1.一种基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、将实际供水管网的拓扑关系和管件运行参数分别导入到EPANET软件中,建立正常工况下实际供水管网微观水力模型,供水管网节点个数为N个,设置S个监测点监测管网压力变化情况;
S2、在管网N个节点中选取任意一个节点的额外需水量模拟M种管网漏损工况,调用EPANET工具箱,执行水力分析,获取M种管网漏损工况下S个监测点模拟压力数据;
S3、采集实际漏损供水管网S个监测点的观测压力监测点数据,构建M种管网漏损工况下第m个工况的目标函数,采用决策变量表示模型的解,并设置约束条件限定决策变量的变化范围;所述的构建M种管网漏损工况下任意一个工况m的目标函数如下:所述的模拟压力数据矩阵表示如下:
所述的观测压力监测点数据表示如下:
Pobs={Pobs1,Pobs2,Pobsnp…,Pobss}
无量纲系数的计算公式如下:
其中,minimize()为最小化函数,np=1,2,…,S,表示节点压力索引,M表示管网漏损工况的数量,m=1,2,…,M,表示M种管网漏损工况中的第m个工况,m表示M种管网漏损工况中的第m个工况,wnp表示对应np节点压力的无量纲系数,Psimmnp表示模拟压力数据矩阵中的第m行、第np列的元素,Pobsnp表示观测压力监测点数据向量中的第np个元素;
S4、基于改进的灰狼优化算法构建漏损定位模型,求目标函数最优解,判定管网漏损位置和漏损量。
2.根据权利要求1所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,步骤S3中所述的采用决策变量表示模型的解,具体表示为:Xi=(LNj,qj),i=1,2,...,M,j=1,2,...,N,LNj表示漏损节点j处节点索引,N表示供水管网节点个数,qj表示节点j处漏损量。
3.根据权利要求2所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,步骤S3中所述的约束条件的公式如下:
0≤Δqn≤QL,n∈{1,...,N}
其中,Δqn表示节点需求的变化间隔,QL表示管网内所有节点的最大需水量。
4.根据权利要求3所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,步骤S4中所述的基于改进的灰狼优化算法构建漏损定位模型,求目标函数最优解,判定管网漏损位置和漏损量的方法具体如下:(1)初始化阶段:初始化M个灰狼个体Xi=(LNj,qj),灰狼个体数量等于管网漏损工况数量,设置灰狼优化过程中迭代次数t,t=1,2,...,T,其中T表示最大迭代次数,计算个体适应度,适应度大小表示为目标函数f(x)的值;
(2)狩猎搜索阶段:每个灰狼个体Xi都具有找到最优位置的能力,在第t次迭代时,狩猎搜索认为Xa(t)、Xβ(t)、Xδ(t)三只灰狼更靠近最优位置;保存获得的Xa(t)、Xβ(t)、Xδ(t)最优位置,并强制所有灰狼个体Xi(t)根据三只最优灰狼Xa(t)、Xβ(t)、Xδ(t)位置来更新Xi(t)在t+1次迭代时的候选位置;
(3)运动和更新阶段:通过比较灰狼个体Xi(t)的两个候选位置Xi‑GWO(t+1)和Xi‑DLH(t+1)的适应度值来选择第t+1次迭代时Xi(t+1)的位置;
(4)迭代阶段:根据步骤(2)和步骤(3)选择第t+1次迭代时Xi(t+1)的位置,如果t+1达到最大迭代次数T,输出最优解G=(LNj,qj),判定出漏损位置和漏损量。
5.根据权利要求4所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,所述的候选位置的计算公式如下所示:其中,t是目前的迭代次数,Xi‑GWO(t+1)表示为第t+1次迭代灰狼个体Xi(t+1)的候选位置,Xi‑a(t)、Xi‑β(t)和Xi‑δ(t)分别表示每个灰狼个体Xi(t)需要移动的步长和方向。
6.根据权利要求5所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,所述的每个灰狼个体Xi(t)需要移动的步长和方向的计算公式如下:其中,Xa(t)、Xβ(t)以及Xδ(t)分别表示三只最优灰狼个体的当前第t次迭代位置,Aa、Aβ和Aδ表示系数;Dα(t)、Dβ(t)、Dδ(t)分别表示三只最优灰狼个体的Xa(t)、Xβ(t)、Xδ(t)与潜在最优个体Xp(t)之间的距离,其计算公式如下:其中,C是系数,Xp(t)表示第t次迭代中潜在最优个体Xp(t)的位置。
7.根据权利要求6所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,所述的通过比较灰狼个体Xi(t)的两个候选位置Xi‑GWO(t+1)和Xi‑DLH(t+1)的适应度值来选择第t+1次迭代时Xi(t+1)的位置的选择公式如下:Xi‑DLH(t+1)=Xi(t)+rand×(Xn(t)‑Xr(t))
其中,Xi‑GWO(t+1)表示通过狩猎搜索阶段计算得到的候选位置,Xi‑DLH(t+1)表示另外一个候选位置,Xr(t)表示为从M个灰狼个体中随机选择的一个灰狼个体,Xn(t)表示通过从Ni(t)中选择的随机邻域。
8.根据权利要求7所述的基于改进灰狼优化算法的供水管网漏损定位方法,其特征在于,所述的随机邻域的计算公式如下:Ri(t)=||Xi(t)‑Xi‑GWO(t+1)||
Ni(t)={Xj(t)|Li(Xi(t),Xj(t))≤Ri(t),Xj(t)∈Pop}其中,Ni(t)表示Xi(t)的邻域,通过半径Ri(t)构造;Li(Xi(t),Xj(t))是Xi(t)和Xj(t)之间的欧氏距离,t=1,2,...,T表示第t次迭代;Ri(t)表示Xi(t)的当前位置和Xi‑GWO(t+1)之间的欧几里得距离。