artificial bee colony algorithm
در نشریات گروه آب و خاک-
شبکه های توزیع آب شهری از زیرساخت های مهم و پر هزینه شهری می باشند. بخش زیادی از هزینه های شبکه توزیع آب شهری، مربوط به فرآیند های اجرایی و خرید متعلقات شبکه توزیع آب است. از این رو، با کاهش و بهینه سازی آن، هزینه شبکه توزیع آب کاهش می یابد. به این منظور، لازم است مساله طراحی شبکه توزیع آب شهری در چارچوب یک مساله بهینه سازی بررسی و با استفاده از یک روش کارآمد حل شود. الگوریتم های فراکاوشی از جمله روش های کارآمد برای حل مدل های بهینه سازی می باشند. در این تحقیق، دو مثال نمونه یعنی شبکه توزیع آب دوحلقه ای تحقیق اسکاک و لای و شبکه توزیع آب شهر نیویورک در محیط نرم افزار EPANET مدل سازی و با استفاده از نسخه اصلاحی الگوریتم بهینه سازی کلونی زنبور عسل مصنوعی در محیط نرم افزار MATLAB حل می شوند. به منظور بررسی کارایی الگوریتم پیشنهادی، نتایج با نسخه پایه و استاندارد الگوریتم کلونی زنبورعسل مصنوعی و سایر نتایج موجود برای دو شبکه شاخص به نام های دوحلقه ای و شهر نیویورک مقایسه می شود. برای شبکه های دوحلقه ای و شهر نیویورک مقدار تابع هدف به ترتیب مقدار تابع هدف 419000 دلار و 13/38 میلیون دلار و هزینه محاسباتی به ترتیب مقادیر 2800 و 3800 با استفاده از الگوریتم اصلاحی زنبورعسل مصنوعی به دست می آید. بررسی نتایج نشان دهنده کاهش هزینه های احداث و هزینه های محاسباتی این الگوریتم در مقایسه با نسخه استاندارد می باشد. بنابراین، این الگوریتم، یک الگوریتم کارآمد برای حل مسایل بهینه سازی به ویژه طراحی شبکه توزیع آب می باشد.
کلید واژگان: الگوریتم اصلاحی کلونی زنبور عسل، شبکه توزیع آب، EPANET، طراحی بهینه، قطرلولهUrban Water Distribution Networks are the most important and costly network in each city. The Major part of the urban water distribution network costs is related to the executive progress and purchase of water distribution network accessories. Therefore, the cost of the water distribution network can be reduced by reducing and optimizing this part. For this purpose, the problem of water distribution network design should be defined as an optimization model and solved it using an efficient method. Nowadays, Meta-heuristics algorithms are the most efficient methods for solving optimization models. In this research, two sample problems mean Schaake and Lai (1969) water distribution network and NEWYORK city are modeled in the EPANET software and solved using an improved version of the artificial bee colony algorithm that is called MATLAB software. To evaluate the efficiency of the proposed algorithm, the results are presented and compared with the basic and standard version of the artificial bee colony algorithm and other results. Using an improved artificial bee colony algorithm for the two-loop network (NEWYORK), the objective function value and computational cost are 419000 $ (38.13 M$) and 2800 (3800), respectively. A comparison of the results shows that the construction and computed costs are reduced compared with the result of the standard version. Therefore, this algorithm is an efficient algorithm for solving optimization problems such as the design of a water distribution network.
Keywords: Artificial Bee Colony Algorithm, Water distribution network, EPANET, Optimum Design, Pipe Diameter -
با افزایش جمعیت و کمبود منابع آب در بسیاری از مناطق جهان، نشت در سیستم های توزیع آب اهمیت زیادی یافته است. در چند سال اخیر روش های مختلفی که منجر به کاهش نشت می گردند، مورد توجه مدیران و محققین صنعت آب قرار گرفته است. مدیریت فشار در شبکه های توزیع آب شهری یکی از کاراترین و مقرون به صرفه ترین روش های ارایه شده می باشد که علاوه بر کنترل و کاهش نشت، منجر به افزایش عمر تاسیسات و تجهیزات در سیستم های توزیع آب می گردد. در این مقاله مدلی برای مدیریت بهینه فشار با هدف کاهش دادن نشت، ضمن تامین قید حداقل فشار در گره های برداشت، ارایه شده است. بدین منظور با جانمایی و تنظیم بهینه شیرهای فشارشکن، میزان اضافه فشار موجود در گره های شبکه به حداقل مقدار ممکن در محدوده مجاز استاندارد خود کاهش می یابد. در این مدل، یکی از انواع الگوریتم های الهام گرفته از طبیعت تحت عنوان الگوریتم جامعه زنبورهای عسل مصنوعی (ABC) در محیط MATLAB توسعه داده شد و با شبیه ساز هیدرولیکی مدلEPANET تلفیق گردید. نتایج نشان داد که ضمن رعایت کلیه قیود مسئله با به کار بردن روش ارایه شده برای جانمایی و تنظیم بهینه شیرهای فشار شکن میزان نشت متوسط شبکه در سه دوره شرایط نیاز آبی ماکزیمم، متوسط و مینیمم از مقدار 28/82 به 15/72 لیتر بر ثانیه یعنی به میزان 75/14 درصد کاهش یافت که نشان می دهد روش ارایه شده برای حداقل کردن نشت در شبکه موفق عمل کرده است.
کلید واژگان: الگوریتم زنبورعسل مصنوعی، سیستم های توزیع آب، مدیریت فشار، نشت، EPANETOne of the key factors affecting leakage in water distribution systems is network pressure management. The main objective of pressure management in water distribution system is to minimize water leakages along with maintaining the required pressure at every node. A common way to reduce pressure is to locate flow or pressure reducing valves (PRV) and optimal regulation of these vales in water networks.This study aimed at investigating optimal pressure management problems so as to minimize leakage in water distribution networks. To do so, a two-phase approach was proposed for both optimal positioning and setting of pressure reduction valves (PRVs), where location optimization was addressed at the first stage and optimal operation issue of valves was considered in the next step. In the present research, in order to resolve these problems, an optimization model—a simulation based on an emerging algorithms inspired by honeybees’ behavior called as Artificial Bee Colony (ABC)—was utilized. In this model, ABC optimization in MATLAB environment was integrated with hydraulic simulation of EPANET model. In the next step, the obtained results were compared with those of the previous studies. The results revealed that in case all the limitations of the problem are observed, employing this method to determine the position of the pressure reduction valves and regulate them lowered the mean leakage rate of the network from 82.28 to 72.15 lit/sec by 14.75% in three phases of maximum, average and minimum aquatic need periods.This means that the proposed method was effective in regulating the pressure level to minimize leakage in networks. Comparing the results of the present method with those of the previous approaches revealed that GA algorithm reached better response in fewer times than ICA, CA and ABC methods.
Keywords: Artificial Bee Colony Algorithm, Water Distribution Systems, Pressure Management, Leakage, EPANET -
سابقه و هدفالگوریتم های الهام گرفته از رفتار زنبورهای عسل یکی از جدیدترین تکنیک های بهینه سازی می باشند. یکی از انواع نوظهور این الگوریتم ها الگوریتم جامعه زنبورهای عسل مصنوعی (ABC) است. امروزه با افزایش سرسام آور هزینه های انرژی مصرفی در ایستگاه-های پمپاژ، تعیین برنامه زمانی مناسب بهره برداری از پمپ های یک سامانه انتقال آب در جهت صرفه جویی در میزان هزینه انرژی به عنوان یک موضوع پژوهشی بسیار مورد توجه است. در بسیاری از ایستگاه های پمپاژ دستورالعمل خاصی برای بهره برداری از پمپ های موجود وجود ندارد و متصدی ایستگاه طبق تجربه و نیازی که به او اعلام می شود اقدام به روشن وخاموش کردن پمپ ها می نماید. این روش سنتی هزینه زائد بسیار زیادی را به سیستم تحمیل می کند. بنابراین علاوه بر طراحی صحیح ایستگاه های پمپاژ، بهره برداری از این ایستگاه ها نیز دارای اهمیت فوق العاده ای می باشد. مهم ترین عامل تاثیرگذار بر عملکرد سیستم های پمپاژ، نحوه عملکرد پمپ ها می باشد و حتی الامکان باید پمپ ها به گونه ای کار کنند که در حالت حداکثر راندمان خود فعال باشند.مواد و روش هادر این پژوهش برنامه بهره برداری از یک پمپ به صورت رشته ای از مقادیر صفر و یکی به گونه ای تعریف شد که هر یک از خانه های این رشته وضعیت روشن یا خاموش بودن آن پمپ در یک دوره زمانی به خصوص را نشان دهد و مسئله تعیین برنامه بهره برداری بهینه پمپ ها به صورت مسئله تعیین بهترین رشته صفر و یکی کد شد. یک مدل بهینه سازی- شبیه سازی مبتنی بر الگوریتم جامعه زنبورهای مصنوعی صفر و یکی (BitABC) برای مسئله تعیین برنامه بهره برداری بهینه پمپ ها ارائه شد. در این مدل الگوریتم جامعه زنبورها در محیط MATLAB با بخش هیدرولیکی مدل EPANET به عنوان مرجعی از فرامین و اطلاعات تلفیق شد و سپس برای تعیین برنامه بهینه بهره برداری از سامانه انتقال آب شیراز استفاده گردید. بدین منظور در یک روز عادی برنامه بهینه بهره برداری از پمپ های این سامانه تعیین گردید. سپس حالت بهره برداری بهینه در این روز خاص با یک سناریوی بهره برداری غیر بهینه مورد مقایسه قرار گرفت. هزینه متوسط انرژی الکتریکی در این پژوهش برابر 275 ریال درنظر گرفته شد.یافته هانتایج نشان داد که ضمن رعایت کلیه قیود مسئله، هزینه انرژی در حالت بهره برداری بهینه 32 درصد نسبت به بهره برداری کنونی کاهش داشت. همچنین استفاده از الگوریتم BitABC حدود 8 درصد باعث بهبود پاسخ بهینه روش الگوریتم PSO- با همسایگی کلی شد ولی هزینه پاسخ به دست آمده در این پژوهش از الگوریتم PSO با همسایگی موضعی حدود 2 درصد بیشتر است.نتیجه گیریمقایسه برنامه بهینه بهره برداری استخراج شده با نتایج پژوهش های پیشین و همچنین شرایط بهره برداری عادی، توانایی مدل را نشان داد.کلید واژگان: الگوریتم جامعه زنبور مصنوعی، ایستگاه های پمپاژ، EPANETBackground And ObjectivesThe optimization algorithms inspired by honey bees social behavior are among the most recent optimization techniques. Artificial bee colony algorithm (ABC) is one of these algorithms. Today, considering the dramatic increase in pumping energy prices in water conveyance systems, problem of optimal operation of pumping stations is one of the very hottest research areas. In many pumping stations there are no specific guidelines for the operation of the existing pumps and station ope rator acts to turn on and turn of the pumps based on experience and need will be announced him. This traditional method impose a lot of extra cost to sys tem. Therefore, in addition to proper design of pumping stations, operation of these stations is also extremely important. The most important factor affecting the pu mping station performance is the per formance of the pumps, thus pumps should be used as much as possible in their maximum efficiency.Materials And MethodsIn this research a pump operation schedule is represented as a string of binary values with each bit representing pump on and off status during a particular time interval and pump optimal scheduling problem is coded as a problem of finding the best binary string which results in the least energy price. In this study a Binary Arti ficial Bee C olony Optimiz ation algorithm based simulation- optimization model has been developed for optimal scheduling of serial pumping stations. The model integrates ABC optimizer and EPA NET hydraulic network solver in MAT LAB software. The proposed model is applied to find the optima l pump operation schedule of Shiraz water conveyance system from Dor oudzan Dam in an ordinary day of the year. Then, the optimal operation mode on this special day was compared with a non-optimal utilization scenarios. The average cost of electrical energy was considered equal to 275 Rials in this study.ResultsThe results showed that having regard to all the constraints of the problem, the energy cost in the optimal operation was 32% less than average one in an ordinary day. Bit ABC algorithm also caused about 8 percent improvement in optimal algorithm of - PSO with the general neighborhood, but the cost of response obtained in this study was about 2 percent higher than the - PSO algorithm with local neighborhood.ConclusionThe comparison between the optimal operation program and the previous researches results showed the models abilities.Keywords: Artificial Bee Colony Algorithm, Pumping stations, EPANET
- 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.