基于改进粒子群算法的排水管网智能化调度仿真系统研究

摘要

排水管网是现代化城市必不可少的重要基础设施。目前国内大多数城市的排水管网在管理和维护方面存在自动化程度低、标准低、排水能力差等问题。并且大多数城市的排水管网一直沿用传统的技术方案和图纸，凭借经验对地下的排水管道进行清通，而且排水决策主要通过管理人员的经验，这样得到的决策会有很大的局限性并且很难得到最优效果。建设一个稳定可靠的市政排水管网，可使得排水设施协调、高效的工作来减少自然灾害对城市带来的影响，将是目前市政工程领域亟需解决的关键问题。本论文围绕目前国内城市排水管网调度系统的重点和难点问题，展开对排水管网排水优化调度研究，着力解决目前排水管网调度系统中的可靠性与智能化程度较低的问题。因此本论文具有重要的研究价值和实际意义。
　　本文针对城市排水管网智能化排水调度问题进行研究，设计和开发了一个实现排水管网化优化调度的仿真系统。主要的研究工作如下：
　　1、介绍了城市排水管网智能化调度的研究背景和意义、国内外现状；阐述构建具有实效的排水管网智能化调度仿真系统的相关技术，包括：系统开发所用的 J2 EE技术，系统基于B/S架构、使用的SpringMVC框架技术，以及针对实际管网的GIS系统导出的坐标文件的解析技术。这些技术为后面的系统开发奠定了基础。
　　2、对排水管网智能化调度仿真系统进行了分析和设计，将仿真调度系统分成了八大功能模块，分别是：登录模块、上传坐标文件模块、生成数学模型模块、模型参数输入模块、管道权值查询模块、算法参数录入模块、调度线路生成模块和退出模块；对系统的总体设计进行了介绍，给出了仿真系统结合GIS系统和SCADA系统获取的数据以及录入的数据，应用改进粒子群算法寻优生成最优排水调度路线，最后输出结果的总体设计思想。
　　3、在研究了基本粒子群优化算法的基础上，对算法进行了改进；并将改进的算法与建立的排水管网调度模型结合，提出了一种基于改进粒子群算法的排水管网排水优化调度方法。该方法根据管道参数信息对管道耗费权值进行计算，并结合实际管网的GIS系统给出的管网位置信息，建立管网带权的有向图模型对管网排水调度模型进行仿真，最后应用了改进的粒子群算法对调度模型进行编码运算和寻优，得出最优的排水路线。
　　4、结合GIS和SCADA系统获取的实际管道位置和管道参数信息，采用最新技术SpringMVC+Spring+Hibernate和数据库MySQL，实现了排水管网智能化调度仿真系统的开发。包括对系统数据库设计，各个功能模块设计与实现，实现了排水管网智能化调度。
　　本论文是广州市科技计划重点项目（合同号：201604020016）的研究成果。项目由从事测控自动化及系统集成的优势龙头企业为主体，协同高校、城市排水[2]行业管理和监测机构，围绕目前国内城市排水综合自动化系统实现的重点和难点问题展开管网优化及智能控制研究。本论文研究成果，将有效提升防汛抢险的响应速度和提升决策的准确性，有效减少和避免水涝灾害。

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外相关技术发展情况

1.3论文主要研究内容

1.4课题创新点

第二章 相关理论及技术

2.1 J2EE技术简介

2.2 B/S架构的介绍

2.3 SpringMVC框架介绍及应用

2.4 ARCGIS导出文件的解析

2.5本章小结

第三章 系统需求分析与总体设计

3.1系统需求分析

3.2系统总体设计

3.3可行性分析

3.4系统功能设计目标及开发要求

3.5 本章小结

第四章 粒子群算法研究及其在排水管网调度中应用

4.1粒子群算法基本概述

4.2粒子群算法的实现

4.3改进的粒子群算法

4.4改进粒子群算法在排水管网调度中的应用

4.5 实验与结果分析

4.6本章小结

第五章 排水管网智能化调度仿真系统设计与实现

5.1数据库设计

5.2 系统功能模块详细设计与实现

5.3本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢