一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统，其特征在于包括以下步骤：1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组优化模型，并确定其约束条件；2)采用离散粒子群算法对步骤1)中建立的多目标轮灌组优化模型进行求解，基于得到的解对轮灌组进行分组优化。本发明专利技术建立滴灌轮灌组优化数学模型和智能求解算法，解决了手工计算轮罐组耗时耗力，效率低下问题，具有较好的通用性，适用于多数滴灌轮灌组划分问题。因此，本发明专利技术可以广泛应用于滴灌领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统
本专利技术涉及一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法和系统，属于滴灌

技术介绍
膜下滴灌是在滴灌技术与覆膜种植技术的优点相结合的基础上，针对新疆规模化种植特点、组装集成的一种适于机械化大田栽培的现代化节水灌溉技术。滴灌轮灌方式水量相对集中，管理简便，是适用于集中连片规模化经营土地的灌溉工程模式，也是目前新疆膜下滴灌工程主要应用模式。截止2019年，全疆应用膜下滴灌规模已超过5000万亩(含兵团1500万亩)，占全国比重的60％左右。滴灌轮灌组以一条支管控制面积的灌溉范围为基本灌水单元，一条或多条支管构成一个轮灌组(例如1-1,1-2,1-3,2-1,2-2，2-3中，“-”前数字代表分干管，“-”后数字代表支管号，整体构成一个轮灌组)，每个轮灌组运行时，该轮灌组内支管上所有毛管全部开启，一个轮灌组灌水完成后，开启下一个轮灌组内的支管，然后关闭前一个轮灌组内的支管。管理人员按照工程规划的轮灌组划分顺序开关阀完成区域地块灌溉，即形成一种滴灌轮灌分组工作制度。随着新疆兵团大农业经营体制改革，部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组数学优化模型，并确定其约束条件；/n2)采用离散粒子群算法对步骤1)中建立的多目标轮灌组数学模型进行求解，基于得到的解对轮灌组进行分组优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于包括以下步骤：
1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组数学优化模型，并确定其约束条件；
2)采用离散粒子群算法对步骤1)中建立的多目标轮灌组数学模型进行求解，基于得到的解对轮灌组进行分组优化。


2.如权利要求1所述的一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于：所述步骤1)中，建立多目标轮灌组数学优化模型，并确定其约束条件的方法，包括以下步骤：
1.1)以各轮灌组流量均差最小和开关阀路径最短为优化目标，建立多目标轮灌组数学模型；
1.2)根据相关执行技术标准，确定多目标轮灌组数学模型的约束条件。


3.如权利要求2所述的一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于：所述步骤1.1)中，建立的多目标轮灌组优化模型为：






其中，模型f1(x)表示轮灌组流量均方差，模型f2(x)表示轮灌组手工开关阀路径距离；j表示轮灌组号，i表示滴灌支管号；C表示轮灌组流量的均方差；αj表示各轮灌组流量平均值；Fj为第j轮灌组流量和；M表示轮灌组数；D表示所有开关阀路径之和；Sj表示采用迪杰斯特拉算法对第j个轮灌组计算最短路径。


4.如权利要求2所述的一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于：所述步骤1.2)中，所述约束条件包括流量约束、组流量差约束和变量约束。


5.如权利要求4所述的一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于：各所述约束条件的计算公式为：
①流量约束：



其中，fi为支管号设计流量，第j个轮灌组流量和应小于设计流量，F为轮灌组设计流量；Xij表示第i根支管在第j个轮灌组中的开闭状态，Xij＝0和1分别表示第i根支管在第j个轮灌组中状态为关和开；N表示滴灌轮灌组支管数；
②组流量差约束：
ΔF＝MAX(Fj)-MIN(Fj)＜β
其中，ΔF为轮灌组流量之差；Fj为第j轮灌组流量和；β为流量差阈值,默认为设计流量5％；
③变量约束：
Xij＝{0,1}
其中，Xij表示第i根支管在第j个轮灌组中的开闭状态，Xij＝0和1分别表示第i根支管在第j个轮灌组中状态为关和开。


6.如权利要求1所述的一种基于粒子群算法的轮灌组优化方法，其特征在于：所述步骤2)中，采用离散粒子群算法对步骤1)中建立的多目标轮灌组优化模型进行求解的方法，包括以下步骤：
2.1)根据轮灌组数M、支管数N、设计流量F、支管号流量fi和多目标轮灌组优化模型构建目标函数，并进行参数设定；
2.2)初始化离散粒子群粒子，编码方式为Xij，每一行表示一个轮灌组，每一行中变量随机产生0和1，代表轮灌组中支管状态为关和开；
具体的，采用基于网格的方式建立初始解，将滴灌区域按照网格方式等分，并在每个网格区域内随机生成一个随机点，每个随机点代表一个轮灌组，随机点以贪心策略按最短路径方式将周边开关阀纳入轮灌组，并由此建立轮灌组初始解，得到：



其中，Xij表示第i根支管在第j个轮灌组中的开闭状态，Xij＝0和1分别表示第i根支管在第j个轮灌组中状态为关和开；N表示滴灌轮灌组支管数；M表示轮灌组数；
2.3)计算初始化粒子适应度值，并把非劣解拷贝到非劣解集中；更新粒子个体速度和位置，并判断步骤2.2)产生的粒子群粒子是否满足约束条件，如果不满足约束条件则摒弃，并返回步骤2.2)继续产生新粒子；
速度更新公...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，陈伟能，田敏，邓红涛，于浩，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65