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基于模糊理论的城市供水系统运行管理研究

刘洪波  
【摘要】:城市供水系统是一大型非线性的复杂巨系统,在优化调度及决策过程中会不可避免地涉及到很多具有模糊性和不确定性的因素,而现有的研究方法包括调度决策方法在内均难以作到将这些不确定因素考虑到模型建模过程中,以至于无法从中概括出较为通用的有指导意义的结论,真正达到实用及优化调度的目的。因此本文利用模糊理论在处理一些非随机、不精确和不确定概念方面具有的独特优势,结合我国供水企业经营和管理的现状,在总结分析了包括作者在内的课题组多年来研究成果的基础上,首次系统地利用现代模糊理论和技术,在涉及城市供水调度的供水量预测、供水管网工作状态模拟、供水系统优化建模以及调度方案最优决策的各个环节进行了深入的分析和研究,为实现我国供水系统管理和决策的科学化开创了新的局面。 本文在大量研究与分析城市供水系统用水量变化规律的基础上,创造性地提出了基于一般模糊逻辑系统和基于模糊聚类的自适应模糊神经网络的两种水量预测方法;同时通过对管网运行状态宏观模拟方法的分析和总结,成功的提出了基于减法聚类的管网宏观模拟的模糊神经网络方法,并采用科学计算软件Matlab编制了宏观模型的计算机建模和求解程序;在对以往供水优化调度模型系统总结的基础上,本文又提出了城市供水系统优化运行的模糊调度方法,该方法综合考虑了城市供水优化调度过程中的种种模糊因素,通过建立目标函数与约束条件的隶属度函数,利用动态规划方法求解,为优化模型的建立走出了一条新路;在决策方法研究方面,创新性地提出了适合城市供水系统调度的模糊决策方法,即模糊折衷型决策方法,该方法以模糊理想解,或模糊负理想解,或二者同时为参照基准,并采用海明距离的测度工具来度量决策方案与模糊理想解和模糊负理想解之间的差异;最后研究并开发了城市供水管理信息与专家决策支持系统,该系统利用系统工程、管理工程以及信息系统工程的理论和方法,首次采用统一建模语言,对已有的数据资料、模型和知识进行了二次开发,可大幅度缩短优化决策的时间。 在整个研究的过程中,本文对每种方法均采用了大量的实例进行验证,结果表明,本文所提出的各种模糊技术和方法,不论在建模、求解速度还是计算精度上均好于以往方法。


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