太阳能海水淡化问题的区间支持向量机模型及优化设计的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本专利属于海水淡化领域，具体涉及一种关于海水淡化产水率和成本的两目标支 持向量机回归分析与区间多目标进化优化的内容，可用于解决具有区间不确定性的数据回 归于区间多目标优化问题。
【背景技术】
[0002] 随着人口的增长和经济发展，淡水和常规能源出现短缺，对于提高太阳能海水淡 化率、降低淡水成本的研究，越来越引起国内外学者的关注。对于太阳能海水淡化问题的优 化，首先要建立淡水产水率、产水成本与热空气温度等输入变量的回归模型。目前，已有的 回归方式有多项式回归、径向基函数、神经网络，以及支持向量机等。在论文"中空纤维空 气隙式膜蒸馏海水淡化过程的性能模拟与优化"中，利用响应曲面法，模拟标准海水对中空 纤维空气隙式膜蒸馏海水淡化过程的影响因子，并对膜通量指标进行了优化，通过面向中 心复合设计法实现了基于热料液进水温度、冷凝液进水温度和料液流量的实验优化设计， 并建立了响应值与影响因子之间的二次多项式回归模型；在论文"Modeling and genetic algorithm-based multi-objective optimization of the MED-TVC desalination system"中，针对多效蒸馏热压缩海水淡化系统，采用响应面和最小二乘法，构建全年总费 用、增益输入比，以及淡水流量的代理模型，并应用遗传算法，优化上述三个目标。在论文 "Various approaches in optimization of multieffects distillation desalination systems using a hybrid meta-heuristic optimization tool'，中，针对基于热蒸汽压缩 机的多级蒸馏海水淡化系统，分别采用能量、火用分析和总收入，建立该系统的热力学和经 济学模型，并利用由遗传算法和模拟退火形成的混合算法，优化上述模型。
[0003] 优化海水淡化系统的有效途径是提高能源的利用效率、降低淡化成本，针对海水 淡化中不同的目标，也会有不同的优化模型。在论文"反渗透海水淡化系统的优化设计" 中，对反渗透海水淡化过程的设计进行了研究。首先针对过程的每个单元，给出了单元操 作模型和相关的经济模型；然后，通过一定的变量将这些模型相互关联，并组成系统模型； 最后，以年费用最小为目标函数、过程热力学、设备选型、设计要求等为约束，优化反渗透海 水淡化系统；在论文"新型太阳能海水淡化装置工作原理及性能优化"中，为了提高装置的 性能，以单位淡水产量所消耗的功耗最小为目标函数，建立了装置性能参数优化的数学模 型，得到了最优的蒸发温度装置功耗随蒸发温度的变化规律。在论文"Multi-objective optimization of a membrane distillation system for desalination of sea water'， 中，Sharma和Rangaiah通过最大化产水率和最小化能源消耗，优化膜蒸馏海水淡化系统。 在论文"Multi-objective design of reverse osmosis plants intergrated with solar rankine cycles and thermal energy storage"中，通过考虑给定供水需求条件下的成本 和环境影响，建立集成系统的多目标混合整数非线性规划模型，并采用ε约束法，求解上 述模型。
[0004] 同时，在专利CN102163249A中，提出了利用交互式进化优化方法用于解决窗帘设 计的GUI平台设计，在人机交互过程中，为用户提供多种个体评价、精确值评价和自动评 价，在进化过程中，支持在不同进化代之间使用不同的编码方式和相应的进化算法，方便用 户在不同的区域内搜索窗帘方案。
[0005] 上述技术成果为海水淡化问题模型的建立、运行工况的优化提供了切实可行的方 法，但是应当指出的是，现有的方法仍然存在如下的不足：（1)目前，海水淡化实验主要测 量的变量有，热空气的温度，环境温度，干空气的流量，蒸发器出口温度与含湿量，冷凝器出 口温度与含湿量，由于内部数学关系复杂，且输出的淡水产等具有一定的不确定性，针对这 种多输入变量与不确定输出变量之间的关系，至今很少有建立海水淡化问题的不确定回归 模型；（2)已有的方法都是建立海水淡化问题的确定单（多）目标优化模型，并采用确定优 化方法进行求解，鉴于该问题具有一定的不确定性，且具有相互冲突的输出目标，有必要构 建其不确定多目标优化模型，并采用不确定进化优化方法求解；(3)在海水淡化不确定回 归和优化过程中，存在着一些参数的设置和结果的输出，对于不熟悉程序代码的人员，很难 对其进行修改。因此，建立可视化的GUI平台，是必不可少的。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对上述问题，设计一个有关太阳能海水淡化的不确定回归和优 化的GUI平台，来建立热空气温度等输入变量与海水淡化率和成本两个目标之间的区间回 归模型，并且对热空气温度等输入变量进行优化。
[0007] 本发明所要解决的技术问题包括：（1)如何将原始输出数据进行区间化，建立区 间回归模型；（2)如何同时优化相互冲突的两个不确定目标，以得到最优运行工况集；（3) 如何方便的设置参数与显示输出结果。
[0008] 本发明技术的解决方案是：首先，充分利用原始数据信息，将具有相同输入数据 的最大输出值作为输出上界，将最小输出值作为下界，从而实现数据的区间化；其次，在 LibSVM工具箱内置n-f old交叉检验模型，通过设置交叉检验步长-V等参数，可以通过寻优 的方式得到最优参数；然后，建立基于产水率和成本的区间两目标优化模型，以随机产生热 空气温度等输入数据为初始种群，利用构建的区间回归模型，得到具有区间性的两目标输 出，并采用基于区间占优的IP-MOEA算法，寻找输入变量的最优解集；最后，搭建海水淡化 实验的GUI平台，将设置参数做成输入对话框，结果显示为输出图形界面。其特征在于：
[0009] (1)建立基于LibSVM工具箱的太阳能海水淡化区间回归模型
[0010] 太阳能海水淡化实验主要涉及以下参数：热空气的温度、冷却水的温度、热空气流 速、干空气的、蒸发器出口温度、蒸发器出口含湿量、冷凝器出口温度、冷凝器出口含湿量。 由于内部关系复杂，不容易利用已有的数学模型去构建其映射关系，利用LibSVM工具箱可 以方便、快捷的建立淡化率与其他变量的区间回归模型。
[0011] 构建太阳能海水淡化区间回归模型有以下几个步骤：
[0012] Stepl :通过海水淡化实验，获得原始数据，构成训练集数据与测试集数据；
[0013] Step2 :将训练集输出数据区间化，分别获得区间上界和下界；
[0014] St印3 :将训练集数据进行归一化处理；
[0015] Step4 :设置LibSVM工具箱中的惩罚函数-C、gamma函数-g、核函数类型_t、 n-foId交互检验模型-V和SVR模型类型-s五项的循环步长；
[0016] Step5 :通过svmtrain计算交叉检验的误差，将最小误差情况下的-c、-g、-t、-s 参数分别存储到 best_c、best_g、best_t、best_s 中；
[0017] Step6 :将best_c、best_g、best_t、best_s，具有区间性的训练集数据设置到 svmtrain中，训练得到最优上界模型model_up、最优下界模型model_down ;
[0018] Step7 :将训练集数据分别与最优上界模型model_up，最优下界模型model_down 设置到svmpredict中，分别输出回归预测的上界与下界；
[0019] Step8 :同理，将测试集数据分别与最优上界模型model_up，最优下界模型model_ down设置到svmpredict中，分别输出回归预测的上界与下界。
[0020] (2)基于IP-MOEA的海水淡化优化设计
[0021] 对于太阳能海水淡化问题，维持干空气流量、热空气流速，以及环境热空气温度不 变的情况下，装置的淡水产率主要取决于湿空气通过冷凝器前后的含湿量差值；产水成本 主要由冷凝器的功率产生，因此，采用蒸汽通过冷凝器前后的温度表示成本，更为直观、且 易于测量。在太阳能海水淡化问题中，由于环境等不确定性因素的影响，使得淡水产率和产 水成本具有一定的不确定性，由此，建立太阳能海水淡化问题的区间两目标优化模型，并采 用一种有效解决区间多目标优化问题的进化优化方法IP-MOEA算法进行求解。
[0022] 优化问题如式（1)所示：
[0023] min f (X) = (l/f! (X)，f2 (X))， (I)
[0024] 其中x = (X1, X2, x3, x4) e X，X1S冷凝器前后的含湿量差值，χ 2为干空气的流量， X3为热空气的流速，X4为热空气的温度，(X)为海水淡化产率，f2 (X)为海水淡化成本，如 式⑵所示：
[0025] IVf1(X) = [I/svmpredict (model^up), I/svmpredict (model^down)],
[0026] f2 (x) = [svmpredict (model2_down), svmpredict (model2_up)],
[0027] (2)
[0028] 其中，svmpredict ()为支持向量机回归函数，model^down和model^up分别为训 练得到的第i个目标的下界和上界最优回归模型。
[0029] (3)构建基于Matlab⑶I的海水淡化区间回归和优化设计平台
[0030] 基于⑶I界面的海水淡化区间回归和优化平台的主要功能是，实现人机交互，可 以在平台上设置优化过程参