firefly algorithm
در نشریات گروه آب و خاک-
زمینه و هدف
برآورد و پیش بینی پارامتر های کیفی در کنار پارامتر های کمی آب در طول رودخانه یکی از مولفه های ی است که در تصمیم گیری های مدیریتی صحیح بایستی به دقت شبیه سازی شده و تخمین زده شود. اکثر مدل های مربوط به برآورد پارامتر های کیفی نیازمند پارامتر های ورودی بسیار زیادی هستند که یا دسترسی به آن ها مشکل است و یا تعیین آن ها نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی است. بنابراین استفاده از مدل های داده محور در این زمینه برای صرفه جویی در زمان و هزینه گسترش یافت ها ست.
روش پژوهش:
در این مقاله کاربرد شبکه های عصبی مصنوعی و ترکیب آن با الگوریتم کرم شب تاب جهت پیش بینی مقدار جامدات محلول در آب (TDS) در رودخانه گاوه رود واقع در ایران – کرمانشاه مورد آموزش و صحت سنجی قرار می گیرد. برای این منظور از داده های کیفیت آب ایستگاه هیدرو متری در بالادست سد مخزنی گاوشان برای بازه آماری (1389-1370) استفاده گردید. براساس ورودی های مختلف، شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چند لایه (MLP) و ترکیب آن با الگوریتم کرم شب تاب مورد آزمون قرار گرفت. بهترین الگوی ورودی ها ، تعداد لایه پن ها ن و تعداد نرون های هر لایه در شبکه عصبی مصنوعی مشخص گردید. داده های ورودی به مدل ها شامل دبی (Q)، سدیم (Na)، منیزیم (Mg)، کلسیم (Ca)، سولفات (So4)، کلرید (Cl)، بی کربنات (Ho3)، هدایت الکتریکی (EC) و جامدات محلول رودخانه در بازه زمانی قبل (TDSt-1) و داده های خروجی جامدات محلول آب (TDS) می باشد. تعداد لایه های پن ها ن برابر یک و تعداد نرون های لایه پن ها ن برابر نه بدست آمد، همچنین تابع شبکه عصبی در این مطالعه نوع آبشاری در نظر گرفته شد و نتایج با روش ترکیب شبکه های عصبی مصنوعی با الگوریتم کرم شب تاب مقایسه گردید.
یافته هاباتوجه به این خروجی های مدل با داده های مشاهده شده با استفاده از معیار های برآورد خطا مقایسه شد؛ در این راستا مقادیرشاخص های ارزیابی خطا مورد استفاده شاخص مربعات خطا به انحراف معیار استاندارد مشاهداتی (RSR)، رابطه ناش ساتکلیف (NSC)، ضریب همبستگی (R) و ریشه میانگین مربعات خط (MSE) برای شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب 154/0، 976/0، 989/0 و 27/25 و در حالت ترکیب شبکه عصبی با الگوریتم کرم شب تاب نیز به ترتیب 129/0، 983/0، 992/0 و 8/17 بدست آمد.
نتایجلذا عملکرد روش هیبریدی شبکه های عصبی مصنوعی با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب در پیش بینی TDS مناسب تر از تکنیک شبکه های عصبی مصنوعی است.
کلید واژگان: شبکه های عصبی مصنوعی، الگوریتم کرم شب تاب، جامدات، محلول در آب، گاوه رودBackground and AimEstimation and forecasting of qualitative parameters along with quantitative parameters of water alongside the river to make correct managerial decisions is one of the objectives of managers and planners of the water industry should be accurately simulated. Most of the models for qualitative parameter estimations require very large input parameters that are either difficult to access or require much time and money to determine. Therefore, the use of data-driven models in this field has been developed to save time and money.
MethodIn this paper, the application of artificial neural networks and its combination with the firefly algorithm to predict the amount of Total dissolved solids (TDS) of water in the Gavehrood River located in Iran, Kermanshah has been trained and validated. with this purpose, water quality data of hydrometric station upstream of the Gavoshan reservoir dam are used for the statistical period (1991-2010). Based on different inputs, the multilayer perceptron (MLP) artificial neural network and its combination with the firefly algorithm are tested. The best algorithm of the inputs, the number of hidden layers and the number of neurons in each layer in the artificial neural network are determined. The input data imported to the models include the flow rate (Q), Sodium (Na), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Sulfate (So4), Chloride (Cl), Bicarbonate (Ho3), Electrical conductivity (EC) and Total Dissolved Solides of the river in the previous period (TDSt-1) and the output data of TDS. The number of hidden layers is obtained to be 1 and the number of hidden layer neurons is achieved to be 9. Also, the neural network function in this study is considered as a waterfall type and the results are compared by combining artificial neural networks with the firefly algorithm. The model outputs are compared with measurement data using the error measurement criteria.
ResultsIn this regard, the values of the used error evaluation indices including the observed standard deviation (RSR), Nash Sutcliffe coefficient (NSC), correlation coefficient (R) and root mean square error (MSE) for artificial neural network are yielded 0.154, 0.976, 0.989 and 25.27, respectively and in the case of the neural network combination with the firefly algorithm, are achieved to be 0.129, 0.983, 0.992 and 17.8, respectively.
ConclusionTherefore, the performance of the hybrid method of artificial neural networks by using the firefly algorithm in predicting TDS is more appropriate than artificial neural networks.
Keywords: Artificial Neural Networks, Firefly Algorithm, TDS, Gavehrood Rive -
در این مطالعه یک مدل هیبریدی برای تخمین ضریب دبی سرریزهای جانبی واقع بر کانال های همگرا توسعه داده شد. به عبارت دیگر با استفاده از الگوریتم کرم شبتاب (FA) شبکه انفیس (ANFIS) بهینه سازی شد. سپس با استفاده از پارامترهای ورودی، شش مدل ANFIS و ANFIS-FA تعریف شد. در ابتدا بهینه ترین تعداد خوشه ها برای شبکه ANFIS محاسبه شد. همچنین در این مطالعه برای بررسی دقت مدل سازی ها از شبیه سازی مونت کارلو استفاده گردید. علاوه بر این برای صحت سنجی نتایج مدل سازی ها از روش اعتبار سنجی ضربدری بهره گرفته شد. با تجزیه و تحلیل مدل سازی های مشاهده شد که مدل های هیبریدی در مقایسه با مدل ANFIS دارای دقت بیشتری هستند. سپس مدل برتر معرفی شد که این مدل مقادیر ضریب دبی را بر حسب کلیه پارامترهای ورودی تخمین می زند. مدل برتر مقادیر ضریب دبی را با دقت مناسبی شبیه سازی کرد. به عنوان مثال مقادیر R2، MAE و RMSE برای مدل برتر به ترتیب برابر 933/، 011/0 و 015/0 محاسبه شد. همچنین حدودا 98 درصد نتایج مدل برتر دارای خطایی کمتر از 12 درصد بود. بر اساس نتایج عدم قطعیت، مدل برتر دارای عملکردی بیشتر از مقدار واقعی بود. تحلیل حساسیت نشان داد که عدد فرود جریان در پایین دست سرریز جانبی موثرترین پارامتر ورودی بود.کلید واژگان: انفیس، کانال همگرا، الگوریتم کرم شبتاب، ضریب دبی سرریز جانبی، آنالیز حساسیتIn this study, a hybrid model was developed in order to approximate the discharge coefficient of side weirs located on converging channels for first time. In other words, the ANFIS network was optimized by means of the Firefly Algorithm (FA). After that, six ANFIS and ANFIS-FA models were defined by input parameters. In addition, in this study, the Monte Carlo simulation was employed to study the modeling accuracy. Furthermore, the k-fold cross validation approach was implemented for validating the modeling results. By analyzing the modeling results, it was concluded that hybrid models are more accurate than ANFIS models. The superior model simulated the discharge coefficient values with reasonable accuracy. For example, the values of R2, MAE and RMSE for the superior model were calculated 0.003, 0.011 and 0.015, respectively. Also, about 98% of the superior model results have an error less than 12%. According to the uncertainty analysis results, the superior model had an overestimated performance. A sensitivity analysis indicated that the flow Froude number at the side weir downstream is the most effective input parameter.Keywords: ANFIS, Converging channel, Firefly Algorithm, Side weir discharge coefficient, Sensitivity analysis
-
سرریزهای کلیدپیانویی نوع جدیدی از سرریزها هستند که در جهت افزایش ظرفیت تخلیه سدها و کانال ها طراحی می شوند. در صورتی که کلیدهای تشکیل دهنده این مدل سرریز بر روی کمانی از یک دایره قرار بگیرند، آن را سرریز کلیدپیانویی انحنادار می نامند. در این پژوهش عملکرد سه مدل هوشمند رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، رگرسیون بردار پشتیبان- کرم شب تاب (SVR-FA) و رگرسیون بردار پشتیبان- ملخ (SVR-GOA) برای پیش بینی میزان آبدهی سرریزهای کلیدپیانویی انحنادار مورد ارزیابی قرار گرفته است. ضریب تعیین (R2)، میانگین مربعات خطا (MAE) ، جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) و شاخص پراکندگی (SI) چهار شاخص آماری می باشند که برای تعیین دقت مدل های هوشمند به کار گرفته شده است. نتیجه این معیارهای ارزیابی در دوره آزمون نشان می دهد که مدل SVR-GOA با مقادیر 99275/0، 01202/0، 00026/0 و 00046/0 نسبت به مدل SVR-FA با مقادیر 95666/0، 03844/0، 00200/0 و 00342/0 و SVR با مقادیر 94249/0، 04013/0، 06027/0 و 00410/0 به ترتیب برای شاخص های R2،MAE ،RMSE و SI از دقت بیشتری در پیش بینی آبدهی سرریز کلیدپیانویی انحنادار برخوردار است.کلید واژگان: : رگرسیون بردار پشتیبان، الگوریتم ملخ، الگوریتم کرم شب تاب، سرریز کلیدپیانویی انحنادار، ضریب آبدهیPiano-Key weirs are a new type of overflow that are designed to increase the drainage capacity of dams and canals. If the keys forming this overflow model are placed on an arc of a circle, it is called curved piano-key weir. In this research, the performance of three models of Intelligent Support Vector Regression (SVR), Support Vector Regression- Firefly (SVR-FA) and Support Vector Regression- Grasshopper (SVR-GOA) to predict curved piano-key weir flow rate were evaluated. Determination Coefficient (R2), Mean Squared Error (MAE), Root Mean Squared Error (RMSE), and Scattering Index (SI) are four statistical indicators that are used to determine the accuracy of intelligent models. The result of these evaluation criteria during the test period is that the SVR-GOA model with values of 0.99275, 0.01220, 0.00026 and 0.00046 compared to the SVR-FA model with values of 0.95666, 0.03844, 0.00200 and 0.00342 and SVR with values of 0.94249, 0.04013, 0.06027 and 0.00410 for R2, MAE, RMSE and SI indicators, are more accurate in predicting curved piano-key weir flow rateKeywords: Support vector regression, Grasshopper Algorithm, Firefly Algorithm, Curved Piano-Key Weir, Discharge coefficient
-
در این مطالعه، جهت تخمین ضربی دبی سرریزهای کنگرهای، از یک روش تکاملی بر مبنای نرو- فازی استفاده شد. به منظور بهینه سازی پارامترهای سیستم استنتاج عصبی- فازی سازگار (ANFIS) از الگوریتم کرم شبتاب (FFA) استفاده گردید. در مدلسازی روشهای ANFIS و ANFIS-FFA، جهت بررسی عدم قطعیت مدل، از شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد. علاوه بر این، با استفاده از روش اعتبارسنجی چند لایه اقدام به ارایه مدلهایی شد که از انعطاف پذیری و تعمیم پذیری قابل توجهی برخوردار بود. در ابتدا، پارامترهای بی بعد ورودی شامل عدد فرود (Fr)، نسبت هد روی سرریز به ارتفاع سرریز (HT/p)، زاویه راس (α)، نسبت طول تاج سرریز به عرض کانال (Lc/W)، نسبت طول راس سرریز به عرض زاویه راس (A/w) و نسبت عرض زاویه راس به ارتفاع سرریز (w/p) تعریف و برای ANFIS و ANFIS-FFA هفت مدل مختلف توسعه داده شدند. سپس با استفاده از تحلیل حساسیت، مدل های برتر (ANFIS 5 و ANFIS-FFA 5) و موثرترین پارامتر ورودی (عدد فرود) شناسایی گردیدند. همچنین، نتایج توزیع خطا نشان داد که تقریبا 70 درصد نتایج مدل برتر (ANFIS-FFA 5) خطایی کمتر از 5 درصد داشتند. به عبارت دیگر، دقت خوب مدل برتر به لحاظ آماری تایید گردید. در انتها تحلیل عدم قطعیت برای مدل های برتر اجرا گردید.
کلید واژگان: الگوریتم کرم شب تاب، انفیس، بهینه سازی، سرریز کنگره ای، ضریب دبیIn this research, an evolutionary based Neuro-fuzzy technique was utilized to estimate the discharge coefficient of labyrinth weirs. In order to optimize the parameters of the adaptive Neuro-fuzzy inference system (ANFIS), the Firefly Algorithm (FFA) was implemented. In modeling the ANFIS-FFA and ANFIS methods, the Monte Carlo simulation was used to evaluate uncertainty of the model. Furthermore, several models with significant flexibility and generalizability were provided using the k-fold cross validation method. First, the input dimensionless parameters including the Froude number (Fr), ratio of the head above the weir to the weir height (HT/p < /em>), cycle sidewall angle (α), ratio of length of the weir crest to the channel width (Lc/W), ratio of length of the apex geometry to the width of a single cycle (A/w) and the ratio of width of a single cycle to weir height (w/p < /em>) were defined. After that, seven different models were introduced for ANFIS and ANFIS-FFA. Then, using a sensitivity analysis, the superior models (ANFIS-FFA 5 and ANFIS 5) and the most effective input parameter (Froude number) were identified. In addition, the error distribution results showed that about 70% of the superior model (ANFIS-FFA 5) results had an error less than 5%. In other words, the superior model had a high statistical significance. Ultimately, the uncertainty analysis for the superior models was carried out.
Keywords: ANFIS, Discharge coefficient, Firefly Algorithm, Labyrinth weir, optimization -
الگوریتم کرم شب تاب یک تکنیک بهینه سازی موثر بر مبنای هوش ازدحامی است که به طور موفقیت آمیزی در مسایل مهندسی کاربردی استفاده می شود. در این پژوهش الگوریتم کرم شب تاب پویا برای تخمین میزان تقاضا آب از رودخانه هیرمند در منطقه سیستان به کار برده شده و با چهار الگوریتم مختلف کرم شب تاب برای سالهای 1385 تا 1396 مقایسه گردید. از داده های سال 1385 تا 1393 جهت آموزش و یاد گیری مدل استفاده شد و از باقیمانده داده ها از سال 1394 تا 1396 جهت آزمون مدل استفاده شد. نتایج مدل نشان داد 5 مدل مختلف الگوریتم کرم شب تاب می توانند جوابهای محتملی بدست دهند اما روش الگوریتم کرم شب تاب پویا کارایی بهتری نسبت به چهار مدل دیگر دارد. و دقت پیش بینی آن بالای 98%/97 می باشد. پس از اطمینان از دقت الگوریتم میزان تقاضای آب از رودخانه هیرمند از سال 1397تا 1399 پیش بینی شد و میزان ریسک کمبود آب برای سه سناریو زیاد، متوسط و کم سطح جریان آب برای این سالها ارزیابی شد.
کلید واژگان: هوش ازدحامی، پارامتر پویا، الگوریتم کرم شب تاب، بهینه سازی، پیشبینیFirefly algorithm (FA) is an effective optimization technique based on swarm intelligence, which has been successfully applied to various practical engineering problems. In this paper a new dynamic firefly algorithm is applied for demand estimation of water of river Hirmand in Sistan area and comparative with different firefly algorithm for 2006-2017 years. The data from 2006 to 2014 are used for learning and teaching and finding the optimal weights of the model, and the rest of data (2015-2017) are applied to test the models. The results show that all five FA variants can achieve promising solutions. But NDFA obtains better performance than four other FA variants and its prediction accuracy is up to 97.98%. After ensuring the accuracy of the algorithm, water demand of river Hirmand from 2018-2020 is predicted. And risk assessment of the water shortage under three scenarios of high, average, and low inflow levels for this years.
Keywords: Swarm intelligence, Dynamic parameter, Firefly algorithm, Optumization, predict -
کیفیت مناسب اطلاعات آبدهی ثبت شده در شبکه های باران سنجی در طراحی پایدار پروژه های آبی نقش مهمی ایفا می کند. از این نظر برای ایجاد شبکه ای بهینه و کارآمد، شبکه های باران سنجی باید به صورت دوره ای با توجه به نیاز و طرح های توسعه منابع آب پیش روی، مورد ارزیابی قرار گیرند.در این مطالعه ابتدا داده های بارش ماهانه ایستگاه های باران سنجی در حوضه شرق دریاچه ارومیه و مناطق مجاور آن جمع آوری و شبکه باران سنجی اولیه ایجاد شد. در ادامه از روش های کریجینگ و وزن دهی عکس فاصله برای ارزیابی شبکه ایستگاه های باران سنجی حوضه استفاده شده است. نتایج نشان داد از 36 ایستگاه مورد مطالعه، شش ایستگاه وضعیت بحرانی داشته، از این نظر صحت اطلاعات ثبت شده در این ایستگاه ها مورد تردید می باشد. درواقع نقاط دارای حداکثر واریانس تخمین در سطح حوضه،معیاری در تعیین نقاط با پتانسیل تاسیس ایستگاه جدید در نظر گرفته شد. در نهایت با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب، بهترین جانمایی برای ایستگاه های موجود و ایستگاه های پتانسیل به دست آمد. بطوریکه، بهترین جانمایی، با اضافه کردن تعداد نه ایستگاه به دست آمد.
کلید واژگان: الگوریتم کرم شب تاب، بهینه سازی، زمین آمار و شبکه ی باران سنجیRainfall is the main motivator in the hydrologic cycle of the basin and it is an element of meteorological phenomena undergoing severe changes in time and place. The suitability of density and distribution of rain gauges in the rain gauge networks of each area is an effective step in the success of the water plans, regional projecting and effective use of the information (Karamouz et al., 2010). Many researchers have shown that the geostatistical prediction method provides better estimates of the regional rainfall than the traditional methods. Tanaka and Putthividhya (2013) used the geostatistical method to assess the quality of the rainfall estimation in the Basin of Chao Phraya. They tried to calculate the difference between the rainfall data and the results obtained from the above methods by plotting Thiessen Network and the co-ordinate lines by nverse Distance Weighting and Ordinary Kriging methods. They also examined the correlation between the height, humidity and temperature with the recorded rainfall values. The findings showed that height had a significant correlation with Monsoon rainfall, while humidity and temperature correlated with the monthly rainfalls. Yang and He (2013), using the super innovative firefly algorithm concluded that this algorithm is more suitable than the optimal search strategy. Considering the problems of Urmia Lake located in the northwest of Iran, comprehensive studies with an inclusive approach to the problems in this basin are considered necessary. Indeed, it is necessary to concentrate more on the process used in the design of the rain gauge networks and begin to redesign the existing networks in order to refine and complete them.
Keywords: Firefly Algorithm, Optimization, Geostatistics, Rain Gauge Network -
استفاده از پتوی رسی در مخازن سدها یکی از روش های اصلی کاهش نشت می باشد. در این مطالعه ابتدا با مدل سازی پتوی رسی در مخزن سد توسط روش المان محدود، با استفاده از تغییر پارامتر های موثر، 320 داده نشت به دست آمد. اعتبار سنجی روش المان محدود نیز با مقایسه نتایج نشت حاصل از روش المان محدود و نتایج آزمایشگاهی صورت گرفت. برای بررسی مناسب ترین مدل برای پیش بینی مقادیر نشت (حاصل از مدل سازی ها) از پنج روش هوش مصنوعی شامل: پرسپترون چند لایه (MLP)، برنامه نویسی بیان ژن(GEP)، تابع شعاعی(RBF)، رگرسیون بردار پشتیبان(SVR) و یک روش ترکیبی هوشمند از الگوریتم کرم شب تاب (FFA) با پرسپترون چند لایه (MLP-FFA) استفاده شد. برای همه روش های هوشمند مصنوعی، 75 درصد داده ها به عنوان آموزش و 25 درصد به عنوان تست در نظر گرفته شد. ترکیب های مختلف از داده های ورودی شامل نسبت ضریب نفوذپذیری پی به ضریب نفوذپذیری پتوی رسی ( )، نسبت طول پتوی رسی به تراز آب بالا دست ( )، ضخامت پی آبرفتی به ضخامت پتوی رسی ( )، طول پتوی رسی به عرض هسته ( ) و نسبت افقی به عمودی ضریب نفوذپذیری پی آبرفتی ( ) برای مقایسه روش های ذکر شده مورد استفاده واقع شد. نتایج حاصل از روش های هوشمند با شاخص های زیر مورد بررسی قرار گرفتند: ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین قدر مطلق خطا (MAE)، ضریب تبیین (R2)، نش ساتکلیف (NS)، شاخص ویلموت (WI) و دیاگرام تیلور. نتایج حاصل از مطالعه نشان داد که استفاده از روش هوشمند کرم شب تاب (FFA)، نتایج بسیار شبیه به مقادیر موجود دارد و می توان در بهینه سازی پیش بینی مقادیر نشت از آن استفاده کرد.کلید واژگان: الگوریتم کرم شب تاب، مدل ترکیبی، پیش بینی نشت، سد خاکیThe use of clay blanket in reservoirs is one of the main methods of seepage reducing. In this study, with clay blanket modeling in a proposed reservoir by finite element method, 350 dataset was obtained using SEEP/W. Validation of SEEP/W was carried out by comparing seepage results obtained from a laboratory tests. For evaluation of suitable model for predicting seepage values (results of modeling), used from five artificial intelligence techniques comprising: multilayer perceptron neural network (MLP), radial base function (RBF), gene expression programming (GEP), support vector regression (SVR) and a novel hybrid model of the firefly algorithm (FFA) with the multilayer perceptron (MLP-FFA). All the techniques were trained with 70% of available dataset and tested using the remaining 30% dataset. Different combinations of input data that include the ratio of the permeability coefficient of foundation to the permeability coefficient of clay blanket (K_f/K_b ), the ratio of the length of blanket to upstream head (L_1/H), the ratio of thickness of foundation to thickness of blanket (h_f/t), the ratio of length of blanket to thickness of core (L_1/L_2 ) and the ratio of horizontal to vertical permeability coefficient of foundation (K_(f_x )/K_(f_y ) ) were used for evaluation of mentioned methods. The results were evaluated using four performance criteria metrics: root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), Nash-Sutcliffe efficiency (NS), Willmott’s Index of agreement (WI) and Taylor diagram. The results of study showed that the MLP-FFA method provides better estimation results than the other models and therefore, could be applied an optimized for predictive model of earth fill dam seepage.Keywords: Artificial intelligence, Firefly Algorithm, Hybrid models predict Seepage, Earth Dam
-
مشکل هزینه بالای سیستم های آبرسانی شهری، همراه با پیچیدگی های طراحی و مشکلات کارکرد نامناسب حال حاضر آنها، بهینه سازی طرح این سیستم ها را قبل از اعمال تغییرات در آنها به نیاز اولیه و اساسی مدیران در این زمینه تبدیل کرده است. به دلیل پیچیدگی غیر خطی و منحصر به فرد طراحی این شبکه ها، مهندسان در سال های اخیر این مشکل را به کمک هوش مصنوعی و الگوریتم های جستجوگر حل می کنند. در تحقیق حال حاضر به مطالعه موردی در یکی از شهرک های شهر کرمان و پیدا کردن راه حل آن به کمک الگوریتم های ژنتیک سریع آشفته و کرم شب تاب و سپس شبیه سازی شبکه با استفاده از نرم افزار WaterGEMS پرداخته شد. ابتدا شبکه آبرسانی منطقه مورد مطالعه در محیط WaterGEMS مدل شده و سپس مشخصات شبکه آبرسانی به الگوریتم های بهینه سازی وارد گشته و با استفاده از محدودیت های استاندارد فشار و سرعت، گزینه های بهینه این دو الگوریتم خارج شد. با اجرای مجدد نتایج حاصل از مدل های بهینه سازی در مدل WaterGEMS و کنترل محدودیت ها، به برآورد هزینه و مقایسه آن ها با یکدیگر پرداخته شد. بررسی نتایج مدل های بهینه سازی نشان می دهد که الگوریتم ژنتیک سریع آشفته به میزان %37.7 و الگوریتم کرم شب تاب نیز به مقدار %34.4 توانسته اند تابع هزینه را نسبت به حالت قبل از بهینه سازی شبکه کاهش دهند. در نهایت می توان بیان نمود که همه ی الگوریتم های بهینه سازی مورد استفاده در این مطالعه توانسته اند به کاهش چشمگیر هزینه های پروژه دست یابندکلید واژگان: شبکه آبرسانی، بهینه سازی، الگوریتم کرم شب تاب، الگوریتم ژنتیک سریع آشفته، کرمانThe high cost problem of urban water supply systems, along with the complexity of the design and unsuitable operation problems cause that optimization of the system before applying any changes, has become the basic needs of managers in this area. Due to the complexity of nonlinear and unique design of these networks, in recent years engineers using artificial intelligence and search algorithms to solve this problem. In the present study find solutions for the network in a town of Kerman with help of fast messy Genetic and firefly Algorithms and network simulation software intended WaterGEMS. First the water supply network in the study area simulated in WaterGEMS model and the properties required for optimization algorithms have been extract, then using the standard pressure and speed constraints, these algorithms create optimal choices. By entering these results in WaterGEMS model and re-running for limits check, the cost estimates are discussed and compared. The results show that the optimization of, fast messy Genetic algorithm with 37.7% is able to reduce the cost function of network compare to pre-optimized network. Also Firefly algorithm in the amount of 34.4%, is able to reduce costs. Finally, we can say that both optimization algorithms used in this study have been able to achieve a dramatic reduction in project costs.Keywords: water network, optimization, Firefly algorithm, Fast messy genetic algorithm, Kerman
-
مسائل بهینه سازی بهره برداری از مخازن سدها از جمله مسائل مهم در علوم آب می باشد که تا کنون با انواع روش های بهینه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. استفاده از الگوریتم های فرا ابتکاری مانند، الگوریتم کرم شب تاب و مورچگان، یکی از این روش های بهینه سازی می باشد. در این تحقیق، بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد درودزن در یک دوره 99 ماهه، با استفاده از الگوریتم کرم شب تاب مورد بررسی قرار گرفته است. در آنالیز حساسیت پارامترهای الگوریتم کرم شب تاب، حساس ترین پارامتر α است که به عنوان ضریب جهش شناخته می شود و انتخاب مقدار مناسب برای آن، باعث یافتن راه حل مناسبی به وسیله کرم های شب تاب می شود و به نحو چشم گیری کارایی الگوریتم کرم شب تاب بالا خواهد برد. برای تعیین میزان کارایی این الگوریتم در مسئله بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد نتایج آن با نتایج الگوریتم های سیستم مورچگان پیوسته و سیستم مورچگان ترتیبی مقایسه شده است. نتایج نشان داد الگوریتم FACC با مقدار تابع هدف 196/4 کارایی خوبی را از خود نشان داده و پس از آن الگوریتم های ACOrCC و ACOrankCC به ترتیب با مقادیر 004/17 و 156/26 عملکرد مناسبی را داشته اند. همچنین الگوریتم FACC با مقدار 959/0 دارای بالاترین ضریب اعتمادپذیری می باشد. همچنین نتایج نشان داد با در نظر گرفتن قیود زنجیره ای تمامی اجراهای برنامه منجر به جواب های شدنی گردیده ولی بدون در نظر گرفتن قیود زنجیره ای در مواردی الگوریتم سیستم مورچگان پیوسته قادر به یافتن جواب شدنی نبوده است. لذا اعمال این قیود در بدنه این الگوریتم کارایی آن را به مراتب بالا می برد.کلید واژگان: الگوریتم کرم شب تاب، بهره برداری بهینه، مورچگان پیوسته، مورچگان ترتیبیAs a crucial issue in aqua sciences, optimizing dam reservoirs exploitation has been studied with a variety of optimization techniques. One of these methods is using Meta-Heuristic algorithms such as Firefly and Ants Algorithms. Using the firefly algorithm, this study studies the exploitation optimization of Doroudzan reservoir in a 99-month period. The most sensitive parameter in sensitivity analysis of Firefly Algorithm, α, is known as the mutation rate. Selecting its appropriate value by Firefly worms leads to an appropriate solution and increases the efficiency of the Firefly Algorithm dramatically. To determine the efficiency of this algorithm in optimizing the utilization of the dam reservoir, the obtained results were compared with the results of Continuous Ant System and Ranking Ant System. The findings indicated that FACC algorithm with objective function rate of 4.196 had a satisfactory performance. ACOrCC and ACOrankCC algorithms with the values of 17.004 and 26.156 followed it respectively. In addition, FACC algorithm with a value of 0.959 had the highest reliability coefficient. The results indicated that regarding Chain constraints, all program performances led to feasible solutions; however, ignoring chain constraints, the Continuous Ant System algorithm was unable to find a feasible solution. Hence, applying these constraints in the main structure of this algorithm would enhance its efficiency significantly.Keywords: Continuous Ants, Firefly Algorithm, Optimal Operation, Ranking Ants
-
بیشترین مقدار آب کشور در بخش کشاورزی مصرف می شود. بنابراین استفاده بهینه از آب در این بخش، به میزان قابل توجهی در حفاظت منابع آب و استفاده حداکثری از آب موجود موثر است. در بسیاری از مناطق، سدهای ذخیره ای وظیفه تامین آب کشاورزی پایین دست خود را بر عهده دارند. بهره برداری بهینه از مخازن یکی از مهم ترین بخش های مدیریت منابع آب سطحی بوده و روش های بهینه سازی گوناگونی در این زمینه استفاده شده اند، که پرکاربردترین آنها روش های فراکاوشی می باشند. در این پژوهش الگوریتم کرم شب تاب (FA) به عنوان روشی نوین برای تعیین سیاست های بهینه بهره برداری از مخزن بازفت، به کار گرفته شده است. مدل سازی بهره برداری از مخزن سد بازفت برای یک بازه 120 ماهه مربوط به سال های آبی 66-65 تا 75-74 صورت گرفت. تابع هدف در نظر گرفته شده به صورت کمینه کردن مجموع مجذور نسبت تفاضل مقدار نیاز و مقدار رهاسازی شده از مخزن، به بیشینه نیاز طی دوره بهره برداری تعریف گردید. عملکرد الگوریتم FA با الگوریتم ژنتیک (GA)و بهینه سازی مجموعه ذرات (PSO) که روش های بهینه سازی متداول و شاخصی می باشند، مقایسه و ارزیابی شد. نتایج حاکی از عملکرد بهتر FA نسبت به دو روش دیگر بود، به گونه ای که مقدار متوسط تابع هدف حاصل از FA برابر 0/408 و متوسط تابع هدف برای GA و PSO به ترتیب برابر 0/618 و 0/913 به دست آمد. افزون بر مقدار مناسب تابع هدف، FA مقدار کمبودهای کمتر و خفیف تری نسبت به GA و PSO ایجاده کرده است.
کلید واژگان: الگوریتم کرم شب تاب، بهره برداری بهینه، روش های فراکاوشی، مخزن بازفتThe largest amount of water in Iran is used in agricultural sector. Thus، efficient use of water in this sector will be significantly effective in maintaining water resources and optimum use of available water. In many regions، surface reservoirs are responsible for providing water to downstream agriculture. Optimal operation of reservoir is one of the major parts of surface water resource optimization. So far، several optimization approaches have been used، among them، the most popular methods are Evolutionary Algorithms. In this study، Firefly Algorithm (FA)، as a new method، was proposed for optimal operating of Bazoft reservoir. The operation modeling was carried out for a period of 120 months related to 1986 to 1995 years. The considered objective function was defined as minimizing the sum of squared differences between the demands and the release from the reservoir divided by maximum demand during operation. The model performance was examined compared to Genetic Algorithm (GA) and Particle Swarm Optimization (PSO). These two mentioned algorithms are known as common and standard methods. The results indicated that firefly algorithm can better perform than other methods. The mean value of the objective function of this method was 0. 408، and the mean of the objective function for the GA and PSO were 0. 618 and 0. 913، respectively. In addition، FA has created less deficiency values and milder deficiency compares to GA and PSO.Keywords: Bazoft reservoir, evolutionary methods, firefly algorithm, optimal operation
- 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.