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研究生: 莊賢文
Hsien-wen Chuang
論文名稱: 基因演算法在管網系統規劃設計之應用
Application of Genetic Algorithms in Storm Sewer System Design
指導教授: 楊亦東
I-tung Yang
口試委員: 謝佑明
Yu-ming Hsieh
林祐正
Yu-cheng Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 營建工程系
Department of Civil and Construction Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 62
中文關鍵詞: 下水道設計系統配置最佳化基因演算法
外文關鍵詞: sewer system, layout, optimal, Genetic Algorithm
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  • 下水道工程為現代化都市重要工程,而國際間普遍將污水下水道建設績效作為衛生環境、生活品質、國家進步發展的參考指標。下水道工程施工,最重要的就是管網系統的規劃設計。過去使用人工計算,不僅無法保證是最佳的設計,問題能處理的也僅限於較簡單的系統,如今使用電腦加上最佳化演算法便可以解決更複雜的問題,以求出最小成本的管網系統和配置。本模式也提出應用不確定性雨量來推估整個下水道管網,求得更高可靠度的管網系統,以應付預估雨水量不準確的風險。
    本研究是以基因演算法和進化演算法,來幫助規劃下水道的系統配置和管網系統最佳化。基因的編排方式為一條基因決定一種系統配置,經由基因演算法以最小成本為目標產生出最佳配置和管徑後,再去做水力計算,進而產生覆土埋設深度,以供使用者參考利用。
    本研究最後用二個例子來驗証此程式,第一個例子為7個人孔的範例,與窮舉法相比較發現可以在有限的時間內找到不錯的配置和管網系統。並比較執行十次後的結果,本模式十次都可以找到相同的解,驗證模式的穩定性高。第二個範例則為40人孔的案例,並使用不確定性雨量來當作計畫下水量,發現在不同特定信心水準下,本研究依然可以找出滿足其特定信心水準的配置和管網系統來應付預估雨水量的風險。並提供不同信心水準下之管網系統以供設計者作決策。


    Storm sewer system is important construction in the modern city, and it is the norm of hygienic condition、quality of life、development of nation. In recent years, the climatic changes an too radical. So rain rate cannot be forecasted with full certainly.
    Traditionally, the design of Storm sewer system maybe time-consuming and less than lost-effective. But now we can use computer and optimal algorithms to facilitate the design of Storm sewer system.
    This study uses genetic algorithms to help constructer plan and design the Storm sewer system. The chromosome design represents a kind of system layout. We use genetic algorithm to find optimal layout and then perform Hydraulic.
    This study uses two cases to validate the proposed model. The first case includes a sewer system with 7 manholes. The proposed model can always find the true optimal design by comparing with Exhaustive enumeration. The second case includes 40 manholes. Where the rain rate is assumed stochastic. This model can find the optimal under specific condition levels.

    第一章 緒論 7 1.1研究背景與動機 7 1.2研究目的 8 1.3研究方法與流程 8 1.4論文架構 11 第二章 文獻回顧和理論介紹 12 2.1 下水道管網系統設計流程 12 2.1.1下水道設計流程 12 2.1.2 排水分區平面圖 14 2.1.3 管渠之種類 14 2.1.4 管渠之斷面 14 2.1.5 人孔 14 2.1.6 計畫雨水量 15 2.1.7 設計流速與坡度 16 2.1.8 最適管徑 16 2.1.9 最小覆土深度 16 2.1.10 管渠之接合 16 2.2 水力計算公式 17 2.2.1 滿管流設計 17 2.2.2 非滿管流設計 18 2.3 管網系統最佳化 20 2.3.1 管網系統最佳化發展情形 20 2.4 雨水量的推估 23 2.5 基因演算法 23 2.5.1 基因演算法之簡介 24 2.5.2 基因演算法之演化機制 24 2.6 小結 27 第三章 模式介紹 29 3.1 模式介紹 29 3.1.1 問題定義 29 3.1.2 研究假設 31 3.2模式考量 31 3.2.1 染色體的產生 31 3.2.2 交配 33 3.2.3 適應值 36 3.2.4 水力計算 36 3.2.5 成本函數 36 3.2.5 不確定性雨量 38 3.4 小結 39 第四章 案例分析 41 4.1 案例驗證(一) 41 4.2 案例驗證(二) 45 4.2.1 40個人孔 45 4.2.2 信心水準 52 4.3 敏感度分析 53 4.3.1 交配率 53 4.3.2 突變率 54 4.3.3 基因數 55 4.4 小結 56 第五章 結果與討論 58 5.1 結論 58 5.2 建議 58 參考文獻 60

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