(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110397076.2 (22)申请日 2021.04.13 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113111583 A (43)申请公布日 2021.07.13 (73)专利权人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 郭玉雪　许月萍　刘晶　王奕童　 王贺龙　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 万尾甜　韩介梅 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06N 3/00(2006.01) G06N 7/08(2006.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/06(2020.01) 审查员 张驰 (54)发明名称 一种考虑再生水的多水源多用户分质供水 优化配置方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑再生水的多水源多 用户分质供水优化配置方法， 步骤如下： 首先获 取水资源系统基本信息数据， 明确 “取‑用‑排‑ 回”全过程对象， 进行复杂水资源系统概化； 其次 构建考虑再生水的多水源多用户分质供水多目 标优化配置模 型； 最后提出一种改进多目标鲸鱼 优化算法对配置模型进行求解， 确定合理的优化 配置方案集合。 本发明可综合再生水在内的多种 水源进行分质供水， 提高水资源优化配置计算效 率， 为水资源高效利用提供新的途径。 权利要求书4页 说明书8页 附图2页 CN 113111583 B 2022.05.17 CN 113111583 B 1.一种考虑再生水的多水源多用户分质供水优化配置方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1， 获取 水资源系统基本信息数据； 步骤2， 明确 “取‑用‑排‑回”全过程对象， 进行复杂水资源系统概化； 其中， “取”为供水 水源，“用”为用水户， “排”为污水处 理厂，“回”为污水处 理厂再生水回用； 步骤3， 构建考虑再生水的多水源多用户分质供 水多目标优化配置模型； 步骤4， 提出一种基于改进多目标鲸鱼算法对步骤3的多目标优化配置模型进行求解， 确定合理的优化配置方案集 合 所述步骤4具体包括以下步骤： 步骤4‑1， 初始化算法参数和种 群， 外部归档集NEA赋空集； 其中， 种群规模大小为Np， 外 部归档集个数为Ne， 最大迭代次数为Ngen， 决策变量个数为Nd， 目标函数个数Nobj， 约束条件的 个数Nc o n， Tent映 射迭代次 数Nt e n t； 采 用混沌Tent理论 初始化鲸鱼 种群 其中 Xi表示第i个鲸鱼个体， xi,n表示 第i个鲸鱼个 体第n个决策变量 位置， i＝1,2,...,Ne， n＝1,2,...,Nd； 步骤4‑2， 计算种群 中每个个体的适应度值和约束惩罚值， 按照以下约束支配原则进行 非支配排序： 解个体Xi约束支配解个体Xj当且仅当： ①解Xi是可行解而解Xj为不可行解； ② 解Xi与Xj都不是可行解， 但解Xi的约束惩罚值小于Xj；③解Xi与Xj都是可行解， 但解Xi的适应 度值支配解Xj； 步骤4‑3， 按照约束支配结果计算所有个体的非支配排序等级 和拥挤距离 为迭代t次后第j个个体的非支配排序等级， 为迭代t次后第j个个体的拥挤距 离， j＝1,2,. ..,Np， 同时将各排序等级内的边界点赋予无穷大的距离； 步骤4‑4， 更新外部归档集； 将种群内所有个体与外部归档集NEA合并， 采用精英保留策 略， 选取Ne个个体进行外部归档集NEA更新： 选取非支配排序等级为rank＝1的个体， 若等级 为1的个体数量 大于Ne， 则选择拥挤距离较大的前Ne个个体； 若不足， 则依次选择排序等级为 rank＝rank+1中拥挤距离较大的个 体， 直至外部归档集 NEA包含的个体数为Ne； 步骤4‑5， 最优个体选择； 在外部归档集NEA中按照以下规则选取X*， 定义X*为全局最优 的鲸鱼个体： 在排序等级为 1的集合中， 若其个体数量等于1， 则选择此个体作为全局最优个 体X*； 若其个体数量位于[2,Nobj]之间， 则随机选择个体作为全局最优个体X*； 若其个体数据 大于Nobj， 则省略边界个体， 在剩余个体内选择拥挤距离 最大的个体作为当前最优个体 X*； 步骤4‑6， 采用随机搜索策略寻找猎物、 改进的包围猎物和气泡攻击的方式对种群 中的 所有鲸鱼个 体进行更新， 具体如下式： 随机搜索策略 改进的包围猎物： 式中， t为 当前迭代次数， D为鲸鱼个体与目标猎物之间的距离， Xt表示第t次迭代后的鲸权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 113111583 B 2鱼个体， 表示第t次迭代后的鲸鱼最好个体， 即局部最优解； 表示第t次迭代后的随机 鲸鱼个体； 表示鲸鱼种群在第t次迭代的自适应权重， i表示第i个 鲸鱼个体； A＝2a ×rand1‑a， C＝a×rand2， rand1和rand2表示(0,1)之间的随机数； a为收敛 因子， 随着迭代次数增 加从2减少到 0， a＝2‑2t/Ngen； 改进的气泡 攻击： 式中， b为用于限定对数螺旋 形状的常数， l为 ‑1到1之间的随机 数； Pi为概率选 择收缩保 卫机制参数， Pi＝0.5； e是自然底数； 步骤4‑7， 计算种群 中每个个体的适应度值和约束惩罚值， 将更新后的新种群与外部归 档集NEA进行合并， 按照步骤4 ‑3和4‑4更新外部归档集 NEA； 步骤4‑8， 判断迭代次数是否已达到Ngen， 若是， 则终止运行并输出外部归档集NEA中的 可行解集合； 若否， 返回步骤4 ‑3； 步骤4‑9， 整理输出不同可行解对应的水库供水量、 河道翻水量、 外调水量、 再生水回水 量以及再生水价格。 2.如权利要求1所述的一种考虑再生水的多水源多用户分质供水优化配置方法， 其特 征在于， 步骤1所述的水资源系统基本信息数据包括水库水位 ‑库容关系曲线， 水库、 河道、 调水工程、 供水水厂、 污水处理厂的基本特征参数和地理位置信息， 水库出入库流量、 调水 工程流量、 污水 处理厂进排水流量， 不同用水户的单位废水排放中COD、 TP和TN的含量， 水资 源费、 水费、 原水 水价、 外来引水 水价、 单位污水处 理费。 3.如权利要求1所述的一种考虑再生水的多水源多用户分质供水优化配置方法， 其特 征在于， 所述步骤2中供水水源包括外来调水、 本地水库水、 河道水和再生水， 按照相关水质 标准进一步划分为优质水、 中水、 一般水和农业水供水水源， 其中， 再生水作为中水和一般 水。 4.如权利要求1所述的一种考虑再生水的多水源多用户分质供水优化配置方法， 其特 征在于， 所述步骤2的用水户包括生活、 工业、 农业和生态用水户， 按照相关水质标准进一步 划分为优质水、 中水、 一般水和农业用水户。 5.如权利要求1所述的一种考虑再生水的多水源多用户分质供水优化配置方法， 其特 征在于， 所述步骤3构建的多 水源多用户分质供水多目标优化配置模 型综合考虑经济、 社会 和生态环境效益， 以供 水量v和再生水 水价b为决策变量， 具体包括： (1)目标函数： a.经济效益 其中， vij为供水水源i向用户j的供水量， m3； bij为供水水源i向用户j供水的单位效益系 数， 包括优质水、 中水、 一般水、 农业水和再生水水价， 元/m3； cij为供水水源i向用户j供水的 单位费用系数， 包括单位污水处理费、 水资源费、 引水水价， 元/m3； I为供水水源数目， J为用 户数目； δij为供水水源i与用户j的供 水关系， 1表示存在供 水关系， 0表示无 供水关系； b.社会效益权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 113111583 B 3