一种多目标水肥一体化系统轮灌组划分方法技术方案

技术编号:20628989 阅读:339 留言:0更新日期:2019-03-22 23:06
本发明专利技术涉及一种多目标水肥一体化系统轮灌组划分方法,包括以下步骤:步骤1:建立多目标水肥一体化轮灌组数学模型;步骤2:对所有的轮灌支管进行分配,求解所述步骤1中建立的数学模型的多目标优化的Pareto最优解集,即求得各种扬程和流量均衡的组合,为选择适应于不同实际情况的设计方案提供最优解集。本发明专利技术的有益效果是:采用基于Pareto最优和随机赌轮盘方法相结合的方式,求解多目标水肥一体化轮灌组划分问题,为适应不同的设计实际需求,缩短灌溉组设计时间,提高水肥一体化管网设计效率。

A Method for Partitioning Rotary Irrigation Groups in Multi-objective Integrated Water and Fertilizer System

The invention relates to a method for partitioning multi-objective water and fertilizer integrated system rotation irrigation group, which includes the following steps: step 1: establishing a multi-objective mathematical model of water and fertilizer integrated rotation irrigation group; step 2: distributing all the branches of rotation irrigation, solving the Pareto optimal solution set of multi-objective optimization of the mathematical model established in step 1, that is, obtaining the combination of various head and flow balances for selection. Optimal solution set is provided by choosing design schemes adapted to different practical situations. The beneficial effect of the present invention is to solve the problem of multi-objective water and fertilizer integrated rotation irrigation group partition by combining Pareto optimum method with random roulette method, in order to meet different design requirements, shorten the design time of irrigation group and improve the design efficiency of water and fertilizer integrated pipeline network.

【技术实现步骤摘要】
一种多目标水肥一体化系统轮灌组划分方法
本专利技术涉及农业和园林灌溉
,涉及一种多目标水肥一体化轮灌组划分方法。
技术介绍
轮灌组划分是节水灌溉设计中重要的环节,在现代的节水灌溉系统中,水肥一体化设备将越来越多的被考虑使用。水肥一体化设备的价格昂贵,其价格随着其工作水头的大小、调节压力范围的大小所决定的。所以在轮灌组划分和设计中,需要更强调压力波动的控制。而轮灌组划分时,压力的波动和流量的波动并不是完全相关的,因此在建立轮灌组优化模型时,两个目标可分开进行优化。分别将压力波动最小和流量波动最小为目标,构建多目标优化模型,通过求解多目标优化问题可得到一组具有不同压力波动和流量波动的解集,可从中选取适合与当前需求的解进行轮灌组的划分。轮灌方案的划分,决定着系统运行成本、运行稳定性及灌溉均匀度等。通过多目标的优化的方式,可有效的提高轮灌组划分的经济性和稳定性,同时提高适应不同需求的实际情况鲁棒性。
技术实现思路
本专利技术提供一种轮灌组多目标划分方法,采用基于Pareto最优和随机赌轮盘方法相结合的方式,求解多目标水肥一体化轮灌组划分问题,为适应不同的设计实际需求,缩短灌溉组设计时间,提高水肥一体化管网设计效率。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下:本专利技术的有益效果是:通过建立有效的多目标轮灌组划分数学模型,将抽象的轮灌组划分以定量的1、一种多目标水肥一体化系统轮灌组划分方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立多目标水肥一体化轮灌组数学模型;步骤2:对所有的轮灌支管进行分配,求解所述步骤1中建立的数学模型的多目标优化的Pareto最优解集,即求得各种扬程和流量均衡的组合,为选择适应于不同实际情况的设计方案提供最优解集。步骤1中建立的多目标数学模型为,minF(X)=(f1(x),f2(x))其中,N为待划分轮灌支管的根数,M为轮灌组数;Xij表示第i根支管在第j个轮灌组中的开闭状态,当Xij=1时,表示第i根支管在第j个轮灌组中为打开状态,当Xij=0时,表示第i根支管在第j个轮灌组中为关闭状态;hi和qi分别为第i根支管进口的进口需求压力和进口需求流量;Hj和Qj分别为第j个轮灌组的扬程和流量;μH和μQ分别为各轮灌组扬程和流量的平均值;σH和σQ分别为各轮灌组扬程和流量的标准差。步骤2采用文化算法和多目标分布估计算法相结合的方式,其具体步骤为,步骤2.1:将所有轮灌支管的开关状态进行初始化,构造群体中的个体;随机选择每一行中的一个变量设置为1,其他设置为0,表示第一个只管分配给该轮灌组。步骤2.2:计算每个个体每组轮灌组的水头和流量,计算整个系统的平均流量、平均水头、流量标准差、水头标准差;步骤2.3:计算每个个体目标函数f1(x),f2(x)的函数值;步骤2.4:根据Pareto最优的定义,分析当前群体和上一代Pareto最优解集中的所有个体,找出合并集合的Pareto最优解;步骤2.5:通过分析Pareto最优解集中的解,计算个支管概率矩阵PNM为在Pareto最优解集的所有个体中第N个支管在第M个轮灌组中出线的次数,如果一次都没有出现则PNM设置为1;步骤2.6:采用赌轮盘方法生成新的个体,即按概率矩阵设置每一行中的一个变量为1采用基于Pareto最优和随机赌轮盘方法相结合的方式,求解多目标水肥一体化轮灌组划分问题,为适应不同的设计实际需求,缩短灌溉组设计时间,提高水肥一体化管网设计效率。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本专利技术,并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示,一种轮灌组划分方法,其包括以下步骤:具体实施方式,取N=149、M=24,即轮灌支管的数量为149根,轮灌组的数量为24个,而采用本专利技术的轮灌组划分方法,得到一组最优解,群体中个体数取200。具体计算结果如下表1所示:表1轮灌组最优解集对应其中一个方案的轮灌组划分方案如下表2轮灌组计算结果表以上所述仅为本专利技术的较佳实施例,并不用以限制本专利技术,凡在本专利技术的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多目标水肥一体化系统轮灌组划分方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立多目标水肥一体化轮灌组数学模型,基于以下公式:min F(x)=(f1(x),f2(x))

【技术特征摘要】
1.一种多目标水肥一体化系统轮灌组划分方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立多目标水肥一体化轮灌组数学模型,基于以下公式:minF(x)=(f1(x),f2(x))其中,N为待划分轮灌支管的根数,M为轮灌组数;Xij表示第i根支管在第j个轮灌组中的开闭状态,当Xij=1时,表示第i根支管在第j个轮灌组中为打开状态,当Xij=0时,表示第i根支管在第j个轮灌组中为关闭状态;hi和qi分别为第i根支管进口的进口需求压力和进口需求流量;Hj和Qj分别为第j个轮灌组的扬程和流量;μH和μQ分别为各轮灌组扬程和流量的平均值;σH和σQ分别为各轮灌组扬程和流量的标准差;步骤2:对所有的轮灌支管进行分配,求解所述步骤1中建立的数学模型的多目标优化的Pareto最优解集,即求得各种扬程和流量均衡的组合,为选择适应于不同实际情况的设计方案提供最优解集,具体是采用文化算法和多目标分布估计...

【专利技术属性】
技术研发人员:顾巍叶志伟严盟閤大海苏军
申请(专利权)人:湖北工业大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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