keywords: Fuzzy Sets, NSGA-II Algorithm, Optimization, Uncertainty
-
با توجه به وقوع فرسایش خاک در حوضه های آبریز و تاثیرات درون حوضه ای و برون حوضه ای آن، لذا مکانیابی بهینه ی سازه های حفاظتی به منظور کنترل فرسایش و باررسوب از اهمیت بالایی برخوردار است. از جمله شیوه های حفاظت سازه-ای، گابیون ها هستند که نقش موثری را در کاهش سرعت جریان آب و به دام انداختن رسوبات دارند. در این پژوهش به-منظور مکانیابی بهینه ی احداث سازه های گابیونی در حوضه امامزاده ی باغملک با مساحت تقریبی 104 کیلومترمربع از کوپلینگ تکنیک های تحلیل سلسه مراتبی (AHP) و الگوریتم ژنتیک (NSGA-II) استفاده شد. معیارهای بهینه سازی تابع هدف مشتمل بر حداقل فاصله از جاده، حداقل فاصله از مکان مسکونی، حداکثر طول کانال اصلی، حداکثر باررسوب، حداکثر حجم آب خروجی و حداکثر فرسایش خاک کانال توسط تکنیک AHP به منظور انجام فرایند تصمیم گیری اولویت بندی شدند. نتایج مقایسه ی ماتریس زوجی و اولویت بندی نشان داد که طول کانال اصلی به عنوان موثرترین معیار (Criteria) بر مکانیابی سازه ی گابیون است. اولویت اول به عنوان بحرانی ترین کانال که بیشترین باررسوب را تولید می-نماید، در نظر گرفته شد، در نتیجه گران ترین سازه در آن احداث می گردد. الگوریتم بهینه ساز NSGA-II بر مبنای طول کانال و حجم آب خروجی، تقدم کانال های بحرانی و مکان آنها را از کانال شماره 1 تا 35 در میان 5110 سایت موردنظر برای احداث گابیون، تعیین نمود. نتایج تایید می نماید که استفاده از تکنیک های شبیه سازی-بهینه سازی برای طراحی، به انتخاب بهترین مکان ها برای احداث سازه ی گابیون به عنوان بهترین شیوه ی مدیریتی کمک می نماید.
کلید واژگان: مدل GeoWEPP، بهینه سازی، تصمیم گیری چند هدفه، الگوریتم NSGA-II، تحلیل سلسله مراتبی (AHP)IntroductionSoil degradation is a phenomenon which destructs the soil structure and mitigates its capacity for production. Among several processes that cause soil degradation, soil erosion as one of the most common forms of soil degradation leads to loss of soil surface and including on-site and off-site effects. Although soil erosion is a natural process on the earth, but destructive human activities such as burning agriculture residue, deforestation, overgrazing, and lack of proper soil conservation practices; accelerate the soil erosion and enhance the negative outcomes of erosion. Selecting and implementing of management scenarios requires assessment of soil losses from different management operations. Generally, management practices consist of structural and non-structural methods that used to reduce erosion, prevent nutrient removal, and increase soil infiltration capacity. Application of simulation models is an appropriate technique to evaluate erosional conditions. GeoWEPP is a process-based, distributed parameters and continuous simulation model of water erosion in watersheds with the possibility to simulate hillslopes and hydrographical network. Locating problems in real world usually face with a large amount of information and decision space that need to be optimized using evolutionary algorithms due to the variety of aims considered. Considering diversity of evolutionary algorithms, NSGA-II is one of the most common and a usable multiobjective evolutionary algorithm (MOEA) which is very powerful tool for solving problems with conflicting objectives. Development of simulation models along with optimization algorithms that are capable of analyzing very complex systems, have found to be very efficient in real world problems. Simulation-optimization models are powerful tools for solving problems for least cost and best performance.
Methods and materialsTo predict sediment yield and runoff in the studied watershed, the GeoWEPP integrates WEPP model with TOPAZ (Topography Parameterization), CLIGEN (Climate Generation) and GIS tool (ArcGIS). The GeoWEPP model provides the processing of digital data including DEM ASCII file, soil ASCII file and landcover ASCII file. To generate climate file, the CLIGEN module which is a stochastic weather generation model was utilized. Furthermore in TOPAZ part the CSA (critical source area) and MSCL (minimum source channel length) to delineate streams and also the outlet point of studied watershed were defined using GeoWEPP linked to ArcGIS. Using the basic maps including DEM, slope, soil great groups and soil database the GeoWEPP model simulates and generates the hillslopes automatically; therefore this is an important advantage of GeoWEPP compared to WEPP model which is capable of performing the simulation of watershed components spontaneously. In this study in order to optimize the placement of Gabions, 118 channels and 5110 candidate sites for gabion construction were simulated and evaluated. For optimization process; regarding the number of objectives firstly the AHP technique was used to prioritize the effective factors on the placement of Gabions. Analytical hierarchy process is a structured technique for organizing and analyzing complicated decisions based on mathematical calculations. The AHP depicts the accurate approach for quantifying the weights of criteria and estimates the relative magnitudes of factors through pair-wise comparisons. The AHP technique includes creating hierarchical structure, prioritizing and calculating relative weights of the criteria, calculating the final weights and system results compatibility. The main criteria (objectives) for our study were minimum distance from road, minimum distance from residential area, maximum length of main channel, maximum sediment yield, maximum discharge volume and maximum volume structure. Indeed using the AHP technique it was possible to restrict the decision making space and the number of possible options, therefore simplify the optimization process. Then NSGA-II (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm) was applied in order to find the best solutions, i.e. the Pareto front, of alternatives for optimal location of structures based on the two objectives with higher priority and distance constraint.
Results and discussionThe results of paired comparison matrix and prioritizing showed that the length of main channel in the watershed is the main effective criterion in locating Gabion structures. The first priority is considered as the most critical channel which produces the highest sediment yield; therefore the most expensive structure is established on that channel. After channel length, the volume discharge was the second priority of effective factors for gabion placement. Using the results of AHP, based on channel length and discharge volume the non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) was performed and the priority of critical channels and the specific position was determined from 1 to 35 among 5110 candidate sites for Gabion construction. Using the ArcGIS, slope map and the lowest width of the critical channels the place for gabion construction as a point was determined. Moreover the main output of GeoWEPP is the spatial distribution of sediment yield and based on this map the sediment yield was classified in the watershed. Based on this map the red color was the highest amount of sediment yield (more than 4 ton) in the watershed.
ConclusionResults confirmed that application of simulation-optimization techniques helps to select the best sites to construct the Gabion as structural best management practice therefore is a cost-effective technique.
Keywords: GeoWEPP model, Optimization, Multiobjective decision making, NSGA-II algorithm, Analytic Hierarchy Process -
به منظور عبور ایمن جریان سیلاب از بالادست به پایین دست سدها از سازه سرریز استفاده می شود. در بین انواع سرریز، در سرریزهای پلکانی جریان حین عبور از روی سازه نیز مستهلک می گردد. این امر موجب کاهش هزینه تاسیسات مستهلک کننده انرژی در پایین دست آن مانند حوضچه آرامش خواهد شد. علاوه بر استهلاک انرژی، عامل تاثیرگذار دیگر در طراحی سرریز پلکانی که در تحقیقات انجام شده کمتر بدان پرداخته شده است، حجم و هزینه سرریز پلکانی می باشد. بهترین حالت طراحی سرریز پلکانی آنست که انرژی باقیمانده حداقل و حجم و هزینه اجرای سرریز نیز حداقل گردد. بنابراین طراحی سرریزهای پلکانی یک مساله بهینه سازی چندهدفه است. در تحقیق حاضر از یک مدل شبیه ساز-بهینه ساز دوهدفه مبتنی بر الگوریتم NSGA-II به منظور رسیدن به کمترین انرژی باقی مانده در پنجه سرریز و حصول کمترین حجم سرریز استفاده شد. نتایج حاصله بیانگر آن بود که با افزایش ارتفاع نسبی پله های سرریز، مقدار انرژی باقیمانده در پنجه سرریز ابتدا افزایش و بعد از رسیدن به یک نقطه اوج، کاهش می یابد تا به یک مقدار ثابت برسد. از منظر حجم و هزینه سرریز نیز، با افزایش ارتفاع نسبی پله های سرریز، حجم آن بصورت تابع خطی افزایش و با افزایش زاویه سرریز حجم آن کاهش می یابد. نتایج بهینه سازی چند هدفه نشان داد که در طرحی فعلی سرریز سد سیاه بیشه بالا، هم معیار انرژی باقیمانده و هم معیار هزینه و حجم سرریز به خوبی لحاظ گردیده اند. بطوری که 7/83 درصد انرژی جریان عبوری از روی سرریز مستهلک می شود.کلید واژگان: الگوریتم NSGA-II، بهینه سازی دوهدفه، سد ساه بیشه بالا، سرریز پلکانی، مدل شبیه ساز - بهینه سازFor safe pass of flood flow from upstream to downstream of dams, the spillways are used. Among the various spillways, in stepped spillways, the flow is dissipated when passing through the structure. This will reduce the cost of downstream energy-dissipaters structures such as stilling basin. In addition to energy dissipation, the volume and cost of stepped spillways can affect its design. The best design of the stepped spillway is that the remaining energy and the volume and cost of the spillway will be minimized. Therefore, the stepped spillway design is a multi-objective optimization problem. In the present study, a two-objective simulation-optimization model based on the NSGA-II algorithm was used to minimize the possible remaining energy and spillway volume. The results showed with increasing the relative height of spillway stairs, the amount of remaining energy is increased initially and after reaching a peak point, it would be reduced to a constant value. From the perspective of volume and cost of spillway, by increasing the relative height of the spillway stairs, its volume is increased linearly and by increasing the spillway angle, its volume decreased. The results of multi-objective optimization model showed that in the current plan of Siah-Bisheh Dam spillway, the remaining energy and the volume of spillway criteria were considered well. So that 83.7 percent of the flow energy is dissipated.Keywords: NSGA-II Algorithm, Two Objective Optimization, Upstream Siah-Bisheh Dam, Stepped Spillway, Simulation-Optimization Model
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.