بهینه‌سازی چندهدفه جانمایی حسگر تشخیص آلودگی در سیستم توزیع آب شهری با استفاده از الگوریتم بهینه سازی چندهدفه جستجوی هماهنگ

مقدمه و هدف: سیستم‌های توزیع آب به دلیل ماهیت گسترده جغرافیایی، نسبت به ورود آلودگی‌های عمدی و یا تصادفی بسیار آسیب‌پذیر هستند. وجود چنین تهدیدهایی می‌تواند اعتماد عمومی نسبت به سیستم توزیع آب را تحت تاثیر قرار دهد. سیستم هشدار آلودگی شامل استقرار حسگرهایی در شبکه توزیع آب است که باعث قطع شبکه آب‌رسانی در زمان وقوع آلودگی می‌شوند. با توجه به هزینه زیاد خرید، نصب و نگه‌داری چنین حسگرهایی، باید نسبت به انتخاب محل نصب آن‌ها دقت شود، به نحوی که نصب حسگرها باعث کاهش شدت تلفات و خسارات احتمالی شود. محاسبه محل استقرار این حسگرها بر اساس یکی از اهداف کاهش زمان تشخیص آلودگی، افزایش پوشش حسگرها، کاهش حجم آب آلوده مصرف شده و یا چند هدف همزمان، می تواند انجام شود.مواد و روش­ها: در این پژوهش با استفاده از مدل بهینه‌سازی چند هدفه الگوریتم جستجوی هماهنگ به محاسبه محل استقرار بهینه حسگرهای تشخیص آلودگی بر اساس دو معیار الف کاهش زمان تشخیص آلودگی و ب افزایش پوشش حسگرها پرداخته شده است. با اتصال نرم‌افزار epanet و نرم افزار matlab، اقدام به تشکیل مدل یکپارچه شبیه سازیبهینه سازی انتشار آلاینده شد و مثال دوم نرم افزار epanet به عنوان مطالعه موردی بررسی شد.یافته­ها و بحث: نتایج منحنی بهینه پارتو نشان می‌دهد درحالی‌که زمان تشخیص آلودگی از حدود 13000 ثانیه تا حدود 26000 ثانیه در تغییر است، مقدار پوشش شبکه از حدود 15000 تا 36000 گالن بر دقیقه تغییرمی‌کند. به عبارت دیگر 100% افزایش زمان تشخیص آلودگی منجر به افزایش 140% در پوشش شبکه خواهد شد. همچنین با استفاده از روشهای انتخاب نقطه بهینه نهایی، زمان بهینه تشخیص آلودگی 19296 ثانیه و پوشش بهینه 26494 گالن در دقیقه محاسبه شد.نتیجه­گیری: نتایج نشان داد در شرایطی که دو هدف از اهمیت یکسان برخوردار باشند یکی از حسگرها درمکانی پرازدحام به منظور کاهش زمان تشخصی آلودگی و دیگری در وسط شبکه به منظور افزایش پوشش شبکه قرار می گیرد.

MultiObjective Optimization of Locating the Pollution Detection Sensor in the Urban Water Distribution System Using the MultiObjective Optimization Algorithm of Coordinated Search

Introduction:Following the terrorist attacks of September 11, 2001 in the United States, concern about the security of water distribution systems has increased. Water distribution systems are highly vulnerable to intentional or accidental contamination, due to their physical and geographical characteristics. Such threats can affect public trust in the distribution system. Putting a contaminant warning system up, including sensors in the water distribution network, is a hopeful approach to disconnect water supply networks at the time of the occurrence of pollution. Due to the high cost of purchasing, installation and maintenance of such sensors, their location should be calculated by using optimization algorithms.Materials and Methods:In this research, a multiobjective optimization model has been developed using harmony search algorithm to calculate the optimal location of detection sensors in water distribution systems based on two criteria for minimizing the time detection of pollution and maximizing the coverage of sensors. The simulation of events in different scenarios is done by connecting the EPANET hydraulic model toolbox and the MATLAB software, and the second example of EPANET software is as the case study.Findings:The results show that the optimal detection time is 19296 secondsand the optimal coverage is 26494 gallons per minute. By increasing the importance of optimal detection time to the increasing the sensor coverage, the detection time decreased by 32%, and the sensor coverage, by contrast, decreased by 26%.Conclusion: It seems that in situations where two criteria are of equal importance, one of the sensors is located in a crowded place to reduce the time of contamination detection and the other in the middle of the network to increase network coverage.