[发明专利]一种城镇环状给水管网的管径优化布置方法

权利要求书

1.一种城镇环状给水管网的管径优化布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取当地不同管材的给水管商业信息，建立当地的管材数据库；

(2)基于水力分析引擎EPANET，完善城镇环状给水管网系统的初始条件和既定布置方式，输出城镇环状给水管网系统的.net文件；通过C语言读取管网系统.net文件，并在管网系统的初始条件和既定布置方式的各数据层中添加属性类别，创建.inp文件并将属性类别和其对应的管网信息写入；

(3)通过二进制方式读取管网系统.inp文件，根据属性类别自动提取.inp文件中管径优化模型所需的数据信息，并结合当地的管材数据库，自动生成与当地管材数据库互馈的管径优化模型；

(4)给水管网系统的管径矩阵U通过EPANET深度耦合改进布谷鸟算法程序(ICS-EPANET)，完成管网系统的管径矩阵U与当地管材数据库信息互馈的自动迭代优化，确定管网建设投资值最低的管径组合，具体ICS-EPANET算法步骤如下：

(4.1)初始化ICS-EPANET算法参数：设定管径矩阵U的的行数(N)、发现概率上限(Pa_max)、发现概率下限(Pa_min)、最大步长控制因子(α_max)和最大迭代次数(t_max)；

(4.2)t＝1，通过随机游走方式和逼近原则生成初始N×n的管径矩阵U＝(d_ij)_N×n；

(4.3)在第t次迭代中，采用ICS-EPANET对U进行自适应的迭代更新，其迭代公式如下：

自适应螺旋Lévy飞行的更新方式：

动态发现概率的更新方式：

x_i^t+1＝x_i^t+γ·H(Pa_max-(Pa_max-Pa_min)t/t_max-ε)·(x_j^t-x_k^t) (2)

式中：x_i^t、x_i^t+1分别为第t代和第t+1代管径矩阵U中第i个矩阵行；α为步长控制因子，用式(3)进行计算；Lévy(λ)为随机搜索路径矩阵，服从Lévy分布：Lévy(λ)＝μ·Φ/|ν|^1/β，μ和ν服从标准正态分布，Φ＝[Γ(1+β)·sin(π·β/2)]/[Γ(1+β)·β·2^(β-1)/2/2]，Γ(1+β)为Γ函数，即β为常数，β∈[0,2]；x_best^t为第t代最优管径组合，D^t为x_i^t到x_best^t的距离，D^t＝|x_best^t-x_i^t|，b为螺旋形常数，p、l为[0,1]之间的随机数，H为海维赛德函数，ε为服从广义Pareto分布的随机数，取ε＝(0.83+0.139·x)^-6，x、γ为服从均匀分布的随机数，γ∈[0,1]，x_j^t、x_k^t分别为第t代管径矩阵U中的2个随机矩阵行；

(4.4)将完成优化的管径矩阵U，通过步骤(4.2)的逼近原则离散取值，将新管径矩阵U的每个矩阵行覆盖.inp文件中的“管径”属性类别，且与当地管材数据库信息互馈，调整.inp文件中的海曾-威廉系数，进行EPANET水力判断，舍弃不满足约束的矩阵行；然后再通过步骤(4.2)的随机游走方式和逼近原则补充新矩阵行，新矩阵行再次通过.inp文件进行EPANET水力判断，直至管径矩阵U的全部矩阵行均满足约束，计算并排序管径矩阵U中所有矩阵行的管网建设投资值，t＝t+1；

(4.5)t＞t_max终止迭代，确定最优管径矩阵行；

(5)管网系统管径的ICS-EPANET优化结束后，输出最优管径矩阵行所对应的.inp文件中所有属性类别及其对应的管网信息。