بهینه سازی شبکه های فاضلاب با استفاده از الگوریتم pso
چکیده
شبکه های فاضلاب به عنوان یکی از مهمترین زیرساخت های شهری نقش مهمی در زندگی روزانه افراد ایفا می کند. عدم وجود یک شبکه ی فاضلاب موثر در مناطق شهری سبب به خطر افتادن سلامت افراد و مشکلات زیست محیطی می شود. از طرفی هزینه های بالای ساخت این شبکه ها، یکی از محدودیت های مهم در ساخت آن هاست. بدین جهت محققین زیادی با به کارگیری روش های مختلف بهینه سازی و ابتکاری سعی در کاهش هزینه های اجرایی شبکه های فاضلاب داشته اند. طراحی شبکه های فاضلاب عمدتا شامل دو بخش مشخص کردن جانمایی شبکه و طراحی اجزاء شبکه برای یک جانمایی معلوم است؛ اما این دو بخش مستقل از یکدیگر نیستند و طراحی یک شبکه بهینه مطلوب نیازمند منظور نمودن همزمان این دو بخش است. منظور از بهینه سازی جانمایی تعیین بهینه ترین درخت به دست آمده از جانمایی پایه به همراه قطر و شیب آن است. هدف بهینه سازی شبکه های فاضلاب به حداقل رساندن هزینه های ساخت و نگهداری با توجه به قیدهای هیدرولیکی و ساختگاهی است. در این مطالعه از الگوریتم گروه خرده ها با قابلیت پرواز بازگشتی و مجهز به حافظه ی هارمونیک در بهینه سازی شبکه های فاضلاب استفاده شده است. استفاده از مفهوم پرواز بازگشتی مانع خروج متغیرها از کران درنظر گرفته شده برای آن ها می شود. همچنین الگوریتم در برآورده کردن قیود از جستجوی هارمونی (hs) بهره می برد. استفاده از این مدل سبب می شود که هر ذره یک جواب امکان پذیر را با توجه به قیدهای ساختگاهی و هیدولیکی اتخاذ کرده و نیاز به سایر روش های کنترلی قیدها مانند تابع جریمه نباشد. کارامدی روش به همراه انتخاب پارامترهای همگرایی مناسب با ارائه ی مثال هایی از شبکه های فاضلاب و مقایسه با مقادیر تابع هدف به دست آمده از سایر روش های بهینه سازی٬ نشان داده شده است. در ادامه با هیبرید کردن این الگوریتم با برنامه ریزی پویا روشی کارامد برای بهینه سازی همزمان جانمایی و اجزاء معرفی شده است. این روش را می توان برای بهینه سازی اجزاء شبکه هایی با ابعاد بزرگ نیز به کاربرد. قسمتی از شبکه ی کلاردشت به عنوان مطالعه ی موردی مورد ارزیابی هر دو الگوریتم قرار گرفت. به منظور صحت سنجی نتایج الگوریتم گروه خرده ها و الگوریتم هیبریدی ابتدا این شبکه با استفاده از روش برنامه ریزی پویا به عنوان یک روش دقیق بهینه شد. نتایج تابع هدف الگوریتم hpso و الگوریتم هیبریدی کوچکتر از dp گزارش شد. میانگین تابع هدف نسبت به مقدار دقیق به دست آمده از dp و انحراف معیار تابع هدف در اجراهای مختلف برای هر دو الگوریتم مورد ارزیابی قرار گرفت. الگوریتم هیبریدی با میانگین نزدیک تر به نتایج dp و انحراف معیار کمتر نسبت به الگوریتم hpso پایداری مطلوبتری نسبت به استفاده ی صرف از یک روش فرا ابتکاری در بهینه سازی شبکه های فاضلاب نشان داده است.