During the past two decades, much engineering attention has been focussed on the development for constructing optimization models and algorithms to minimize the cost of the entire water supply system. And over the last 5 year a methodology for the application of genetic algorithms to water distribution system optimization has been developed.
Genetic algorithms have many advantages to describe and optimize the water distribution system more realistic than previous optimization methods. And the performance of conventional simple genetic algorithms can be improved by the change of coding scheme or adoption of additional genetic operators.
So in this study the optimization of water distribution system using improved genetic algorithms is studied.
The improvement of genetic algorithms is accomplished by the variation of procedure of simple genetic algorithms. Some improvements are found in other engineering fields, and others are developed for this study. And the genetic algorithms applied these improvements are simulated in a given network, and results are compared with those of simple genetic algorithms. And the improvements affecting the performance of genetic algorithms seriously are found, and finally the new and highly improved genetic algorithms are developed by the combination of these improvements simultaneously.
Two example networks are simulated for confirmation of new algorithms performance. The first example considers the problem of optionally expanding an existing network, namely, New York water distribution system, and the second of the problems deals with the design of a completely new network for the city of Hanoi, Vietnam.
New algorithms converge to optimal solution faster than conventional genetic algorithms in both cases, and in addition more reduced result is found in case of Hanoi water distribution system.
The promotion of competition and randomization between chromosomes are both accomplished, and the optimization of algorithms themselves is achieved through various improvements, so faster convergence speed and better results of developed new algorithms is achieved.
지금까지 많은 최적화 방법들의 상수관망 설치비용의 최소화를 위하여 행하여져 왔다. 그리고, 최근에는 유전자 연산이 상수관망의 최적화 방법으로 각광받고 있다.
유전자 연산은 지금까지의 다른 최적화 방법들보다 실제 상수관망을 정확히 묘사할 수 있는 장점을 가지고 있으며, 유전자 연산의 성능은 코딩 방법의 변화나 추가적인 연산자의 도입으로 향상될 수 있음이 밝혀졌다.
그러므로, 본 연구에서는 개선된 성능의 유전자 연산을 이용하여 상수관망의 최적화를 수행하였다.
유전자 연산의 성능향상은 기존 유전자 연산의 수행과정에 변화를 가함으로써 이루어 질 수 있다. 이는 다른 공학분야의 경우를 응용하거나, 본 연구에 적합한 다른 연산자를 개발함으로써 가능하였다. 이렇게 하여 개발된 연산자들을 주어진 상수관망에 적용하고, 기존의 유전자 연산보다 나은 성능의 알고리즘을 개발하였다.
개발된 알고리즘의 성능확인을 위해 두 가지의 상수관망에 적용하였다. 첫번째 상수관망은 뉴욕시의 상수관망으로 이는 기존의 상수관망에 추가로 새로운 관을 병렬 설치하는 경우이고, 두 번째는 하노이시의 경우로 도시전체의 상수관망을 설계하는 경우이다.
개발된 알고리즘을 적용한 결과, 두 경우 모두 기존의 유전자 연산보다 최적값에 빠르게 수렴하였으며, 하노이시의 경우 기존의 연구결과보다 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 이는 추가적인 연산자의 적용으로 인하여, 유전자의 임의선택과정과 경쟁이 향상되어 유전자 연산의 수행과정 자체가 최적화되었기 때문으로 생각된다.
즉, 기존의 유전자 연산에 추가적인 새로운 연산자들을 적용한 결과, 유전자 연산의 탐색과정의 최적화가 이루어져 기존의 유전자 연산보다 나은 결과를 더욱 빠르게 찾아낼 수 있었다.
