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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曾培倫
研究生(外文):Pei-Lun Tseng
論文名稱:模糊推論模式於水庫最佳化操作
論文名稱(外文):Optimal Reservoir Operation Using Fuzzy Inference Model
指導教授:藍振武
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:土木工程學系所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:59
中文關鍵詞:水庫操作模糊推論模式模糊規則庫MT10規線
外文關鍵詞:Reservoir OperationFuzzy Inference ModelFuzzy Rule BaseMT10 Rule Curv
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台灣為一雨量豐沛的地區,由於降雨時空分配不均與社會經濟的發展,水資源短缺的問題日益嚴重。如何有效的運用水庫資源進行操作,使其盡量滿足各標的用水需求及水資源永續經營,實是當前首要的課題。
在傳統的水庫操作系統中,一般都使用操作規線(rule curve)為操作方式,水庫操作規線是系統模擬法所獲得的結果,由於規律、簡單的規線操作方式往往無法有效滿足實際需求,為了改善傳統操作上的缺點,近多有利用系統規劃之理論,應用各種優選方法求取最佳操作策略,系統最佳操作策略其模式複雜,水庫操作人員不易接受,故本文即以模糊推論系統建立一簡單有效之操作規則予水庫操作人員,作為水庫操作放水之依據。
本研究所建立之模糊推論模式,其中重要之模糊規則庫,係以遺傳演算法利用曾文水庫30年之水文資料,進行模擬試算而建立之。最後應用本研究建立之模糊推論模式作為曾文水庫實際操作,其結果顯示出模糊推論模式較傳統MT10規線操作方式在各項檢驗指標皆有明顯的改善。
Taiwan is an abundant rainfall area. Due to rainfall space-time assigns unevenly and social economy development, the problems of water resource shortage are increasing seriously. How to effectively utilize the reservoir resource to make it satisfied in water demand of each goal and sustainability is the primary subject in fact.
In the traditional reservoir operation system, in general, we use the rule curve as a method of operation, and the reservoir rule curve is the result of system simulation method. Due to the regular and simple rule curve operation unable to satisfy the actual demand effectively. In order to improve the defect, there are many system planning theories and optimum seeking methods to find the optimum operation strategies. The reservoir operators are uncomfortable with the complicated optimum operation strategies. In this article the fuzzy inference model is used to establish a simple and effective operation rule for the reservoir operator.
In this article the significant fuzzy rule base is obtained from genetic algorithms which simulated with thirty years hydrological data of Tseng Wen reservoir. The results show that the fuzzy inference model has better performance than the traditional MT10 rule curve.
中文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅰ
Abstract•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅱ
目次•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅲ
表目次•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅴ圖目次•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••Ⅵ
第一章 緒論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1-1 前言•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••1
1-2 研究目的與方法•••••••••••••••••••••••••••••••••••2
1-3 本文架構•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
第二章 文獻回顧•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4
2-1 模糊理論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4
2-2 遺傳演算法•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••6
第三章 理論分析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
3-1 模糊理論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••8
3-1-1 模糊理論概述與簡介•••••••••••••••••••••••••••8
3-1-2 模糊集合概念•••••••••••••••••••••••••••••••••9
3-1-3 模糊規則與模糊推論••••••••••••••••••••••••••16
3-1-4 模糊控制系統••••••••••••••••••••••••••••••••20
3-2 遺傳演算法理論••••••••••••••••••••••••••••••••••24
3-2-1 遺傳演算法概述與簡介••••••••••••••••••••••••24
3-2-2 遺傳演算法的架構••••••••••••••••••••••••••••25
3-2-3 基本的遺傳演算法運算元••••••••••••••••••••••27
3-2-4 遺傳演算法的演算架構••••••••••••••••••••••••28
3-3 Thomas-Fiering 模式•••••••••••••••••••••••••••••29
第四章 模式建立••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
4-1 研究區域••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
4-1-1 曾文水庫••••••••••••••••••••••••••••••••••••31
4-1-2 水庫操作規則•••••••••••••••••••••••••••••••31
4-2 模擬模式建立••••••••••••••••••••••••••••••••••••34
4-2-1 隸屬函數設定••••••••••••••••••••••••••••••••35
4-2-1-1 第一組隸屬函數設定(Fuzzy1)••••••••••••••35
4-2-1-2 第二組隸屬函數設定(Fuzzy2)••••••••••••••38
4-2-2 建立模糊規則庫••••••••••••••••••••••••••••••40
第五章 模式應用與檢討••••••••••••••••••••••••••••••••••••46
5-1 枯水年操作結果比較••••••••••••••••••••••••••••••46
5-2 平水年操作結果比較••••••••••••••••••••••••••••••47
5-3 豐水年操作結果比較••••••••••••••••••••••••••••••48
第六章 結論與建議••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••53
6-1 結論••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••53
6-2 建議••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••54
參考文獻•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••55



表目次
表3-1 傳統集合與模糊集合基本精神的比較9
表3-2 標準模糊集合運算16
表4-1 曾文水庫上限、下限及嚴重下限操作規線表32
表4-2 曾文水庫灌溉、工業及民生用水計畫需求量33
表4-3 遺傳演算法各項參數與設定值41
表4-4 Fuzzy1第1旬模糊規則庫44
表5-1 82年(枯水年)操作結果表47
表5-2 78年(平水年)操作結果表48
表5-3 94年(豐水年)操作結果表49



圖目次
圖3-1 語言變數「大約5」之隸屬函數11
圖3-2 遞增型線性隸屬函數12
圖3-3 遞減型線性隸屬函數12
圖3-4 三角形隸屬函數13
圖3-5 梯形隸屬函數13
圖3-6 高斯型隸屬函數14
圖3-7 模糊集合A與B的聯集15
圖3-8 模糊集合A與B的交集15
圖3-9 模糊集合A補集15
圖3-10 語言變數圖例17
圖3-11 模糊控制系統架構圖20
圖3-12 模糊化過程21
圖3-13 Min-Min-Max推論示意圖23
圖3-14 Min-Product-Max推論示意圖23
圖3-15 遺傳演算法循環圖29
圖4-1 曾文水庫上限、下限及嚴重下限操作規線圖32
圖4-2 延時曲線圖(第一旬)36
圖4-3 Fuzzy1入流量隸屬函數圖(第一旬) 37
圖4-4 Fuzzy1蓄水量隸屬函數圖(第一旬) 37
圖4-5 Fuzzy1放水量隸屬函數圖(第一旬) 38
圖4-6 Fuzzy2蓄水量隸屬函數圖(第一旬) 39
圖4-7 Fuzzy2放水量隸屬函數圖(第一旬) 40
圖4-8 Fuzzy1第1旬模糊規則庫圖形45
圖4-9 研究流程圖45
圖5-1 82年放水歷線圖(枯水年) 50
圖5-2 82年蓄水歷線圖(枯水年) 50
圖5-3 82年入流歷線圖(枯水年) 50
圖5-4 78年放水歷線圖(平水年) 51
圖5-5 78年蓄水歷線圖(平水年) 51
圖5-6 78年入流歷線圖(平水年) 51
圖5-7 94年放水歷線圖(豐水年) 52
圖5-8 94年蓄水歷線圖(豐水年) 52
圖5-9 94年入流歷線圖(豐水年) 52
參考文獻
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