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김경완,이영진,강두선,김영화,Kim. Kyungwan,Lee. Youngjin,Kang. Doosun,Kim. Younghwa 한국방재학회 2013 한국방재학회논문집 Vol.13 No.6
전통적으로 농업용수 공급시설은 개수로의 형태가 대부분이었으나 비효율적이고 운영 및 관리에 어려움이 있다는 단점이 지적되어 왔다. 최근 들어 이러한 단점을 보완하기 위해, 안정적인 용수공급과 시스템 관리가 용이한 관수로 시스템으로의 전환이 모색되고 있다. 경제성을 고려한 농업용 관수로 시스템의 설계를 위해서는 최적화 기법의 적용이 반드시 필요하다. 하지만, 기존의 최적화 기법들은 결정변수가 많은 대규모 시스템에 적용할 경우 계산효율이 떨어지고, 실무에 사용이 가능한 해를 제시하지 못하는 경우가 많았다. 본 연구에서는 기존의 최적화 기법이 가지는 이러한 문제점을 개선할 수 있는 방안을 개발하고 적용하였다. 적용 모형은 관망 수리해석 프로그램인 EPANET모형과 군탐색 최적화 기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 연계하도록 구성되었다. 기존의 유전자 알고리즘이 초기해(Initial Population)로 무작위해(Random Solution)를 사용하는 것과 달리, 본 연구에서는 수리해석을 이용한 전처리과정을 통해 선정된 초기전략해(Strategic Initial Population)를 사용함으로써 최적화 알고리즘의 계산효율을 높이고 동시에 전역해(Global Optimum)에 근접한 최적설계가 가능하도록 하였다. 개발된 모형을 대규모 농업단지에 적용한 결과 기존의 최적화 기법에 비해 경제적, 수리학적으로 개선된 설계결과를 얻을 수 있었다. 본 논문에서는 초기전략해를 이용한 농업용 관수로 시스템의 최적화기법을 상세히 설명하고, 그 적용절차 및 결과를 제시하였다. Traditionally, open channel flow systems have been mainly utilized for agricultural irrigation water supply. To date, a pipe network system is gaining spotlight as an alternative in this field for reliable and efficient water supply. Optimization techniques are beneficial for least-cost design of large-scale irrigation systems. Previous optimization techniques, however, had drawback in terms of computational efficiency when applied to a large scale system with lots of decision variables, and often provided solutions not applicable to real network design. In this study, an improved approach for determining optimal diameter of agricultural pipe systems are proposed. The model consists of a heuristic search approach, Genetic Algorithm (GA), and a hydraulic simulator, EPANET. Instead of using random initial population for GA, a strategic initial population was constructed and provided from a pre-processing based on iterative hydraulic analyses. The proposed approach enabled the optimal design to be found and improved computational efficiency of GA. The developed model was applied to a large-scale irrigation network and optimal designs were obtained with lower economic cost yet better hydraulic performances. This paper describes the proposed approach utilizing the strategic initial population and the application procedures and results are discussed.
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김경완 ( Kyungwan Kim ),이영진 ( Youngjin Lee ),강두선 ( Doosun Kang ),김영화 ( Younghwa Kim ) 한국농공학회 2013 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2013 No.-
전통적으로 농업용 급수시설은 개수로의 형태가 대부분이었으나 유지보수 및 운영의 효율이 낮은 문제점이 있어, 최근 용수공급 측면에서 보다 안정적이고 효율적인관수로 시스템으로의 전환이 이루어지고 있다. 최근 다양한 최적화 기법들을 활용한 농업용 관수로 시스템의 최적설계가 이루어지고 있다. 하지만, 결정변수가 많은 대규모 시스템의 경우에는 계산효율이 떨어져 전역해(global optima)를 발견하지 못하는 경우가 대부분이다. 본 연구에서는 관망 수리해석 프로그램인 EPANET모형과 비선형 최적화 기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm)을 연계하여 농업용 관수로 시스템의 최적관경 결정을 위한 모형을 제안하였다. 제안된 모형은 유전자 알고리즘의 초기해(Initial Population)를 단순히 무작위해(Random Solution)로 사용하는 대신, 관망 수리해석을 통해 계산된 관내 유속을 기준으로 초기전략해(Warm Initial Population)를 구성함으로써 유전자 알고리즘의 계산효율을 높이고 전역해(global optima)에 근접한 최적설계가 가능하도록 하였다. 개발된 모형을 국내 대규모 농업단지에 적용하여 최적설계를 실시하였으며, 관망형태(분기형 혹은 망형)에 상관없이 향상된 결과를 보여줌을 알 수 있었다. 본 연구에서는 초기전략해를 활용한 농업용 관수로 최적화기법을 상세히 설명하고, 그 적용절차 및 결과를 발표함으로써 향후 실무에서 적극 활용될 수 있도록 할 계획이다.
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