城市供水系統(tǒng)智能優(yōu)化與控制

定　價：￥128.00

作　者：	喬俊飛、傅安琪、潘廣源、李云峰著
出版社：	化學工業(yè)出版社
叢編項：	智慧環(huán)保前沿技術叢書
標　簽：	暫缺

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ISBN：	9787122439482	出版時間：	2024-01-01	包裝：	平裝
開本：	16開	頁數(shù)：		字數(shù)：

內容簡介

　　本書詳細介紹了智能優(yōu)化和控制方法在城市供水系統(tǒng)中的重要作用和巨大潛力，主要包括智能優(yōu)化和運行控制兩大部分，涵蓋了從管網設計到供水過程系統(tǒng)控制的主要理論、設計方法和應用實例。在介紹成果的同時，也加入了城市供水系統(tǒng)的研究背景和現(xiàn)狀、供水系統(tǒng)模型、常見優(yōu)化和控制方法等基礎內容，以方便讀者閱讀。本書適合從事自動控制理論與技術、城市供水系統(tǒng)智能優(yōu)化領域的專業(yè)研究人員和工程技術人員閱讀，也可作為高等院校相關專業(yè)研究生及高年級本科生的教材和參考書。

作者簡介

　　喬俊飛，北京工業(yè)大學教授、博士生導師，環(huán)保自動化領域專家。國家自然科學基金創(chuàng)新群體項目負責人，"長江學者獎勵計劃"特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，國家級百千萬人才工程入選者，享受國務院特殊津貼專家?，F(xiàn)任智慧環(huán)保北京實驗室主任、智能感知與自主控制工程中心主任，兼任中國人工智能學會常務理事，中國自動化學會理事。長期從事計算智能與智能優(yōu)化控制領域研究工作，在污染防治過程智能特征檢測、自組織控制和多目標動態(tài)優(yōu)化方面取得開創(chuàng)性成果，多項成果已廣泛應用于環(huán)保企業(yè)生產實踐，取得了顯著的經濟、社會和生態(tài)效益。傅安琪，北京工業(yè)大學副教授、碩士生導師。2018年畢業(yè)于荷蘭代爾夫特理工大學，后赴英國帝國理工大學做博士后。主要研究復雜動態(tài)系統(tǒng)智能建模與優(yōu)化控制、城市智能供水系統(tǒng)等。主持國家自然科學基金青年項目、共同牽頭北京市自然科學基金豐臺軌道交通前沿研究聯(lián)合基金重點研究專題項目等。發(fā)表論文20余篇，授權/申請中國發(fā)明專利5件，榮獲中國自動化學會科技進步獎一等獎等。潘廣源，臨沂大學副教授，山東省海外科技人才、臨沂大學"沂蒙學者"，中國自動化學會環(huán)境感知與保護自動化專業(yè)委員會委員，中國人工智能學會工業(yè)人工智能專業(yè)委員會委員。2016年畢業(yè)于北京工業(yè)大學，加拿大維多利亞大學博士聯(lián)合培養(yǎng)、加拿大滑鐵盧大學博士后、香港中文大學助理研究員、南方科技大學訪問學者。主要從事人工智能與機器學習、智能系統(tǒng)的優(yōu)化與控制研究，主持國家自然科學基金青年項目，參與國內外自然科學基金，發(fā)表學術論文40余篇，授權/申請發(fā)明專利6件。李云峰，北京市自來水集團智慧供水專業(yè)委員會主任、計劃生產部經理，高級經濟師。曾任集團網信部經理，多年從事供水行業(yè)數(shù)字化轉型和信息化建設的規(guī)劃和實施工作。獲北京水務科技進步一等獎2項，北京市企業(yè)管理現(xiàn)代化創(chuàng)新成果一等獎3項、二等獎4項。發(fā)表論文10余篇，授權軟件著作權10余項。

圖書目錄

第1章概述 001
1.1 城市供水系統(tǒng) 002
1.2 城市供水管網的優(yōu)化 003
1.2.1 傳統(tǒng)優(yōu)化設計方法 004
1.2.2 智能優(yōu)化設計方法 005
1.3 城市供水系統(tǒng)的控制 008
1.3.1 傳統(tǒng)控制方法 009
1.3.2 現(xiàn)代控制方法 010
1.4 城市供水系統(tǒng)優(yōu)化與調度 012
1.5 本書組織結構 013
參考文獻 014
第2章城市供水管網分析與建模 017
2.1 城市供水管網圖論基礎 018
2.2 供水管網圖形的簡化 019
2.3 供水管網水力特性分析 021
2.4 供水管網水力計算方法 023
2.5 供水管網優(yōu)化設計目標 025
2.5.1 經濟性目標函數(shù) 026
2.5.2 可靠性目標函數(shù) 027
參考文獻 030
第3章城市分布式供水系統(tǒng)模型 033
3.1 概述 034
3.2 常用設備與設備控制 036
3.3 水箱系統(tǒng)模型 041
3.3.1 水箱系統(tǒng)概述 042
3.3.2 系統(tǒng)建模與參數(shù)辨識 045
3.3.3 控制器設計 046
3.4 反饋通路網絡化的影響與理論 049
3.4.1 無線網絡化控制方法 049
3.4.2 混雜系統(tǒng)理論 051
3.4.3 事件觸發(fā)控制方法 054
3.4.4 無線網絡傳輸技術與協(xié)議選取 055
本章附錄：水箱系統(tǒng)建模過程 061
參考文獻 068
第4章樹狀城市管網優(yōu)化設計 071
4.1 樹狀管網模型 072
4.1.1 模型介紹及特點 072
4.1.2 優(yōu)化目標設計與分析 072
4.1.3 優(yōu)化方法 072
4.2 粒子群優(yōu)化算法 074
4.2.1 算法介紹 074
4.2.2 優(yōu)化設計分析 075
4.2.3 改進1：提高后期種群多樣性 081
4.2.4 改進2：提高搜索效率 084
4.2.5 改進3：解決初期無目的性問題 087
4.2.6 改進4：全局與局部搜索的平衡 091
4.3 優(yōu)化結果分析 093
4.3.1 樹狀管網優(yōu)化案例1 093
4.3.2 樹狀管網優(yōu)化案例2 095
參考文獻 097
第5章環(huán)狀城市管網優(yōu)化設計 101
5.1 雙環(huán)狀管網模型 102
5.1.1 模型介紹及特點 102
5.1.2 約束條件設計與分析 102
5.1.3 優(yōu)化方法 104
5.2 蟻群算法 104
5.2.1 算法介紹 104
5.2.2 標準蟻群算法 106
5.2.3 改進1：提高信息素更新效率 108
5.2.4 改進2：一種高效的搜索機制 109
5.2.5 改進3：信息素更新過程的優(yōu)化 110
5.2.6 綜合改進算法的流程 111
5.2.7 改進算法的性能測試 112
5.3 優(yōu)化結果分析 114
5.4 多環(huán)狀管網模型 117
5.4.1 漢諾塔模型介紹及特點 117
5.4.2 可靠性分析 119
5.4.3 基于經濟性與可靠性的供水管網模型 122
5.4.4 約束條件設計與分析 123
5.4.5 優(yōu)化方法 124
5.5 遺傳算法 124
5.5.1 算法簡介 124
5.5.2 NSGA2 算法 125
5.5.3 兩種改進型NSGA2 算法 129
5.5.4 函數(shù)測試及評價指標 132
5.5.5 改進型NSGA2 性能測試 133
5.6 優(yōu)化結果分析 136
參考文獻 137
第6章典型城市管網優(yōu)化設計 141
6.1 典型城市管網 142
6.1.1 城市管網概述 142
6.1.2 紐約城市管網 142
6.1.3 約束條件設計與分析 145
6.1.4 優(yōu)化方法 147
6.2 強度Pareto 進化算法 147
6.2.1 強度Pareto 進化算法簡介 147
6.2.2 基于參考向量的強度Pareto 進化算法 152
6.2.3 函數(shù)測試及評價指標 155
6.2.4 改進型SPEA2 性能測試 157
6.3 優(yōu)化結果分析 171
6.3.1 模型優(yōu)化結果 171
6.3.2 工程實例 172
參考文獻 174
第7章城市供水管網健康監(jiān)測與智能預警 177
7.1 供水管網健康監(jiān)測需求分析 178
7.2 我國供水管網運行與管理現(xiàn)狀 178
7.3 供水管網漏損檢測技術 180
7.4 供水管網漏損智能預警與控制 181
7.5 管網健康監(jiān)測技術發(fā)展趨勢 182
參考文獻 182
第8章城市供水管網智能管理系統(tǒng) 185
8.1 智能管理系統(tǒng)概述 186
8.2 供水信息管理系統(tǒng)的需求分析與設計 187
8.2.1 系統(tǒng)需求分析 187
8.2.2 系統(tǒng)功能設計 188
8.2.3 語言方法及工具 190
8.3 管網管理系統(tǒng)軟件基本功能的實現(xiàn) 191
8.3.1 登錄及用戶信息管理 191
8.3.2 管線信息管理 192
8.3.3 實時監(jiān)控信息管理 193
8.3.4 爆管信息查詢及分析 195
8.3.5 預警信息查詢 196
8.3.6 后臺管理 198
8.4 地理信息模塊的設計 198
8.4.1 GIS 模塊的研究 198
8.4.2 ArcGIS 軟件介紹 198
8.4.3 ArcEngine 與Visual Studio 的聯(lián)合開發(fā) 200
8.4.4 GIS 模塊的設計與實現(xiàn) 201
8.4.5 國產GIS 系統(tǒng)的發(fā)展 210
8.5 智能決策模塊的設計 211
8.5.1 智能決策模塊 211
8.5.2 關鍵技術 211
8.5.3 MATLAB 與VS 混合編程 213
8.5.4 界面設計 214
8.5.5 操作方法及結果顯示 215
8.5.6 預留界面與用戶自定義 216
參考文獻 218
第9章分布式供水系統(tǒng)智能控制 221
9.1 智能分布式供水系統(tǒng)概述 222
9.2 控制方法 224
9.2.1 周期性時間觸發(fā)控制方法（TTC） 224
9.2.2 周期性集中式事件觸發(fā)控制方法（PETC） 225
9.2.3 周期性分布式異步更新事件觸發(fā)控制方法（ADPETC） 226
9.2.4 周期性分布式同步更新事件觸發(fā)控制方法（SDPETC） 235
9.3 傳輸協(xié)議設計 239
9.3.1 簡單TDMA 傳輸協(xié)議 240
9.3.2 C-TDMA 傳輸協(xié)議 241
9.3.3 SDC-TDMA 傳輸協(xié)議 243
9.3.4 ADC-TDMA 傳輸協(xié)議 244
9.4 運行結果與分析 245
9.4.1 參數(shù)選取 245
9.4.2 評價指標 247
9.4.3 運行結果與分析 248
9.5 結論 254
本章附錄：證明 254
參考文獻 260
第10章遠程分布式供水系統(tǒng)智能控制 263
10.1 動態(tài)事件觸發(fā)控制方法 264
10.1.1 系統(tǒng)概述 264
10.1.2 穩(wěn)定性分析 270
10.1.3 實驗結果和分析 272
10.1.4 結論 274
10.2 異步采樣事件觸發(fā)控制方法 275
10.2.1 系統(tǒng)概述 275
10.2.2 穩(wěn)定性分析 279
10.2.3 實驗結果和分析 282
10.2.4 結論 282
10.3 基于LoRa 的遠程分布式供水系統(tǒng) 283
10.3.1 系統(tǒng)概述 283
10.3.2 系統(tǒng)描述 285
10.3.3 Ctrl-MAC 通信協(xié)議 288
10.3.4 Ctrl-MAC 與LoRaWAN 對比 294
10.3.5 Ctrl-MAC 在遠程分布式供水系統(tǒng)中的應用 297
10.3.6 運行結果和分析 301
10.4 結論 309
本章附錄：證明 309
參考文獻 312
第11章城市供水系統(tǒng)優(yōu)化與調度 315
11.1 供水系統(tǒng)調度的作用與挑戰(zhàn) 316
11.2 供水系統(tǒng)調度的內容與發(fā)展現(xiàn)狀 317
11.3 供水系統(tǒng)調度的發(fā)展趨勢 320
參考文獻 321
中英文對照表 323qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqq