基于改进GAAA算法的BP神经网络管网故障诊断研究

（ ２ ） 泄漏 发 生在 管段 处 ． 管 网拓 扑 关 系发 生 变化 ．此 时漏 点 作 为管 网一 个新 增 节点 将 漏水 管 段 分 为两 条 ．即管 网有 Ｍ＋ １ 个节点 ． Ｎ ＋ Ｉ条管段 ． Ｎ — Ｍ＋ ２个基本 回路 。
１ ． ２ 计 算模 型
诊 断时 ． 收敛 速度 慢 ． 易 陷入 局 部 极小 值 的 问
题 。为此 ， 笔 者提 出一 种改 进 Ｇ Ａ Ａ Ａ算法 （ 改
根 据基 尔 霍 夫 流量 、 压 降定 律 ［ ． 及 管 网
压力 损失 计算 公式 ［ ５ １ ． 有：
Ａｃ ＝ ｑ
Ｂ Ｃ ￣ Ｈ＝ Ｏ
． ．
进蚂 蚁算 法 及遗 传算 法 的混合 算 法 ） ． 并 运用
Ｐ（ ｉ ＋ １ ） 的其 他个体 。 （ ４ ） 计 算 子种群 Ｐ（ ｉ ＋ １ ） 的适应 度 。 （ ５ ） 重复 以上 步骤 至算法 收敛 。 ２ ． ２ ． ２ Ｇ Ａ Ａ Ａ蚁 群算法 部分 改进 ｌ ９ （ １ ） 设 置 蚂 蚁 数 目、 最大迭代次数 、 初 始
（ ４ ） ｓ 产 ｆ 嚷
【
扣
√ ） ］ ｑ 。 ≤ ｑ － （ ４ ）
ｑｏ ＞ ｇｌ
２ ． １ Ｂ Ｐ神 经 网络 Ｂ Ｐ神 经 网络是 典 型 的多 层 向前 网络 ． 一 般 三层 Ｂ Ｐ神 经 网络 即 可实 现 高 维 度 非 线性
区域 供 热
２ ０ １ ７ ． ５期
基于改进 Ｇ Ａ Ａ Ａ算法 的 Ｂ Ｐ神经 网络 管 网故 障诊 断研究
承德 热 力 集 团有 限责任 公 司 董伟松 王 铎 王梓楠 辛 冠初 孙万勇
【 摘 要 】 为解 决 Ｂ Ｐ神 经 网络在供 热 管 网泄 漏诊 断 中收 敛速度 慢 、 易陷入 局部 板 值 的 问题 ． 提 出一种 改进 ＧＡＡ Ａ算法 ． 利 用其 对 Ｂ Ｐ神 经 网络初 始值 和 阀值 进行 了优 化． 而后 通过 故 障诊 断确 定泄 漏管段 及 泄 漏点 、 进 而确 定 泄漏量 。 试验 结果表 明 ， 改进 ＧＡ Ａ Ａ算 法优 化后 的 Ｂ Ｐ神 经 网络模 型 收敛速 度 快 、 诊 断精 度 高 ． 明显优 于传 统 的 Ｂ Ｐ
学 模 型 。 同时 ， 利 用 阻力 、 水 泵 扬 程等 参 数求 解 不 同工 况 下 管 网各 管 段 流 量 及 节 点 压 力
本 文 利用 节 点方 程 法编 程来 求 解 管 网泄 漏工 况 数 学模 型
２ 优 化 方 法 确 定
化信 息 素 、 信 息素蒸 发 率 。
（ ２ ） 根据 式 （ ４ ） 依次 选择 各设 计变 量值 。
（ ） 进 行交 叉 和变 异 ， 生 成
△ 日 为管 段压 降列 向量 ：
Ｊ ｓ为 Ｂ ｘ Ｂ阶对 角矩 阵 ：
ｌ Ｇ ｌ 为Ｂ ｘ Ｂ阶管段绝对流量矩阵；
Ｚ为管 段 中两节 点位 能差 列 向量 ：
Ｄ Ｈ 为水 泵扬程 列 向量 根据 式 （ １ ） 式 （ ３ ） 建 立 管 网泄 漏 工 况 数
浪费 。 当前 国 内普 遍采 用 人工 检 漏 和声 学 检漏
假定 补 水 系统 能够 正 常补 水 ．补 水量 与 漏水 量相 当 ， 定 点压 力保 持不 变 。将 管 网节 点及 管 段进 行 编号 ．假 定 正 常工 况下 管 网有 Ｍ 个 节点 ， Ｎ条 管段 ．则 管 网有 Ｎ — Ｍ＋ ２个 基 本 回路 。管 网泄漏 分两 种情况 ：
．
（ 一 １ ） ， 而
后与 第 代子种 群 共 同选 择 ． 生成新 一 代父 种
．
（ ） 。
ｐ为 节点净 流 出量列 向量 ；
为管 网 回路 矩 阵 ；
（ ２ ） 对 父代种 群
中。 （ ３ ） 对父 种群
．
．
（ ） 使用“ 最 优 保 存 策
略” ，将 最优 解 复制 到新 一 代子 种 群 Ｐ （ ｉ ＋ １ ）
（ １ ） 泄漏 发 生在 节 点 ， 节点 的净 流 出量 发 生变 化 ， 此 时 泄漏量 即 为该节 点流量 ：
方 法 对管 网故 障进行 诊 断 ．但 容 易受 到人 为
和其 它外界 因素的干 扰 。 误 判 率较 高 。而随着 人 工 智能 的 发展 ．采 用 人 工神 经 网络 对 管 网 故 障诊 断 的研 究逐 渐增 多 Ｅ ］ － ２ ］ 其 中 Ｂ Ｐ神经 网络 是 当前研 究 及应 用 较 多 的一 种 但 研究 发现 ． Ｂ Ｐ神 经 网络 存 在着 对 于 复杂 管 网故 障
神 经 网络 故 障诊 断模 型
【 关 键词 】 供热管网 改进
Ｇ Ａ Ａ Ａ 算 法 故 障诊 断
ＤＯＩ 编码 ： １ ０ ． １ ６ ６ ４ １ Ｑ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｃ ｎ １ １ － ３ ２ ４ １ ／ ｔ ｋ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ５ ． ０ ０ ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
０ 引 言
断泄 漏管 段 ． 并 准确 计算 出泄漏 量 的 目的
１ 泄漏 工况水 利计 算模 型 １ ． １ 假 设模 型
随着 城市 供 热管 网覆 盖面 积增 大 ．系统
变 得 越来 越 复杂 ． 同时受 管 道及 部 件材 质 、 敷 设方式 、 环境 、 施 工 方 法 等 因 素 的影 响 ， 供 热 管 网的故 障不 断 发生 ．其 中 以泄漏 事 故最 为 常见 由于 热 网泄漏 的是 经软 化 处理 及 有较 高温 度 的热水 ， 由此 造成 较 大 的水 资 源 、 能源
其对 Ｂ Ｐ神 经 网络进 行优 化 ． 实 现快 速精 确诊
（ １ ）
（ ２ ）
９— ．
区域 供 热
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Ａ Ｈ ＝ Ｓ ｌ Ｇ Ｊ Ｇ ＋ ｚ ＿ Ｄ 日
式 中： 为 管 网关联 矩阵 ： Ｇ为 管段 流量列 向量 ：
（ ３ ）
变异 算 子均 独 立作 用于 父代 种群 群