جفتیابی زنبورهای عسل HBMO

فهرست جدولها                                                  ج
فهرست نمایه ها                                                     چ
چکیده فارسی                                                   د
چکیده انگلیسی                                                 ذ
 
فصل اول : کلیات                                                    1

• پیشگفتار 2
• اهداف پژوهش 4
• فصول پایان نامه 5

فصل دوم: مروری بر پیشینه ی تحقیقات                                      6
فصل سوم: الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل                             39

• طبیعت زنبورهای عسل 40
• انواع الگوریتم جمعیت زنبورها      42
• مدلسازی الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل      43
• الگوریتم توسعه یافته 45

فصل چهارم: مدلسازی و مروری بر آبرسانی شهری                              47

• معادلات حاکم بر آبرسانی شهری 48

  • قوانین بقا                                                                                                                           48
  • خطوط تراز هیدرولکی انرژی                                                                                                    50

تلفات هیدرولکی                                                                                                                 50

• حل معادلات شبکه های آب                                                                                                  51

• شبکه آبرسانی شهرستان لنگرود 52
• تشخیص صحت اطلاعات شبکه 54
• مدلسازی وضعیت فعلی شبکه 61

فصل پنجم: کالیبراسیون و مطالعه ی وضعیت فعلی شبکه                             63

• مقدمه 64
• پژوهشهای انجام گرفته در کالیبراسیون شبکه ی آب           65

• تخمین دبی در گره های اصلی شبکه      71

  • روش منحنی های تیسن 73
  • منطقه بندی و تخمین تراکم جمعیتی لنگرود           74
• کالیبراسیون ضرایب زبری 76
• نتایج و مباحث پیرامون کالیبراسیون و تصحیح دبی           78
• تحلیل وضعیت موجود شبکه 84

فصل ششم: بهینه سازی و بررسی نتایج آن                                    96

• مقدمه 97
• توضیحی درباره ی معادلسازی الگوریتم           98
• شرایط بهینه سازی 98
• بررسی صحت الگوریتم بهینه سازی      100
• نتایج حاصل از بهینه سازی مدل کلی شبکه ی آبرسانی لنگرود               101

فصل هفتم: نتیجه گیری                                              110
فصل هشتم:پیشنهاد برای ادامه ی پژوهش                                     112
مراجع                                                         115
 
فهرست جدول ها:
3-1- تناظر یک به یک بین عوامل فرایند جفتگیری و پارامترهای الگوریتم                    44
4-1- جمعیت لنگرود در سرشماری های سالهای مختلف                                53
4-2- فشارهای خوانده شده در گره های شبکه                                      60
5-1- دبی های بدست آمده از روش تیسن برای گره های متناظر                           75
5-2- فشارهای ران 22                                           78
5-3- دبی های ران 22                                           78
5-4- ثابت های هیزن ویلیامز برای لوله ها در ران 22                                79
6-1- قطر لوله های پلی اتیلن به کار رفته در بخش بهینه سازی بهمراه هزینه و ضریب زبری             98
 
 
فهرست نمایه ها و نمودارها:

3-1- ترسیمه ی الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل                              43
4-1- فایل آرک مَپ با مختصات غلط نقشه ی شبکه                              55
4-2- فایل ایپنت بدست آمده از شرکت مشاور که تنها شصت در صد اطلاعات شبکه را دارد            56
4-3- نقشه ی مسکونی شهر در محیط آرک مَپ                                   56
4-4- تصویر شبکه ی آبرسانی با مختصات اصلاح شده در آرک مَپ                           57
4-5- تصویر لوله های اصلی شبکه و گره های اصلی پس از انجام عملیات طی شده                   57
4-6- جانمایی نهایی مورد استفاده جهت کالیبراسیون و بهینه سازی                          59
4-7- نمایه ی جانمایی نهایی در تحلیلگر ایپنت                                  60
5-1- نمایه ی منحنی های تیسن بدست آمده برای گره های اصلی                          74
5-2- مطابقت نقشه ی شهر را بر منحنی های تیسن جهت کلیپ کردن و بدست آوردن ضرایب تراکم        75
5-3- نمودار مطابقت فشارهای مود توزیع با ران بهینه                                79
5-4- نمودار مطابقت ضرایب زبری مود توزیع با ران بهینه                             80
5-5- نمودار تغییرات کلی صرایب زبری ران بهینه و مود توزیع                         80
5- 6- نمودار همگرایی بر حسب بیشینه ی توابع هدف در رانها                          82
5-7- نمودار همگرایی به ازای میانگین توابع هدف در رانها                                83
5-8- توزیع فرکانس مقادیر فشار در گره های شبکه                                84
5-9- توزیع فرکانس هد در گره های شبکه                                    84
5-10- توزیع فرکانس مصرف در گره های شبکه                                      85
5-11- نمودار توزیع فرکانسی ضریب اصطکاک در لوله های شبکه                          86
5-12- نمودار توزیع فرکانسی سرعت در لوله های شبکه                                 87
5-13- دیاگرام تراز ارتفاعی در گره ها                                         87

5-14- دیاگرام مصارف در گره ها                                           88
5-15- دیاگرام فشار در گره ها                                       88
5-16- دیاگرام تناظر مقدار قطرها به لوله ها                                   89
5-17- دیاگرام تناظر طول با لوله ها                                           89
5-18- دیاگرام سرعت در لوله ها                                           90
5- 19- دیاگرام ضریب اصطکاک در لوله ها                                   90
5-20 – دیاگرام جریان در لوله ها                                         91
5- 21- کانتور وضعیت فشاری شبکه                                          92
5-22- کانتور وضعیت مصرف در شبکه                                         93
5-23 – کانتور وضعیت هد در شبکه                                          93
5-24- کانتور تراز ارتفاعی در شبکه                                       94
6-1- نمودارهای همگرایی برای الگوریتم در گام بهینه سازی                           100
6-2- نمودار مقایسه ی هد در گره ها پیش و پس از بهینه سازی                         102
6-3- نمودار مقایسه ی فشار در گره ها پیش و پس از بهینه سازی                            102
6-4- نمودار مقایسه ای سرعت در لوله ها پیش و پس از بهینه سازی                          103
6-5- نمودار مقایسه ای تلفات واحد طول در لوله ها پیش و پس از بهینه سازی                        104
6-6- نمودار مقایسه ای جریان در لوله ها پیش و پس از بهینه سازی                         105
6-7- کانتور فشار در جغرافیای شبکه ی آبرسانی لنگرود                               106
6-8- کانتور تغییرات هد در جغرافیای شبکه آبرسانی لنگرود                           108
 
چکیده
بررسی معایب شبکه های آبرسانی شهری (بعنوان نمونه شبکه ی آب لنگرود) و بهینه سازی و طراحی شبکه ی بهینه برای یک منطقه ی خاص با بهره گرفتن از الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل HBMO
 
با توجه به بحران جهانی آب، امروزه رویکردی ویژه به طراحی و استفاده ی بهینه از شبکه های آبرسانی در سرتاسر کره خاکی پدید آمده است. این نگرش بویژه در کشورهای در حال توسعه مانند ایران بسیار جدی تر می بایست دنبال شود. همانگونه که از نتایج ارائه شده در این پایان نامه برخواهد آمد ؛ شبکه ی آبرسانی لنگرود علاوه بر فرسودگی و غیرمهندسی ساز بودن آن عملکرد مناسبی برای توزیع آب بصورت صحیح برای ساکنان شهر ندارد. کمبود فشار و دبی، آشکارا در نقاط متعددی از شهر برای مردم ایجاد مشکل کرده است. در این پایان نامه روشی کاربردی جهت بهینه سازی شبکه ی آبرسانی شهر لنگرود با بهره گرفتن از یکی جدیدترین الگوریتمهای فراکاوشی به نام الگوریتم جفتیابی زنبورهای عسل ارائه گردیده است که علاوه بر بار آکادمیک کاربردی نیز می تواند باشد. ویژگی تمام شبکه های فرسوده اینست که با کمبود اطلاعات مواجه اند لذا در این پایان نامه از تقریبهای نوینی برای تخمین آنها استفاده گردید. مهمترین این تقریبها یکی در تخمین دبی ها در گره های اصلی شبکه با روش منحنی های تیسن و به کمک نرم افزار جی آی اس به کار رفته است و دیگری در کالیبراسیون ضرایب زبری در لوله های شبکه ؛ که بطور مفصل یک بخش از پایان نامه را به خود اختصاص داده است. آنچه در این فرایند انجام گرفته است نهایتا جهت تعیین وضعیت فعلی شبکه بوده است. در فصل پایانی بعنوان اطلاعات ورودی برای بهینه سازی شبکه مورد استفاده قرار گرفته است. بهینه سازی مدل کلی شبکه با بهره گرفتن از الگوریتم فراکاوشی و تکاملی جفتیابی زنبورهای عسل انجام گرفته است.
کلیدواژه: بهینه سازی ، شبکه های آب شهری ؛ جفتیابی زنبورهای عسل ؛ کالیبراسیون دبی و ضرایب زبری
 
Abstract
Developing an optimization process for a specific urban water distribution system (Langarud city’s water network) using Honey-Bee Mating Optimization
Saman Sabbaghpour
In the developing countries, many of the urban water networks are so old and they are not designed as well as modern cities, therefore, it is of high concerns to find the basic information of a water network specially the friction factors of the pipes. Even sometimes the flow rate in the main nodes of the network is not known. This problem should be solved before doing any other calculations on the network.
In this dissertation a new meta-heuristic approach based on the nature of honey bees mating have been used for the calibration of a real city in the north of Iran named Langarud. This city has nearly a population of 68000 people and about 43000 water users. Langarud’s area is about 900 square kilometers. The method is used to determine the Hazen-Williams roughness factor of the main pipes of the town and a correction factor for the nodal demands in the main nodes of the network. As the flow rate is not known in the main nodes , Theisen polygons method were used to approximation of the flow rates in the main nodes.
After calibrating the network, HBMO technique is used again so as to optimize the Langarud’s water network model which has been achieved from the calibration process. The optimization stage is held for increasing the pressure in nodes uniformly with changing the pipes diameters in a way that the cost of this changing becomes the least. This is a multi-objective optimization as the operational parameters of the network will be optimized simultaneously with the cost of changing network’s pipes.
After the optimization process, the network’s parameters are improved and as the HBMO algorithm was previously used to a benchmark problem named New York Tunnel and showed a great consistency in results with other best methods in the literature, the accuracy of the method is proved. This algorithm is linked by the Epanet software and has the ability to be used for other proposes of optimization like designing a new network optimally. In the end of the thesis, an analysis is held to the results of both calibration and optimization stages.
 
Keywords: Pressure drop, Honey-Bee Mating, Urban water network, Water distribution, Optimization.