طراحي بهينه چند هدفه شبكه فاضلاب خانگي بر مبناي اعتمادپذيري

كارشناسي ارشد

چكيده شبكه‌هاي فاضلاب يكي از مهمترين سيستم‌ها در هر شهر و منطقه مسكوني محسوب مي‌شوند كه ساخت و نگهداري اين شبكه‌ها بسيار پرهزينه هستند. هر گونه تلاش براي كاهش هزينه آنها مي‌تواند صرفه جويي قابل ملاحظه اي را به همراه داشته‌باشد. به همين دليل بسياري از دانشمندان طراحي شبكه‌هاي فاضلاب را به روش‌هاي مختلف بهينه‌سازي مانند برنامه‌ريزي غير‌خطي، برنامه‌ريزي پويا و الگوريتم‌هاي فراكاوشي انجام دادند. همچنين در اكثرتحقيقات پيشين طراحي با هدف كمينه كردن هزينه‌هاي ساخت انجام شده و كاركرد و سطح اعتماد شبكه در طول دوره ي بهره برداري به ندرت در طراحي شبكه‌هاي فاضلاب مورد توجه قرار گرفته‌است. با توجه به اهميت بالاي طراحي جانمايي در عملكرد شبكه در دوران بهره برداري و همچنين هزينه ي احداث شبكه، و محدوديت هاي حل مسائل بزرگ مقياس با استفاده از الگوريتم‌هاي فراكاوشي و نيز نيز سرعت پايين همگرايي در اين روش‌ها، در اين تحقيق از تركيب الگوريتم اتوماتاي سلولي و الگوريتم ژنتيك براي طراحي تك هدفه شبكه‌هاي فاضلاب استفاده شده است. همچنين براي توليد جانمايي از الگوريتم برش حلقه به حلقه استفاده شده است تا بتوان گراف بسته حلقوي شكل را تبديل به گراف درختي شكل كند. طراحي تك هدفه ي شبكه فاضلاب به صورت همزمان و غير همزمان انجام شده است. در طراحي غيرهمزمان جانمايي شبكه بر اساس يكي از دو تابع هدف اعتمادپذيري و يا هزينه ي نسبي بهينه شده، سپس اجزاي شبكه شامل تعيين عمق كارگذاري و قطر هرلوله توسط الگوريتم اتوماتاي سلولي تعيين مي‌گردد. در مقابل در طراحي همزمان به ازاي هر جواب جانمايي توليد شده اجزاي شبكه طراحي مي‌گردند و اين امر تا حصول به همگرايي ادامه دارد. به دليل ماهيت متناقض دو هدف در نظر گرفته شده در اين تحقيق-هزينه‌هاي ساخت و اعتماد پذيري- هرگونه تلاش براي بهبود طراحي شبكه در راستاي هر يك از اين توابع هدف باعث بدتر شدن تابع هدف مقابل مي‌گردد. حل مسئله‌ي جانمايي و ابعاد به صورت چندهدفه باعث افزايش قابل توجهي در هزينه ي محاسباتي مي‌شود. بنابراين از قابليت هاي الگوريتم اتوماتاي سلولي درجهت كاهش هزينه ي محاسبات و همچنين بالا بردن كيفيت جواب‌هاي پارتو استفاده مي‌شود. روش تركيبي CA-NSGAII كه در آن از الگوريتم ژنتيك با رتبه بندي نامغلوب وظيفه ي توليد جواب‌هاي جانمايي و الگوريتم اتوماتاي سلولي وظيفه ي طراحي قطر و عمق كارگذاري لوله‌ها را دارد پيشنهاد مي‌گردد. بنابراين هزينه ي احداث شبكه با استفاده از الگوريتم اتوماتاي سلولي كمينه مي‌گردد و الگوريتم ژنتيك با رتبه بندي نامغلوب با استفاده از دو عملگر رتبه بندي بر اساس غلبه و فاصله ي ازدحامي دسته جواب‌هاي بهينه را ارائه مي دهد. روشهاي پيشنهاد شده در اين تحقيق براي حل دو مسئله بزرگ مقياس با توابع هدف و قيود غير‌خطي بكار برده شده اند. نتايج بدست آمده حاكي از كيفيت جواب‌هاي قابل قبول در طراحي تك هدفه و همچنين سرعت بالاي همگرايي مدل در قياس با ساير روشهاي استفاده شده توسط محققان را دارد. در بهينه‌سازي دوهدفه ي مسائل نمونه نيز پارتو هاي بدست آمده داراي گستردگي مناسب از لحاظ پخش جواب‌ها در طول پارتو و نيز كيفيت بالاي جواب‌ها از منظر هر دو تابع هدف مي‌باشند. واژه‌هاي كليدي: شبكه فاضلاب، اتوماتاي سلولي، جانمايي، بهينه¬سازي چند هدفه، اعتمادپذيري

191631

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي آب و سازه هاي هيدروليكي

دكتر محمد هادي افشار