并行动态规划和改进遗传算法在水库调度中的应用分析0.doc

并行动态规划和改进遗传算法在水库调度中的应用分析内容简介：0 引言 水库优化调度是典型的多维非线性优化问题，求解方法显得尤其重要动态规划基本的动态规划算法 适用动态规划的问题必须满足最优化原理和无后效性动态规划法适用于求解水库优化调度模型，具体求解步骤如下：① 阶段变量：由于水库优化调度是按照时间过程进行的，属于多段决策过程，阶段变量按时间段选取 ② 状态变量：状态变量选取水库对应变量，例如水位、库容等其水库水位和库容反应了调度过程的演变，并满足无后效性要求 ③ 决策变量：时段末的水库状态对应一个决策，即决策变量 ④ 状态转移规律：根据决策变量从而得到时段末的一个状态，作为下一时段的起始状态 2) 并行算法设计 水库优化调度模型的求解过程具有一定的并行性，有利于并行计算的实施多核处理器的日益普及为并行机制的实现提供了必要的硬件基础为了防止单线程计算而导致计算资源的浪费;在动态规划算法中嵌入并行模块并行计算动态规划实现并行化的具体步骤： ① 在并行域前，首先主线程计算水库的各个时段的所有的决策方案，并用并行化嵌套语句设置多个子线程 ② 每个子线程从对应共享内存中获取计算数据，包括电站的基础属性数据、各类特征曲线和约束条件等。

每一个线程由一个 CPU 内核处理，同时每一个子线程只允许与主内存进行通信和数据交互，核与核是相互隔离的，从而保证各个线程独立工作 ③ 子线程通过与共享内存的通信得到数据，计算当前时段的一个决策方案的发电量和目标适应值，并将结果返回到主内存中，从而达到了汇合 ④ 当所有子线程执行完成后，结束并行计算，回到主线程，回到主线程环境中 2 改进遗传算法应用 遗传算法是模拟达尔文生物进化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法，通过种群交叉变异进化寻优的启发式的搜索算法在自适应遗传算法寻优过程中，用适应度函数评价每一代个体的优劣，通过对整个参数空间编码得到待处理种群，再对其检测并选择优良个体进行随机交叉得到下一代种群，新一代种群中优良个体的性状得以保留，同时适应度低的个体将被淘汰 改进的自适应遗传算法分两层，第一层采用无搜索策略的广度搜索算法寻找种群的多样性，通过外部存档的方式储存精英个体，增加种群多样性，从而增强起初母体的鲁棒性;第二层采用第一层外部存档的初始种群，并嵌套广度搜索的变异模块，通过合理判定条件进入随机变异，防止陷入局部最优，并采用自适应遗传算法进行全局搜索。

分层收敛算法具体设计步骤如下 3 实例应用 三峡工程是治理开发长江的关键性工程，水库正常蓄水位5m，防洪限制水位 145m，枯期消落低水位 155m，具有巨大的防洪、发电、航运和枯期向下游补水等综合利用效益，三峡水库防洪库容 221.5 亿 m3，兴利库容 165.0 亿 m3，有巨大的调蓄能力 由于三峡水库可进行年调节，而汛期基本保持汛限水位不变，所以对供水期进行优化调度更加合理，即从开始蓄水到翌年的汛前进行优化调度，采用旬为计算时段以典型枯水年供水期作为研究对象，选取三峡坝址宜昌水文站的天然来水 95%保证率的 72 年的径流系列作为研究依据 4 结论 基于动态规划算法，嵌入并行计算模块;在自适应遗传算法基础上，采用外部存档的方式，提出了改进的分层遗传算法，并将改进算法应用到三峡水库实际调度中实验算例的应用情况表明，并行动态规划算法相比于串行计算，提高了算法计算效率;与其它两个算法相比较，分层遗传算法提高了收敛速度并改善了调度效益，而长系列的计算结果进一步验证了改进算法的有效性改进的算法从不同的角度提高了求解速度并改善了求解质量，为水库优化调度问题的求解提供了一定的参考内容简介：准确了解坝体施工期间及竣工后的变形规律并对其进行预测是保证大坝安全运行的必要条件。

为了提高预测结果的精度和可靠性，国内外学者提出很多方法支持向量机以其最小化的结构风险、较强的泛化能力，在回归预测领域表现出其优越性，但 论文格式论文范文毕业论文准确了解坝体施工期间及竣工后的变形规律并对其进行预测是保证大坝安全运行的必要条件为了提高预测结果的精度和可靠性，国内外学者提出很多方法支持向量机以其最小化的结构风险、较强的泛化能力，在回归预测领域表现出其优越性，但对监测序列的长期预测效果并不理想考虑到变形监测系统的动态性、时效性等特点，将滚动预测时剔除训练集中非支持向量的改进的滚动预测模型应用到坝体沉降监测中，提高预测精度 1 改进的支持向量机回归模型 改进的支持向量机回归模型由标准支持向量机v-SVR 改进而来，是用一个数量上有意义的参数代替经验误差，建立能够自动计算的支持向量回归方法，通过核函数进行映射，构造高维空间中的线性回归函数为权值向量，h为截距把回归分析问题转化为最优化问题 2滚动预测模型 1传统的滚动预测模型 建构筑物的变形量是随时间变化的序列，单纯地利用己有的样本不能与实际情况很好地匹配，并导致长期预测结果不准确随着新的监测数据的获得，样本需要及时纳入新数据为避免样本数据量累积，通常采取学习的方法，用最新的样本替换最老的样本，以保持整体样本的数量平衡。

传统的支持向量机滚动预测模型的基本思想是:己经获得了n 期样本，滚动预测的第一步是用 n期样本值进行训练建模，预测未来 m期的结果;随着未来 m期新数据的获得，将这m 期新样本取代最老的前 m期样本，并进行下一步预测以 m=1为例，用图 1来直观地说明传统的滚动预测模型的思想，图中数字表示样本的期数 2改进的滚动预测模型 在支持向量机回归预测中，只有支持向量对预测性能起作用，非支持向量对模型的推广性能不起任何作用传统的滚动预测模型剔除的是最老样本，有可能将部分支持向量一并剔除，影响模型的预测能力根据这一特点，对传统模型加以改进，滚动预测时剔除的不再是最老样本，而是根据是否是支持向量有选择地剔除，即剔除模型中 a等于0 或者接近于0 的非支持向量样本，以提高模型的预测能力 其基本思想是:首先根据己获得的 n期样本建模预测未来 m期的值，然后将新获取的 m期新样本纳入到原样本中进行训练，找出并剔除前m 个非支持向量样本，并进行后面 m期预测，依此类推该方法的特点是剔除最劣样本而不是最老样本，最劣样本由非支持向量的位置决定 同样以m=1 为例，表示改进的滚动预测模型的基本思想 3 实例分析 3.1实验方案及结果 以小浪底水利枢纽某配套工程混凝土坝段为研究对象，根据坝体 201X -04-201X-03的监测资料，利用 201X -04-201X -09共 40期监测数据作为学习样本，采用 v-SVR改进的滚动预测模型预测 201X - 0201X-03共 20期的坝体沉降量，并与静态预测、传统的滚动预测模型进行对比分析。

坝体的沉降变形是多种因素综合作用的结果，大致可分为坝体负荷变形和时效次压缩变形两个主要方面坝体负荷变形主要是坝体重力作用的结果，这里取坝体浇筑高度作为影响因素;而时效次压缩变形的影响因素很多，机理复杂，为降低预测风险，取与其相关的坝体温度、时效、压应力、孔隙水压力、孔隙水压力水头、上游水位为特征，各因素对坝体沉降量的影响关系通过支持向量机来建模采用交叉验证方法得到支持向量机参数C=1000,x=0. 45 , v = 0. 45，对后面 20期的坝体沉降量进行预测可以看出，前 5个点的预测值与实测值相差较小，说明在5 期内预测效果较好，因此滚动预测的步数也选为5 步，即一次预测5 期数据，分4 次滚动预测后 20期数据特别地，改进的滚动预测模型需要在训练时找出并剔除模型中a= 0的前5 个最劣样本，以此来保证支持向量机的推广性能 3. 2成果分析 从实验结果可以看出: 1)静态预测的前5 期数据与实际符合，但之后几期与实际偏差较大，其原因是由于训练样本比较少，不能反映序列长期发展的细部趋势，故短期预测效果优于长期预测效果 2)传统的滚动预测优于静态预测，纠正了 6-13期预测值，这是因为变形序列的变化与近期序列的关系更密切，滚动预测顾及了新的样本，提高了预测的精度。

3)改进的滚动预测模型稍优于传统的滚动预测模型，在长期预测中更能体现出其优越性究其原因，改进的滚动预测模型剔除的是最劣样本，使模型中一直保持较高的支持向量数目，保证了模型的推广能力内容简介：河道堤防是我国防洪体系重要的组成部分，现有堤防有三大特点:一是地基条件差，堤防傍河而建，底线选择受到河势条件制约，基础大多为沙基，而且绝大部分未做基础处理;一是堤身建筑质量差，不少堤防是在原民堤的基础上，年逐渐加高培厚而 论文格式论文范文毕业论文河道堤防是我国防洪体系重要的组成部分，现有堤防有三大特点:一是地基条件差，堤防傍河而建，底线选择受到河势条件制约，基础大多为沙基，而且绝大部分未做基础处理;一是堤身建筑质量差，不少堤防是在原民堤的基础上，年逐渐加高培厚而成，往往质量不佳;三是堤厚坑塘多，尤其是长江干堤和洞庭湖、鄱阳湖区，多年来普遍在堤后取土筑堤，使堤后坑塘密布，覆盖薄弱因此，当遭遇洪水时堤防经常发生管涌、滑坡、崩岸和满溢等危险情况，严重导致大堤溃决因此，对现有堤防进行除险加固是当前水利建设的一项重要任务，本节将简要探讨当前河道堤防的加高培厚技术 1堤身加高培厚 经分析论证确实堤防加固高度厚，应根据安全可靠、因地制宜的原则选择加固断而的结构形式我国绝大多数堤防为粘性均质地若无特殊原因，一般多选择与堤防相同的土料加固堤身，结构简单，施工便利，有利于新老涂层间的结合若原筑堤粘性土料短缺，且堤防加高幅度大，所需粘性土料量大，则可选择复式断而结构形式，以少量粘土作防渗斜墙，以砂砾石、碎石料或研石料作支撑。

2 均质堤形加高 1土料选择 土料的渗透系数不大于10-4ms ; 土料的粘粒应与原堤土相当或略低，土料的渗透系数应该与原堤土相当或者略大; 土料天然含水率尽量接近最优含水率; 重要地力的料场应该离堤角300m以外; 若堤防附近无合适土源，则料场选择还应考虑运距、交通力便、造价等因素 2背水而培厚加高 背水而培厚加高形式具有土源相对丰富、施工力便的优点，但也应该注意防门新老结合而成为渗流薄弱而堤顶宽度应满足交通要求，堤坡可拟定 1:3，经稳定计算后确定堤高大于 6m者，背水坡应设俄台，其顶宽不不于 2米，俄台顶高程应在设计水位时的渗流出逸点以上浸润线与渗流出逸点应通过计算确定原堤防邻水坡应按加高设计坡度镇坡 3临水而培厚加高 当河道整治需要或背水坡有其他工程设置无法培厚时，可考虑在临水而培厚堤防若需在临水而取土，则取土范围应在堤角50m 以外，取土深度不超过 1.5m土料的渗透系数应小于或相当于原堤土料的渗透系数原堤防背水坡应按加高设计坡度削坡，临水坡应挖成台阶状，按缓于下 3的坡连接，以利于新、老堤身的结合加高培厚的临水坡稳定复核计算，应考虑设计水位降落时的反向渗透力及土体结合而浸水后的抗剪强度降低汛期退水时应加强对临水而加高堤段的观察. 3 复式堤形加高 将原堤防按粘性土斜墙加高斜墙土料选择粘粒含量小于15%-30%的沙土或者含量小于30%-40%的粘土支撑体选择最大粒径小于 60mm的砂砾石熟性土斜墙的底部应深入原堤身 lm，斜墙底宽2-3m，具体可按接触渗径大于 14-13的水头计算，顶宽1m，斜墙顶部应高出设计水位0.5m. 4 防洪墙式堤形加高 4.1以混凝土或浆物砌石墙加高土堤 城市堤防加高，往往因场地所而采取防洪墙形式防洪墙一般有钢筋混凝土挡土墙和浆砌石挡土墙作为堤顶路而墙高一般不大于 5-6m，防洪墙布置在邻水堤肩处，墙背水侧中下部填土作为堤顶路而，上部1.2-1.5m作为防浪墙挡水，防洪墙的稳定和强度应按照挡土墙复核。

4.2以混凝土墙加高防洪墙 防洪墙一般采用临水而加厚加高可在原浆砌石或混凝土防洪墙的临水而设置齿槽，深度约为 60m，然后在原防洪墙临水而现浇钢筋混凝土防洪墙，具体尺寸可。