بخشی از مقاله
چکیده
احداث خطوط انتقال نفت و گاز در کشورهای تولید کننده ومصرف کننده به دالیل مختلفی در حال گسترش است. در این میان یکی از اصلیترین کارها برای احداث یک خط جدید انتخاب بهترین مسیر است تا عالوه برکاهش هزینهها، کارایی بهتر واجرای به صرفهتر خط لوله را فراهم سازد. انتخاب بهترین مسیر معموال یک کار پیچیده شامل مالحظات همزمان چند عامل است، همچنین اثرات موانع طبیعی و مصنوعی حین و پس از اجرا نیز باید در نظر گرفته شود.
برای مسیریابی هوشمند الگوریتمهای مختلفی وجود دارد که در این تحقیق از الگوریتم کلونی مورچه استفاده شده است. دلیل این امر سازگاری مفاهیم این الگوریتم با اصول مسیریابی، همچنین قابلیت توسعه و بهنگام سازی بسیار خوب و نتایج اجرایی مناسب است. ازنکات قابل توجه در این تحقیق این است که، بیشتر کاربردهای این الگوریتم در فضای گراف یا به صورت برداری بوده است، ولی در این پژوهش در محیط رستر به کار گرفته شده است. این تحقیق در ناحیهای در کیلومتر 40 جاده قزوین همدان انجام شده که در آن یک خط لوله گاز 20 اینچی اجرا شده است. نتایج حاصل از ارزیابیها کاهش طول و هزینه را نسبت به مسیر اجرا شده و همچنین نسبت به روش تحلیل کمترین هزینه در نرمافزار ArcGIS نشان می دهد.
-1 مقدمه
ازدیاد جمعیت و بهتبع آن رشد سریع مطالبات منابع و حاملهای انرژی، فرسوده بودن خط لولههای موجود، وخطرهای احتمالی اتکاء به مسیرهای فرسوده و ناکافی موجود انتقال حامل های انرژی لزوم احداث خطوط جدید را به اثبات می رساند. در این میان یکی از اصلیترین کارها برای احداث یک خط جدید انتخاب بهترین مسیر است. انتخاب بهترین مسیر عالوه برکاهش هزینهها، کارایی بهتر و اجرای بصرفهتر خط لوله را باعث میشود.
برای مثال نیازهای منطقهای و جهانی به ذخایر هیدروکربنی خلیج فارس به صورت هیجان انگیزی افزایش یافته است. بقیه مناطق نیز چنین وضعیتی را در تولیدات نفتی خود دارند. طراحی و ساخت خطوط لوله تکمیل شده در سال 2012 نسبت به سالهای قبل از آن %6/7 افزایش داشته است. براساس دادههای شرکت های جهانی، 14302 کیلومتر خط لوله در سال 2012 احداث شده است
از آنجا که اساسا خط انتقال با کار روی زمین عجین شده است میتوان گفت که تقریبا همه اطالعات عملیات انتقال به نوعی با نقشه و درنهایت با مکان در ارتباط است. بنابراین وجود ابزار الزم برای دسترسی سریع به این اطالعات و بهرهگیری از روشهای نوین برای تجزیه و تحلیل آنها حائز اهمیت زیادی است. الگوریتم های زیادی برای این منظور به کار گرفته شدهاند، نظیر الگوریتم دیکسترا ، بلمن فورد ، ژنتیک و بهینه1 سازی کلونی3 2 مورچه و مانندآن. در این تحقیق از دو4 الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه و تحلیل کمهزینهترین - دیکسترا - استفاده و نتایج با یکدیگر مقایسه شده است.
-1-1 پیشینه تحقیق
قزلسفلی - 1389 - ؛ در مقاله "مسیریابی بهینه با استفاده از تحلیل های فضایی و مکانی سامانه اطالعات مکانی"، مطالعه موردی مسیر بهینه در منطقه شهری فاروج، قوچان و باجگیران، ضمن استفاده از روش سلسله مراتبی برای تعیین ضرایب و تلفیق اطالعات توانسته است نتایج مطلوبی برای تعیین مسیر بهینه ارائه دهد
رستمی - 1389 - ؛ در مقاله "انتخاب بهترین گزینه راه"، مطالعه موردی راه سنندج مریوان، با استفاده از تلفیق مدل های تصمیمگیری چند معیاره در سامانه اطالعات مکانی ضمن طراحی مسیر بهینه متذکر میشود استفاده از سامانه اطالعات مکانی با پیچیده شدن تصمیمگیری به علت وجود پارامترهای گوناگون و متنوع الزم و ضروری است
نورجو رضا - - 1388؛ در پژوهشی تحت عنوان طراحی شبکه گازرسانی شهری به کمک سامانه اطالعات مکانی، از طریق برنامه نویسی شیءگرا و ایجاد یک پایگاه اطالعاتی مستقل برای طراحی شبکه گازرسانی شهری اقدام و نتایج را با روش های سنتی مقایسه نموده است. این پژوهش نشان داده است که نتایج حاصل بهتر از روش های قبلی بوده و شبکه و مسیر بهینهای طراحی شده است. عالوه بر اینها میتوان با استفاده از امکانات پایگاه اطالعاتی، هزینه احداث پروژه و اقالم موردنیاز آن را نیز برآورد کرد
عبداللطیف بالوگان5و همکاران - - 2013؛ در مقالهای به نام "سامانه اطالعات مکانی برای انتخاب مسیر خط لوله "، ابتدا ضرورت اجتناب ناپذیر احداث خطوط جدید را اثبات میکنند و سپس به مقایسه دو روش سنتی و سامانه اطالعات مکانی برای انجام این کار می-پردازند
تومایدیس - - 20096؛ در مقاله خود تحت عنوان "روشی برای انتخاب مسیر خط لوله گاز طبیعی" بر روی طراحی مسیر یک خط لوله گاز از دریای خزر به اروپای غربی متمرکز شده است. پس از مطالعه این مقاله میتوان نتیجه-گیری کرد که یکی از نکات مهم و تأثیرگذار در اتخاب مسیر بهینه، ا نتخاب وزن مناسب برای الیههاست
-1-2 بهینه سازي مسائل به روش کلوني مورچه
موضوع یافتن کوتاهترین مسیر، یک مسأله بهینه سازي است که گاه حل آن بسیار دشوار است و گاه نیز بسیار زمانبر. به عنوان مثال در مسأله فروشنده دوره گرد باید از یک شهر شروع کرد، به شهرهاي دیگر رفت و سپس به شهر مبدأ بازگشت به طوري که از هر شهر فقط یک بار عبور شود و کوتاهترین مسیر نیز طي گردد. اگر تعداد این شهرها n باشد در حالت کلي این مسأله از مرتبه - n-1 - ! است
با انجام یک الگوریتم برنامه سازي پویا براي این مسأله، زمان از مرتبه نمایي به دست ميآید که آن هم مناسب نیست. البته الگوریتمهاي دیگري نیز ارائه شده ولي هیچ کدام کارایي مناسبي ندارند، الگوریتم کلونی مورچه، الگوریتمی کارامد و مناسب براي حل مسأله فروشنده دوره گرد است.
مورچهها هنگام راه رفتن از خود ردي از ماده شیمیایي فرومون به جاي مي گذارند البته این ماده به زودي تبخیر مي شود ولي در کوتاه مدت به عنوان رد مورچه بر سطح زمین باقي مي ماند. یک رفتار پایه اي ساده در مورچهها وجود دارد: آنها هنگام انتخاب بین دو مسیر به صورت احتماالتي مسیري را انتخاب ميکنند که فرومون بیشتري داشته باشد یا به عبارت دیگر مورچههاي بیشتري قبال از آن عبور کرده باشند.
حال دقت کنید که همین یک تمهید ساده چگونه منجر به پیدا کردن کوتاهترین مسیر خواهد شد. همان طور که در شکل 1 دیده می شود مورچهها روي مسیر AB در حرکت اند - در دو جهت مخالف - اگر در مسیر مورچهها مانعي قرار داده شود - شکل - 2 مورچهها دو راه براي انتخاب کردن دارند. اولین مورچه از A مي آید و به C مي رسد، در مسیر هیچ فروموني نميبیند بنابراین براي مسیر چپ و راست احتمال یکسان مي دهد و به طور تصادفي و احتماالتي مسیر CEDرا انتخاب مي کند - شکل . - 3 اولین مورچه اي که مورچه اول را دنبال مي کند زودتر از مورچه اولي که از مسیر CFD رفته به مقصد ميرسد.
مورچهها در حال برگشت و به مرور زمان یک اثر بیشتر فرومون را روي CED حس مي کنند و آن را به طور احتمالي و تصادفي - نه حتما و قطعا - انتخاب ميکنند. در نهایت مسیر CED به عنوان مسیر کوتاهتر برگزیده ميشود
شکل -1 انتخاب تصادفی مسیر توس مورچهها
