Cost Optimization of Hanoi Water Distribution Network with Meta-Heuristic Optimization Algorithms

Öz

Gerekli suyun toplanmasından kullanıcılara ulaştırılmasına kadar geçen bir süreç içerisinde su iletim ve dağıtım sistemlerinin yüksek maliyet değerleri içerdiği görülmektedir. Su iletim sistemlerinde daha az sayıda seçeneğin bulunmasına karşılık su dağıtım şebekeleri istenen şartları sağlayan daha fazla olası çözümü içermektedir. Zamanla, minimum maliyet değerine sahip olan en iyi sistemin tasarlanması bir optimizasyon problemi haline gelmiştir. Son 50 yıldır bilgisayar teknolojilerindeki gelişme ile birlikte çeşitli optimizason algoritmaları ortaya atılmış ve bu algoritmalar su dağıtım şebekelerinin maliyet optimizasyonu konusunda kullanılarak algoritmaların performansları değerlendirilmiştir. Bu çalışmada literatürde yaygın olarak kullanılmış olan Parçacık Sürü Optimizasyon ve Genetik Algoritma yöntemlerine ilave olarak diğer iki yönteme kıyasla daha yakın zamanda ortaya atılmış olan Yapay Arı Kolonisi algoritması ile Hanoi su dağıtım şebekesi üzerinde maliyet optimizasyonu yapılmıştır. Mevcut çalışma için en başarılı algoritmanın belirlenmesi için yakınsama hızı, tutarlılık ve sonuçların dağılımı karşılaştırmalı performans analizi kapsamında incelenmiştir.  

Anahtar Kelimeler

• optimizasyon,su dağıtım şebekesi,yapay arı kolonisi,genetik algoritma,parçacık sürü optimizasyon

Kaynakça

1. Afshar, M. H., & Marino, M. A. (2005). A Convergent Genetic Algorithm for Pipe Network Optimization. Scientia Iranica, 12 (4), pp.392-401.
2. Alperovits E., & Shamir, U. (1977). Design of optimal water distribution systems. Water Resources Research, 13(6), pp.885-900.
3. Babu, K. S. J., & Vijayalakshmi, D. P. (2013). Self-Adaptive PSO-GA Hybrid Model for Combinatorial Water Distribution Network Design. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practise, 4, pp.57-67.
4. Cisty, M. (2010). Hybrid Genetic Algorithm and Linear Programming Method for Least-Cost Design of Water Distribution Systems. Water Resources Management, 24, pp.1-24.
5. Cunha, M. C., Ribeiro, L. (2004). Tabu search algorithms for water network optimization. European Journal of Operational Research, 157, pp.746-758.
6. Cunha, M. C., & Sousa, J. (1999). Water Distribution Network Design Optimization: Simulated Annealing Approach. Journal of Water Resources Planning and Management, 125 (4), pp.215-221.
7. Dandy, G. C., & Engelhardt, M. O. (2006). "Multi-objective trade-offs between cost and reliability in the replacement of water mains." J. Water Resour. Plann. Manage., 132 (2), pp.79–88.
8. Fujiwara, O., & Khang, D. B. (1990). A two-phase decomposition method for optimal design of looped water distribution networks. Water Resources Research, 26 (4), pp.539-549.

9. Geem, Z. W. (2009). Particle –swarm harmony search for water network design. Engineering Optimization, No.4, pp.297-311.
10. Kadu, M. S., Gupta R., & Bhave, P. R. (2008). Optimal Design of Water Networks Using a Modified Genetic Algorithm with Reduction in Search Space. Journal of Water Resources Planning and Management, pp.147-160.
11. Karaboğa, D. (2004). Yapay Zeka Optimizasyon Algoritmaları, 1. Baskı, Noble Basımevi (in Turkish).
12. Karaboğa, D. (2005). An Idea on Honey Bee Swarm for Numerical Optimization. Erciyes University Engineering Faculty Computer Engineering Department Technical Report – TR06, Kayseri – Türkiye, pp.1-10.
13. Kennedy, J., & Eberhart, R. (1995). Particle Swarm Optimization. Proc. IEEE International Conference on Neural Networks IV, pp.1942-1948.
14. Murphy, L. J., Simpson, A. R., & Dandy, G. C. (1993). Design of a pipe network using genetic algorithms. Water, 20 (4), pp.40–42.
15. Ozdağlar, D., Benzeden E., & Kahraman, A. M. (2006). Kompleks Su Dağıtım Şebekelerinin Genetik Algoritma ile Optimizasyonu. Technical Journal, pp.3851-3867 (in Turkish).
16. Perelman, L., & Ostfeld, A. (2007). An adaptive heuristic cross-entropy for optimal design of water distribution systems. Engineering Optimization, 39 (4), pp.413-428.
17. Quindry, G. E., Brill, E. D., & Liebman, J. C. (1981). Optimization of looped water distribution systems. Journal of the Environmental Engineering Division ASCE, 107 (4), pp.665-679.
18. Schaake, J., & Lai, D. (1969). Linear Programming and Dynamic Programming Application of Water Distribution Network Design. Report 116, MIT Press: Cambridge, MA.
19. Tospornsampan, J., Kıta, I., Ishii, M., & Kitamura, Y. (2007). Split-Pipe Design of Water Distribution Network Using Simulated Annealing. International Journal of Computer and Information Engineering, 1 (3), pp.154-164.
20. Vasan, A., & Simonovic, S. P. (2010). Optimization of Water Distribution Network Design Using Differential Evolution. Journal of Water Resources Planning and Management, 136 (2), pp.279-287.
21. Yilmaz, V. (2015). Optimization of Water Distribution Networks Using Metaheuristic Methods. PhD Thesis, Department of Civil Engineering, The Graduate School of Natural and Applied Science of Selçuk University, Konya.