Fuzzy 기법과 PSF-HS를 이용한 상수관망 최적 개량 의사결정

• 영문명: Optimal Rehabilitation Decision Making of Water Distribution System Using Fuzzy and PSF-HS
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 이호민 유도근 김중훈 Lee, Ho Min Yoo, Do Guen Kim, Joong Hoon
• 간행물 정보: 『3. 한국방재학회 학술대회논문집』2013년, 247~247쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2013.02.21

국문 초록

물은 인간의 생존에 가장 필수적인 요소 중 하나이다. 상수관망 시스템은 수용가에게 적합한 수량, 수질, 그리고 수압을 만족시키며 물을 공급하는 것을 목적으로 한다. 따라서 급수 구역의 수요와 수질기준을 만족시키는 적절한 수량과 수질의 용수를 적절한 수압으로 공급할 수 있도록 수도시설을 효율적이고 안정적으로 관리하는 것은 매우 중요하다. 특히, 상수관은 매설년도, 관종, 매설환경 및 사고이력 등에 따라 노후가 진행 되며, 이것은 관을 통한 흐름의 수두손실 증가에 의한 수압저하로 나타나게 된다. 결국 수용가가 필요로 하는 적절한 양의 물을 공급할 수 없으며, 또한 정수 처리된 용수의 수질을 유지할 수 없는 문제가 발생한다. 따라서 본 연구에서는 16개의 관과 11개의 복합절점으로 구성된 가상관망에 대하여 경제적, 수리학적 영향을 고려한 노후관거의 최적 개량 의사결정을 수행하였다. 목적함수는 관망의 교체, 갱생, 유지보수 비용을 포함하는 개량비용과, 개량 시 양수비용 절감으로 산정되는 개선이익의 합을 최소화 하는 것으로 결정하였다. 최적화 기법은 Geem et al.(2001)이 제안한바 있는 Harmony Search(HS) 알고리즘을 기반으로, 해탐색의 효율성과 사용성을 높이기 위해 Fuzzy 기법과 Parameter Setting Free(PSF) 기법을 결합한 알고리즘을 개발하여 사용하였다. 즉, 기존 HS 기법의 첫 단계인 Harmony Memory(HM)를 구성하는 과정에서 초기해의 적합도를 향상시키기 위해 Fuzzy 기법을 적용하였으며, 이를 통해 관의 특성과 관 파손이 전체관망에 미치는 영향을 정량화하여 개량 우선순위를 산정하였다. 또한 반복횟수의 증가에 따른 HS 알고리즘의 수렴성과 매개변수 결정의 어려움을 개선하기 위해 HS의 매개변수를 자동적으로 조절하는 Gibbs et al.(2010)과 Geem and Sim(2010)의 Parameter Setting Free Harmony Search(PSF-HS) 알고리즘을 적용하여 최적 개량 계획을 도출하였다. 적용 결과, 1. 우선 기존 HS 알고리즘의 적용 결과 상수관망의 최적 개량 의사결정을 할 수 있음을 확인하였으며, 2. 초기해의 구성에 Fuzzy 기법을 적용하여 HM의 초기 적합도를 향상(초기 HM의 평균 목적함수 값을 약 14.47% 감소시킴)시켰으며, 3. 추가적으로 PSF-HS 알고리즘을 적용하여 기존 HS의 매개변수 결정의 편의성 향상과 알고리즘의 수렴 속도 개선(최적해 도출 반복 시행수를 약 40%로 감소시킴) 효과를 얻을 수 있었다.

키워드

상수관망 최적 개량 의사결정 Fuzzy 기법 Harmony Search