Optimal design and expansion of water distribution systems using genetic algorithm
Su dağıtım şebekelerinin genetik algoritma ile optimum dizaynı ve genişletilmesi
- Tez No: 138820
- Danışmanlar: PROF. DR. DAVUT ÖZDAĞLAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Çevre Mühendisliği, Environmental Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2003
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Çevre Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 109
Özet
Ill ÖZET Dünyada hızla nüfusun artmasına karşılık temiz su kaynaklarının giderek azalması göz önünde bulundurulursa su dağıtım şebekelerinin optimizasyonunun öneminin arttığı açıktır. Araştırmacılar önce şebeke hidroliğini çözmek için bilgisayar programlan oluşturmuşlar, daha sonra su dağıtım şebekelerinin optimizasyonu konusunda çeşitli optimizasyon yöntemleri ve bunları kullanan programlar hazırlamışlardır. Ancak bunların bir çoğu gerçek şebeke sistemlerine uygulanması çok zor olan teknikler olması sebebiyle piyasalarda yaygın kullanım alanı bulamamıştır. Son yıllarda ise yeni bir yaklaşım sayabileceğimiz Genetik Algoritmaların (GAs) şebeke optimizasyonunda kullanımı giderek artmaktadır. Genetik algoritmalar, çözüm uzayının büyük olduğu her türlü karmaşık problemde iyi sonuçlar vermektedir. Günümüzde genetik algoritmalar su dağıtım sistemlerinin dizaynı, genişletilmesi, rehabilitasyonu, su sızıntılarım minimize etmek için kontrol vanalarının yerleşimi, karmaşık sistemler için pompa çalışma zamanlarının düzenlenmesi, hazne işletilmesi, numune alma ve klorlama istasyonlarının yerleşimi, farklı kaynaklardan alınan suların kalitesinin optimize edilmesi gibi çok geniş bir alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Avustralya, Kanada ve Amerika' nın çeşitli eyaletlerinde su dağıtım şebekelerinin genetik algoritma ile dizaynı, rehabilitasyonu, genişletilmesi, işletilmesi gibi çalışmalarda %15 ile %50 arası tasarruf sağlanmıştır (Simpson, 2000). Genetik Algoritmaların yapısı oldukça basittir, Darvin'in“en iyiler hayatta kalır”prensibine göre işlerler. Basit bir Genetik Algoritmada en iyiyi belirleyen bir uygunluk fonksiyonu, seçme, çaprazlama ve mutasyon operatörleri bulunur. Genetik Algoritmalar belirli bir populasyon topluluğu ile başlarlar (populasyonlar genelde ilk defa rasgele oluşturulur), bir sonraki jenerasyon topluluktaki en iyi bireyler, seçme havuzunda birbirleriyle çaprazlanmak için çeşitli seçme yöntemlerinden (rulet,IV turnuva gibi) biriyle seçilirler, daha sonra en iyi bireyler birbirleriyle eşleştirilerek daha iyi bireyler oluşması sağlanır ve kuşaklar boyu sürekli en iyiye doğru gidilir. Genetik Algoritmalar çözümün nerede sonuçlanacağını bilmezler, yakınsamanın sağlandığı an çözüm olarak kabul edilir. Dolayısıyla genetik algoritmalar en iyi çözümü vereceğini garanti etmezler, ancak optimum bir sonuç sağlarlar. Çözüm uzayının trilyonlar olduğu bir kümede en iyi sonucu bulabilmek ayrı bir meseledir! Bu çalışmaların ışığında, su dağıtım şebekelerinin dizaynı ve genişletilmesinde kullanılabilecek, genetik algoritma ile optimizasyon yapan SuGA adlı Visual BASIC ortamlı bir bilgisayar programı hazırlanmıştır. Hazırlanan program, dağıtım şebekesinin hidrolik hesapları için EPA'nın su dağıtım şebekesi programı EPANET2'yi, genetik algoritma için de Optiwater firmasının OptiGA adlı ActiveX denetimini kullanmaktadır. Hazırlanan program ile her bir boru için dizaynda kullanılabilecek boru çapları ve fiyatlarını kullanarak, her düğüm noktası için ayrı ayrı verilebilen minimum ve maksimum basınç ve her boru için ayrı ayrı verilebilen minimum ve maksimum hız sınırları arasında optimize edilmiş bir şebeke sunabilmektedir. Optimizasyonda hız ve basınç sınırlarının verilen tolerans sınırlarında aşılmasında verilen bir ceza puanı ile şebeke toplam maliyeti artırılmakta, böylece hidrolik açıdan uygun bir şebeke çözümüne ulaşılabilmektedir. Literatürde yer alan birçok şebeke sistemi hazırlanan program ile hesaplanarak test edilmiş ve literatürde yer alan çeşitli genetik algoritma ile çözüm yapan programın sonuçlarına yakın sonuçlar elde edilmiştir. Genetik algoritma ile yapılan optimizasyonlarda çözüm uzayı çok geniş olduğundan birbirine çok yakın çeşitli çözümlere ulaşılabilmektedir. Bu nedenle programın tamamen aynı verilerle yeniden çalıştırılmasıyla yeni bir çözüme daha ulaşılabilmektedir. Bu nedenle de en iyiye karar verebilmek oldukça güçtür. Ancak bulunan bir çok çözümde mühendisçe iyi bir yaklaşım olabilmektedir. Hazırlanan program su dağıtım şebekelerinin dizaynında, mevcut bir şebekenin genişletilmesinde ve hatta rehabilitasyonunda bir mühendis denetiminde optimizasyon amaçlı kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
II ABSTRACT In last decades, rapid increase in world population, urbanization and depletion of fresh water resources indicates that the optimization of water distribution networks is an essential element of water resources protection. Although up to now numerous computer aided tools on hydraulic design of water distribution networks and optimization methods have been developed. These methods could not be used widely due to some difficulties in the application of these methods/tools in real-size water distribution networks. Optimization of water distribution systems using genetic algorithms gain acceptance all over the world recent years. Genetic algorithms are powerful population oriented search algorithm based upon Darwin's theory“Survival of the fittest”. The genetic algorithm selects, combines and manipulates possible solutions in a search for the lower cost network. Many tests of the application of the genetic algorithm optimization process to real-life network designs have shown that the GA is effective at finding low cost solutions. The technique has consistently found lower cost solution than the trial-and-error simulation approach typically used by design engineers. This study describes development of a computer program, called SuGA, which uses Genetic Algorithm for the least-cost design and expansion of water distribution system. Program was tested with several problems from the literature, comparing solutions was fairly near for small-scale water distribution systems. SuGA is a windows program under construction of Microsoft Visual Basic that optimizes water distribution systems using genetic algorithm. It uses EPANET2 (Distributed by The U.S. EPA) for hydraulic calculations, and OptiGA (Opti water) ActiveX control for Genetic Algorithm optimization. SuGA can be used for new design, expansion or rehabilitation of existing water distribution systems for optimization.
Benzer Tezler
- Volgram ağır alaşımlarında başlangıç toz özelliklerinin sıvı gaz sinterlemesi yoluyla yoğunlaşma süreçlerine olan etkileri
Effects of initial powder characteristics on densificatıon processes via liquid-phase sintering in based heavy alloys
BURAK ÖZKAL
- Hava-su iki fazlı akış parametrelerinin deneysel incelenmesi
Investigation of air-water parameters on two phase flow
AHMET BERK KURTULUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDİL ESKİN
- Neodiyum (Nd+3) iyonu ile katkili silisyum oksit (SiO2 ) camlarinin mikro-yapi ve optik özelliklerine ZnSe kuantum noktalarinin etkisi
The effect of neodymium ion (Nd3+) doped silisyum dioxide (SiO2) glasses on the micro-structure and optical properties of ZnSe quantum dots
THAMİ ELBOUKHARİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖNÜL ÖZEN
- Mikro ve nano boyutlu polimer esaslı floresans kemosensörlerin dizaynı
Designing of micro and nano sized polymer based fluorescence chemosensors
ECE AKKOÇ
- Gemi dizel motorlarından kaynaklanan emisyonların kontrolü ve SCR teknolojisi
Marine diesel engines egzost emissions control and SCR technology
MURAT OKŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET BAYÜLKEN