بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به محدود بودن منابع آب سطحي و ظرفيت مخازن سدها، مديريت علمي و ارائه ي سياست بهره برداري بهينه از اين مخازن، امري لازم وحياتي در جهت برآورده كردن احتياجات آبي منطقه ي نياز مي باشد . مورد مطالعه ي اين مقاله، سد كلان، واقع در 30 كيلومتري جنوب شهر ملاير واز جمله سدهاي در حال ساخت استان همدان، با هدف تامين آب شرب و كشاورزي مي باشد.
با توجه به فراگيرشدن روز افزون روش هاي بهينه سازي مبتني بر سيستم هاي بيولوژيكي و تصادفي و البته كارايي بالاي اين روش ها در حل اين نوع مسائل پيچيده، از الگوريتم جامعه مورچه ها جهت ارائه ي سياست بهينه ي بهره برداري از سد مورد مطالعه استفاده شده است. معيار تعيين سطح عملكرد الگوريتم بهينه ساز در شرايط مختلف مورد بررسي، كمينه كردن مجموع مربعات اختلافات خروجي مخزن و نياز آبي پايين دست در هر دوره، بوده است. نتيجه ي بهينه سازي انجام گرفته، رسيدن به ضرايب بهينه ي برداشت از حجم مخزن در هر دوره و سياست بهره برداري بهينه از مخزن اين سد بوده است.
١. مقدمه
رفتار جستجوي غذا توسط حشرات يكي از مهمترين عوامل ايجاد سيستم هاي هوش مصنوعي بوده است. از جمله اين حشرات مي توان به مورچه اشاره كرد. مورچه ها در طبيعت عموما" كور هستند؛ اما با استفاده از حس بويايي مسيريابي مي نمايند. مورچه هاي مصنوعي اولين بار توسط - كولورني و همكاران، - ١٩٩١ - - Colorni et al. معرفي شدند.
اين الگوريتم بر اساس رفتار طبيعي مورچه ها در يافتن كوتاهترين مسير ممكن بين لانه و منبع غذا شكل گرفته است كه با شبيه سازي مورچه هاي واقعي كه در طبيعت به دنبال غذا مي گردند، يك محدوده وسيع را جستجو مي نمايند. وقتي مورچه اي به دنبال غذا مي گردد، در طول مسير حركت خود ماده بوداري به نام فرومون از خود به جا مي گذارد، كه ساير مورچه هايي كه در جستجوي غذا هستند را به عبور از آن مسير تشويق مي نمايند؛ زيرا كه با عبور مورچه ها غلظت فرومون آن مسير افزايش يافته و احتمال انتخاب اين مسير توسط مورچه هاي بعدي نيز افزايش مي يابد.
اين فرايند اصلاح محيط، به جهت تشويق تغيير در رفتار براي ايجاد ارتباط، را Stigmergy مي نامند؛ كه اولين بار توسط - گريس - ١٩٥٩ - Grasse - مطرح گرديد. بر اساس اين خصوصيت رفتاري مورچه ها، - كولورني و همكاران، - ١٩٩١ - - Colorni et al. و - دريگو و همكاران، - ١٩٩٦ - - Dorigo et al. الگوريتم بهينه سازي جامعه مورچه ها را پيشنهاد نمودند.
اولين الگوريتمي كه بر اين اساس شكل گرفت، الگوريتم سيستم مورچه - - AS بود كه توسط - دريگو و همكاران - ١٩٩٦ - - Dorigo et al. معرفي گرديد، كه مسائل مختلفي با بكارگيري اين الگوريتم حل شده است؛ از جمله مساله فروشنده دوره گرد، رنگ بندي گراف - هرتز و كوستا - ١٩٩٧ - Herts and Costa - و مساله رونديابي شبكه - دي كارو و دوريج، - ١٩٩٨ - Di Caro and Dorig - با استفاده از اين الگوريتم مورد بررسي قرار گرفت. خصوصيات رفتار جستجوگر الگوريتم مورچه ها را مي توان با تعريف دو واژه اكتشاف و بهره برداري مشخص نمود.
اكتشاف توانايي الگوريتم در جستجوي گسترده و وسيع فضاي جستجو مي باشد؛ و بهره برداري توانايي الگوريتم در جستجوي موضعي در فضاي همسايگي جوابي كه قبلا" پيدا شده است، مي باشد. در هر الگوريتم لازم است كه يك تعادلي بين اكتشاف و بهره برداري برقرار كرد و بر همين اساس الگوريتم هاي مختلفي از الگوريتم ACO منشعب شده است. يكي از مهمترين اين الگوريتم ها، الگوريتم سيستم مورچه هاي رتبه بندي شده١ مي باشد.
در اين مطالعه، بهره برداري از مخزن سدكلان ملاير با استفاده از الگوريتم سيستم مورچه هاي رتبه بندي شده، براي شرايط خشكسالي هيدرولوژيكي، بهينه سازي شده است. سد كلان در فاصله 30كيلومتري جنوب شهر ملاير واقع در استان همدان، با انگيزه ي بهره برداري از جريان سطحي رودخانه ي كلان ملاير، ازسرشاخه هاي روخانه ي گاماسياب و به منظور تامين آب شرب شهر ملاير و بهبود آبياري اراضي جنوب شهر ملاير طراحي و در دست اجرا مي باشد.
اين سد از نوع خاكي همگن مي باشد. بهره برداري از مخزن سد كلان در كل به جهت پاسخگويي به نيازهاي شرب و بهداشت، كشاورزي و مسائل زيست محيطي مي باشد. در گزارشات پنجاه ساله ي دبي رودخانه ي كلان، دوره هاي پرآبي و كم آبي به چشم مي خورد. ارائه ي سياست بهينه ي بهره برداري از مخزن سد در دوره هاي خشكسالي، به جهت تامين هر چه بيشتر نيازهاي مختلف پايين دست سد، ضروري به نظر مي رسد. از جمله تحقيقات پيشين درباره ي استفاده از الگوريتم جامعه مورچگان در زمينه بهينه سازي بهره برداري از مخزن سد، مي توان به بهره برداري بهينه از مخزن سد دز با استفاده از الگوريتم مورچه بيشينه-كمينه - MMAS پرداخت - معيني و افشار - ١٣٨٥ - - .
٢. الگوريتم بهينه سازي جامعه مورچه ها
در روش فرا كاوشي بهينه سازي جامعه مورچه ها، يك جامعه اي از مورچه هاي مصنوعي در پيدا كردن جواب مناسب براي مسايل بهينه سازي با دف تعريف شده، هزينه بهترين جواب توليدشده در آن تكرار محاسبه مي شود. بعد از انجام مراحل دوم و سوم، فرومون مسير اصلاح شده و به سراغ تكرار بعد مي رويم.
٣. سيستم الگوريتم مورچه Ranked-based AS
اين روش اولين بار توسط - بولن هيمر و همكاران - Bullnheimer et al. - 1997 - و - بولن هيمر و همكاران - Bullnheimer et al. - 1999 - بكار برده شد. در اين روش ميزان فروموني كه هر مورچه بر جاي مي گذارد با ميزان رتبه و برازندگي اش متناسب است. علاوه بر اين بهترين مورچه تاكنون - best so far ant - بيشترين ميزان فرومون را در هر تكرار بر جاي مي گذارد.
٣.١. به روز رساني فرومون:
قبل از بهنگام سازي ميزان فرومون، مورچه ها بر اساس مقدار طول مسير پيموده شده مرتب مي شوند و مقدار فروموني كه آنها بر جاي خواهند گذاشت با توجه به مقدار رتبه آنها - r - وزن گذاري خواهد شد. در هر سعي فقط تعداد - ω-1 - از بهترين مورچه ها بهمراه بهترين مورچه تاكنون - best so far ant - اجازه پخش فرومون در روي مسيرهاي مربوطه را خواهند داشت .
