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Title in Portuguese: Avaliação do operador elitismo na detecção de vazamentos em rede de distribuição de água utilizando o método transiente inverso e algoritmo genético
Title: Evaluation of the elitism operator in the detection of leaks in water distribution network using the inverse transient method and genetic algorithm
Author: Sampaio, Amanda Sousa
Advisor(s): Araújo, John Kenedy de
Keywords: Recursos hídricos
Algoritmos genéticos
Água - Desperdício
Calibração
Inverse transient analysis
Leaks
Elitist strategy
Issue Date: 16-May-2018
Citation: SAMPAIO, A. S. Avaliação do operador elitismo na detecção de vazamentos em rede de distribuição de água utilizando o método transiente inverso e algoritmo genético. 2018. 145 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil)-Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil: Recursos Hídricos, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: Detecção de vazamentos e calibração de modelos hidráulicos são questões importantes sobre o gerenciamento de redes de distribuição hidráulica. Quando se aplica Algoritmos Genéticos para otimizar a calibração é importante manter dois requisitos aparentemente contraditórios: preservar indivíduos promissores de uma geração para outra através da técnica elitista e manter a diversidade da população. Este trabalho avalia o desempenho do operador Elitismo utilizado na técnica de busca e otimização do Algoritmo Genético (AG), para localização e quantificação de vazamentos em redes, através do Método Transiente Inverso (MTI) que consiste em calibrar parâmetros desconhecidos da rede para minimizar os desvios entre as cargas hidráulicas transientes observadas e calculadas. É demonstrado o uso de um aplicativo computacional para a calibração dos vazamentos em um estudo de caso hipotético de pequenas dimensões. Os vazamentos foram tratados como demandas adicionais nos nós da rede analisada, e o parâmetro a ser calibrado é o CDA do nó (produto do Coeficiente de Descarga pela Área de vazamento). Foram avaliados e comparados os resultados obtidos sem a aplicação do Elitismo (pe = 0%) e com outros dois tipos diferentes de Elitismo que divergem em relação à escolha dos indivíduos que irão compor a população de parâmetros. Com base nas análises, demonstra-se a influência do Elitismo sobre o comportamento da Função Objetivo, sobre as cargas permanentes e transientes calculadas, e sobre a qualidade da otimização. Ainda se analisou a influência da posição do nó vazado. O Elitismo tipo 2 com pe igual a 20% foi o único a conseguir identificar e quantificar o vazamento os todos os casos em que foi aplicado. Independente do Elitismo, os melhores resultados ocorreram no nó próximo do reservatório e nos nós vizinhos ao nó monitorado. Conclui-se com o trabalho que as técnicas de Algoritmos Genéticos são apropriadas à calibração de redes hidráulicas, tratando-se de um tema que merece ser mais explorado.
Abstract: Detection of leakage and calibration of hydraulic models are important questions about the management of hydraulic distribution networks. When applying Genetic Algorithms to optimize calibration it is important to maintain two seemingly contradictory requirements: to preserve promising individuals from one generation to another through the elitist technique and to maintain the diversity of the population. This work evaluates the performance of the Elitismo operator used in the Genetic Algorithm (GA) search and optimization technique for locating and quantifying network leakage through the Inverse Transient Method (MTI), which consists of calibrating unknown network parameters to minimize deviations between observed and calculated transient hydraulic loads. The use of a computational application for leak calibration is demonstrated in a small hypothetical case study. The leaks were treated as additional demands on the nodes of the analyzed network, and the parameter to be calibrated is the node CDA (product of the Coefficient of Discharge by the Leak Area). The results obtained without the application of Elitism (pe = 0%) and with two other different types of Elitism were evaluated and compared, which diverge in relation to the choice of individuals that will compose the population of parameters. Based on the analyzes, the influence of Elitism on the behavior of the Objective Function, on the calculated permanent and transient loads, and on the quality of the optimization is demonstrated. The influence of the position of the casting node was also analyzed. Elitism type 2 with pe 20% was the only one to be able to identify and quantify the leakage in all the cases in which it was applied. Regardless of Elitism, the best results occurred in the node near the reservoir and in the neighboring nodes to the monitored node. It concludes with the work that Genetic Algorithm techniques are appropriate to the calibration of hydraulic networks, being a topic that deserves to be explored further.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/32226
metadata.dc.type: Dissertação
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