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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2011.tde-05082011-150339
Documento
Autor
Nome completo
Andre Schardong
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2011
Orientador
Banca examinadora
Porto, Rubem La Laina (Presidente)
Brandão, João Luiz Boccia
Martins, José Rodolfo Scarati
Mello Júnior, Arisvaldo Vieira
Souza Filho, Francisco de Assis de
Título em português
Aplicação de algoritmos evolucionários à gestão integrada de sistemas de recursos hídricos.
Palavras-chave em português
Algoritmos evolucionários multi-objetivo
Análise multi-objetivo
Recursos hídricos
Sistemas de suporte a decisões
Resumo em português
Esta tese estudou a aplicação de algoritmos evolucionários na análise multiobjetivo para gestão integrada de sistemas de recursos hídricos, bem como a sua integração à sistemas de suporte a decisão como o SSD AcquaNet e ModSim DSS. Dois algoritmos evolucionários multi-objetivo são desenvolvidos: MoDE-NS e MoPSO-NS e comparados ao NSGA-II. Os algoritmos foram desenvolvidos em forma de Sistema de Otimização que possibilita a análise de problemas multi-objetivo de forma generalizada com foco em sistemas de recursos hídricos. A possibilidade de integração com o SSD AcquaNet e o ModSim DSS via importação de rede de fluxo e a otimização conjunta, são apresentadas e exploradas. Uma ferramenta de visualização gráfica do conjunto de soluções não dominadas é incluída no Sistema de Otimização. Os algoritmos desenvolvidos foram aplicados a problemas de teste padrão para validação através da comparação de seus resultados ao NSGA-II. As possibilidades de aplicação do sistema de otimização e dos algoritmos evolucionários multi-objetivo foram exploradas inicialmente através de análise multi-objetivo do modelo chuva-vazão Smap com dois e cinco objetivos. Em seguida, a análise foi estendida a um sistema de recursos hídricos complexo, o Sistema Cantareira, responsável pelo abastecimento de aproximadamente metade da RMSP, que corresponde à aproximadamente 33 m³/s. A análise foi realizada comparando dois pares de funções objetivos envolvendo custos de energia elétrica, minimização de déficit no atendimento às demandas e minimização do desvio da qualidade da água em relação à Classe de enquadramento no rio Atibaia, a jusante do reservatório Atibainha e Cachoeira. Os resultados apontam que os algoritmos evolucionários multi-objetivo são aptos para aplicação na análise integrada de sistemas de recursos hídricos e representam uma boa alternativa aos métodos denominados clássicos, pelas suas características peculiares discutidas no trabalho. Algumas recomendações quanto ao uso dos algoritmos abordados para análise de problemas multi-objetivo foram apresentados.
Título em inglês
The use of multi-objective evolucionary algorithms in water resource management.
Palavras-chave em inglês
Decision support systems
Multi-objective evolutionary algorithms
Water resources systems
Resumo em inglês
This Thesis presents an application of evolutionary algorithms in multi-objective analysis for integrated management of water resources systems and their integration into decision support systems as AcquaNet and ModSim DSS. Two multi-objective evolutionary algorithms are developed: MoDE-NS-NS and MoPSO-NS and compared to NSGA-II. The algorithms are developed in the form of Optimization System which enables generalized multi-objective analysis with a focus on water resources systems. The possibilities for integration with AcquaNet and ModSim DSS, by importing network flow directly from them or by integrated optimization/simulation are also presented. A graphical visualization tool for the set of non-dominated solutions is also included in Optimization System. The algorithms are applied to common test problems set for validation by comparing its results to the NSGA-II. The possibilities of application of the developed Optimization System and multi-objective evolutionary algorithms are initially exploited by multi-objective analysis of a hydrological rainfall-runoff model Smap, with two and five objectives. Then, the analysis is extended to a complex water resources system, the Cantareira System, responsible for supplying nearly half of the Sao Paulo metro area, which corresponds to approximately 33 m³/s. The analysis is done by comparing two pairs of objective functions: minimization of demand shortage versus minimization of pumping cost and minimization of demand shortage versus minimization of the deviation from water quality standards. The results show that the multi-objective evolutionary algorithms are suitable for application to integrated analysis of water resources systems and represent a good alternative to the so called classical methods, for its peculiar characteristics discussed on this thesis. The MoDE-NS and MoPSO-NS developed, outperformed NSGA-II results, by obtaining a better coverage of the Pareto fronts especially on the water resources system case study.
 
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Data de Publicação
2011-09-12
 
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