harmony search algorithm
در نشریات گروه آب و خاک-
یکی از راه های کنترل سیلاب در مسیل ها، ساخت سدهای پاره سنگی بدون هسته رسی در مسیر جریان می باشد. این سدها، دبی اوج سیلاب عبوری را کاهش داده و زمان تخلیه سیلاب را افزایش می دهند. در تحقیق حاضر در فلوم آزمایشگاهی، مدل هایی از سد پاره سنگی با سنگدانه به قطر متوسط 2 سانتی متر با طول های 155، 165 و 175 سانتی متر در جهت جریان، با شیب های مختلف ساخته شد و برای هر مدل، 3 دبی مختلف جریان در نظر گرفته شد که در هر دبی، عمق پایاب با استفاده از دریچه کنترل، برای 5 حالت متفاوت، تغییر داده شد و در مجموع 405 آزمایش انجام شده است. پس از انجام آنالیز ابعادی، کمیت های بی بعد استخراج گردیده و سپس با اعمال رگرسون غیرخطی چند متغیره، که تابع هدف مرتبط با ضریب دبی و کمیت های بی بعد را نشان می دهد استخراج شده است. با انجام آنالیز حساسیت نسبت به حذف کمیت های بی بعد، مشخص شد با حذف کمیت (ارتفاع سد به عمق آب در بالادست) میانگین مطلق خطای نسبی، 2/5 درصد افزایش یافت در حالی که با حذف کمیت (شیب وجه پایاب سد) میانگین مطلق خطای نسبی، 8/6 درصد افزایش یافت و به منظور تعیین مشخصات بهینه سد تاخیری پاره سنگی با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی، برای حداکثر ضریب دبی در نظر گرفته شده، مقادیر بهینه استخراج گردید و پارامتر HMCR در همگرایی پاسخ، بسیار تاثیرگذاربوده است.کلید واژگان: سد پاره سنگی، جریان درونگذری، بهینه سازی، الگوریتم جستجوی هارمونیOne of the ways to control floods in the rivers is to build rock-fill dams without clay core in the flow path. These dams reduce the peak flow of the passing flood and increase the flood evacuation time. In the current research in the laboratory flume, models of rock-fill dam with aggregates with an average diameter of 2 cm with lengths of 155, 165 and 175 cm in the flow direction were built with different slopes and 3 different flow rates were considered for each model. In each discharge, the depth of the footing of wall was changed using the control valve, for 5 different modes, and a total of 405 tests were performed. After performing the dimensional analysis, dimensionless quantities were extracted and then by applying multivariable nonlinear regression, which shows the objective function related to the discharge coefficient and dimensionless quantities. By performing a sensitivity analysis on the removal of dimensionless quantities, it was found that by removing the quantity the height of the dam to the depth of the water upstream, the absolute average of the relative error increased by 2.5%. While by removing the quantity (slope of the abutment of the dam), the absolute average of the relative error increased by 8.6%.the quantity the height of the dam to the depth of the water upstream, the absolute average of the relative error increased by 2.5%. While by removing the quantity (slope of the abutment of the dam), the absolute average of the relative error increased by 8.6%Keywords: Rock-fill dam, Internal Flow, optimizing, harmony search algorithm
-
وجود فشار بالا در شبکه های توزیع آب موجب نشت، هدر رفت آب و متعاقبا افزایش هزینه های بهره برداری خواهد شد. امروزه شیرهای فشارشکن به منظور ایجاد فشار مناسب در شبکه به کار می روند. شبکه توزیع آب شهر جوانرود به دلیل اختلاف ارتفاع زیاد در برخی نقاط دارای فشار بالا است. در این مطالعه با تعریف چهار سناریو و استفاده از الگوریتم جستجوی هماهنگ تک هدفه و دو هدفه موقعیت و تنظیمات شیرهای فشارشکن برای این شبکه تعیین شد. در الگوریتم تک هدفه جستجوی هماهنگ قابلیت اطمینان ترکیبی و در الگوریتم دو هدفه قابلیت اطمینان فشاری و سرعتی به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که الگوریتم تک هدفه 17 درصد و الگوریتم دو هدفه 14 درصد نسبت به وضعیت موجود قابلیت اطمینان شبکه افزایش داشته است. بررسی تغییرات قابلیت اطمینان ترکیبی در 24 ساعت شبانه روز نشان می دهد که مقادیر قابلیت اطمینان ترکیبی حاصل از الگوریتم دو هدفه نوسانات بسیار کمی نسبت به الگوریتم تک هدفه داشته است. به عبارتی در طول شبانه روز قابلیت اطمینان شبکه تقریبا ثابت بوده است. همچنین در نظر گرفتن محل و تنظیمات شیرهای فشارشکن به عنوان متغیر تصمیم نتایج بهتری نسبت به تغییر قطر لوله ارایه می دهد که دلیل آن را می توان در اختلاف ارتفاع زیاد شبکه دانست.
کلید واژگان: قابلیت اطمینان، تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر فشار، الگوریتم جستجوی هماهنگ، بهینه سازی چند هدفهPressure management and reduction of high pressures are necessary to reduce leakage and extend the life of water distribution network equipment. There is a need for a benchmark and indicator to compare the distribution network pressure management. Investigation of the presented indicators shows that the reliability index is a suitable criterion for evaluating pressure management. In this research, using optimization methods, pressure reducing valves and changing the diameter of the pipe, the possibility of increasing the reliability of Javanrood water distribution network was investigated. In this study, using single-objective and two-objective optimization algorithms, the position and settings of pressure relief valves were determined for this network. In the single-objective Harmony Search algorithm, network reliability was considered, and in the two-objective algorithm, pressure and velocity reliability were considered as the objective functions. The results showed that the single-objective algorithm has increased the reliability of the network by 17% and the two-objective algorithm by 14% compared to the current situation. Examining the changes of network reliability in 24 hours of the day shows that the network reliability values obtained from the two-objective algorithm had very little fluctuations compared to the single-objective algorithm. In other words, the reliability of the network has been almost constant throughout the day.
Keywords: network reliability, Pressure Dependent Analysis, Harmony Search algorithm, multi-objective optimization -
بهره برداری بهینه از مخازن یکی از موضوعات مهم در مدیریت منابع آب سطحی بوده و روش های بهینه سازی مختلفی در این زمینه استفاده شده اندکه پرکاربردترین آنها الگوریتم های فراکاوشی می باشند. در تحقیق حاضر الگوریتم جستجوی هارمونی (HSA) برای تعیین بهره برداری بهینه از سیستم های چندمخزنه مورد ارزیابی قرار گرفت. مقدار بهینه مطلق با استفاده از یک مدل برنامه ریزی خطی (لینگو) به دست آمد. HSA ابتدا برای بهینه سازی یک سیستم چهار مخزنه به کار گرفته شد. مقدار تابع هدف با استفاده از لینگو برابر 308.2915 و با استفاده از HSA برابر 308.2900 محاسبه شد که 0.0005 درصد با بهینه مطلق اختلاف داشت. پس از موفقیت الگوریتم HS در حل سیستم چهار مخزنه، یک سیستم ده مخزنه در نظر گرفته شد. مقدار تابع هدف با استفاده از لینگو برابر 1194.4 و با استفاده از HSA برابر 1193.1 محاسبه شد که 0.1 درصد با بهینه مطلق اختلاف داشت. پس از موفقیت الگوریتم در حل مسائل چندمخزنه بهره برداری از مخزن سد دز برای یک دوره میان مدت (10 سال آماری) مدنظر قرار گرفت که جواب الگوریتم %1.31 با جواب بهینه مطلق اختلاف داشت. بنابراین می توان نتیجه گرفت که این الگوریتم توانایی حل مسائل بهینه سازی سیستم های واقعی را نیز دارد.
کلید واژگان: الگوریتم جستجوی هارمونی، الگوریتم فراکاوشی، برنامه ریزی خطی، بهره برداری چند مخزنه، بهینه سازیExistence periods of drought in the past decade, increasing growth of population, limitation surface water resources, cause the proper management of the reservoirs of dams. Operation of reservoirs is influenced by a lot of goals and generally many of these goals are incompatible with each other. The inflows to the reservoir and the storage volumes are uncertain which increases the operation of the complexity of the reservoir. The main challenge is to find the best release of the reservoir and hydrosystems optimization. Various optimization methods have been introduced for the operation of the reservoir. But some of these methods have disadvantages that use of them are not possible for all issues. Bozorg Haddad (2005) used Honey Bees Mating optimization for solving design problems and o The ant colony algorithm was also used to exploit a four-reservoir system in a discrete space that was able to optimize the problem with greater accuracy and less computing time than the genetic algorithm (Jalali et al 2007). Mousavi et al (2017) used the Harmony Search Algorithm to the optimization of water powerhouse storage projects and reported satisfactory results. Harmony search algorithm was presented by Geem et al for the first time in 2000. In this research Harmony Search Algorithm (HSA) is evaluated to determine the optimal operation of multi-reservoir systems. Then in order to evaluate the ability of the algorithm to solve real problems, the optimal operation of Dez Dam reservoir in Khuzestan province has been considered for a period of 10 years (1990-1992) with 120 months. In the single- reservoir issue of Dez Dam, the goal is to provide of agricultural demand of downstream or to determine the optimal monthly release for 10 years operation. The optimum value was obtained by using a linear programming model (Lingo). Lingo model has the ability to solve nonlinear models and provides the global optimum in some cases such as the intended problem where the objective function is convex. Therefore, the solutions obtained from the HSA model were compared with the solutions obtained from Lingo software program. A new heuristic algorithm derived from an artificial phenomenon found in musical performance namely the process of searching for better harmony can be introduced. Music harmony is a combination of sounds considered pleasing from an aesthetic point of view. Harmony in nature is a special relationship between several sound waves that have different frequencies. Musical performances seek the best state (fantastic harmony) determined by aesthetic estimation, as the optimization algorithms seek the best state (global optimum-minimum cost or maximum benefit or efficiency) determined by objective function evaluation. Aesthetic estimation find by the set of the sounds played by joined instruments, just as objective function evaluation find by the set of the values produced by component variables; the sounds for better aesthetic estimation can be improved through practice after practice, just as the values for better objective function evaluation can be improved iteration by iteration. The new algorithm is named Harmony Search (HS) and the steps in the procedure of HS are as follows: Step 1) Initialize a Harmony Memory (HM). Step 2) Improvise a new harmony from HM. Step 3) If the new harmony is better than least harmony in HM, include the new harmony in HM, and exclude the minimum harmony from HM. Step 4) If stopping criteria are not satisfied, go to Step 2. Harmony Memory Considering Rate (HMCR), which ranges from 0 to 1. If a uniformly generated value between 0 -1 occurs above the current value of the HMCR, then HS finds notes randomly within the possible playable range without considering HM. An HMCR of 0.85 means that at the next step, the algorithm chooses a variable value from HM with an 85% probability. For improving solutions and escaping local optima, yet another option may be introduced. This option mimics the pitch adjustment of each instrument for tuning the ensemble. For computation, the pitch adjustment mechanism is devised as shifting to neighboring values within a range of possible values. A Pitch Adjusting Rate (PAR) of 0.10 means that the algorithm chooses a neighboring value with 10% probability (an upper value with 5% or lower value with 5%. In the present study, first HSA was used to the optimization of a four-reservoir system. The objective function was calculated to equal to 308.2915 by using Lingo software, and this amount was calculated to equal to 308.2900 by using HSA that had a different of 0.0005 percent with the global optimum. After the success of HSA in solving the four-reservoir system, a ten-reservoir system was considered. The Objective function was calculated to equal to 1194.4 by using Lingo software, and this value was calculated to equal to 1193.1 by using HSA that had a different of 0.1 percent with the global optimum. In the single- reservoir issue of Dez Dam, the value of global optimum of the objective function was calculated by using software Lingo 1.9188 and by using HSA 1.944 that had a different of 1.31% with the global optimum. So it can be concluded that this algorithm has the ability to solve optimization problems of the real system
Keywords: Harmony Search Algorithm, Linear programming, Meta, heuristic algorithm, Multi dam operation, Optimization -
بهره برداری از مخازن تحت تاثیر اهداف فراوانی است و عموما بسیاری از این اهداف با یکدیگر در تناقض هستند. از طرفی جریان های ورودی به مخزن و حجم های ذخیره دارای عدم قطعیت هستند که باعث افزایش پیچیدگی های بهره برداری از مخازن شده است. استفاده از روش های بهینه سازی برای تعیین سیاست بهره برداری از مخازن، مسئله ای مهم در برنامه ریزی و مدیریت منابع آب است. روش های فراکاوشی به عنوان یک ابزار سودمند در بهینه سازی سیستم های پیچیده توسعه داده شده اند. در تحقیق حاضر، به منظور ارزیابی توانایی الگوریتم HS در حل مسئله بهره برداری مخزن و همچنین به منظور نشان دادن کارایی الگوریتم در حل مسائل با تعداد زیاد متغیرهای تصمیم، بهینه سازی بهره برداری از مخزن سد دز برای یک دوره آماری بلند مدت (40 سال) در نظر گرفته شده است. هدف تامین نیاز کشاورزی پایین دست می باشد. مقدار بهینه مطلق تابع هدف با نرم افزار لینگو برابر 55/10 و با استفاده ازالگوریتم HSA برابر 78/19 محاسبه گردید. نتیجه حاصل از الگوریتم HSA با الگوریتم های HBMO و ACO مقایسه و معلوم شد که الگوریتم HSA جواب بهتری نسبت به الگوریتم های HBMO و ACO ارائه داده است. بنابراین، می توان استفاده از این الگوریتم را در بهره برداری بهینه از مخازن با توابع هدف پیچیده تر و تعداد مخازن بیشتر توصیه نمود.
کلید واژگان: الگوریتم جستجوی هارمونی، بهینه سازی، سد دز، فراکاوشی، لینگوOperation of reservoirs is influenced by lots of goals and generally many of these objectives are inconsistent with each other. The inflows of reservoir and storage volumes are uncertain, which lead to increase the complexity of the operation of the reservoirs. Utilization of optimization methods to determine the operational policy of the reservoirs is an important issue in the planning and management of water resources. Heuristic techniques have been developed as a tool in the optimization of complex systems. In this study, in order to evaluate the ability of the HSA in solving the problem of reservoir operation, and also to present the algorithm's efficiency in solving the problems with a large number of decision variables, optimization of the Dez dam reservoir operation is considered for a long time period (40 years). The goal is supplying the agricultural water demand of downstream. The global optimum value of the objective function was calculated 10.55 by application of the Lingo software and 19.78 by use of the HAS algorithm. The results of HSA were compared with HBMO and ACO algorithms and it was revealed that the HSA could present a better solution than HBMO and ACO algorithms. So, the use of this algorithm for optimal operation of reservoirs with more complex objective function and a greater number of reservoirs, could be recommended.
Keywords: Dez dam, Harmony Search Algorithm, Lingo, Meta- heuristic, optimization -
Optimal operation of reservoirs is one of the ways of dealing with water management issues and encountering with inappropriate spatial and temporal distribution of water. In this research, a metaheuristic algorithm called Water Cycle Algorithm (WCA), has been developed in MATLAB software, with the purpose of optimal operation of a Multi-reservoirs system (Golestan and Voshmgir dams) located at Gorganrood Basin (North of Iran), fora five year period (from 2007-2008 to 2011-2012). At first, the performance of the developed model was investigated through several standard test functions. Next, the developed model is applied for monthly allocation of Gorganrood Multi-reservoirs system. The objective function was defined as the minimization of the total deficit for the study period.In order to performance evaluation of the developed model, two criteria of reliability (temporal and volume) and vulnerability have been used. The results of the developed model were compared with those of the other metaheuristic algorithms including Harmony Search Algorithm (HS) and Imperialist CompetitiveAlgorithm (ICA).The WCA, HS and ICA were capable to supply 97.73, 85.57 and 93.17 percent of Golestan dam water demand, respectively. For the Voshmgir dam, the mentioned models could supply 97.06, 86.88 and 93.44 percent of water demand, in same order. The temporal reliability (α=0.9) for WCA, HS and ICA models, was obtained 95, 25and 50 percent for Golestan dam and 91.67, 38.33 and 65 percent for Voshmgir dam, respectively, revealed that the WCA was superior in optimal allocation of Multi-reservoirs system.Keywords: Water Cycle Algorithm, ImperialistCompetitiveAlgorithm, Harmony Search Algorithm, Optimal operation of reservoir, Golestan, Voshmgir Dams
- 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.