Metodologia para diseño y ampliación de redes mediante algoritmos geneticos

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X CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS

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VALENCIA, 13-15 Septiembre, 2006

METODOLOGÍA PARA DISEÑO Y AMPLIACIÓN DE REDES DE
ABASTECIMIENTOS MEDIANTE ALGORITMOS GENÉTICOS
Daniel Mora Melia, Pedro L. Iglesias Rey, Vicente S.Fuertes Miquel,
F.Javier Martinez Solano

Abstract
The Genetic Algorithms are an optimization technique used for thedesign of water
distribution networks. This one work presents a new modified pseudo-genetic algorithm
(APG), whose main characteristic is a change in the chains codification, that is made of
numerical form instead of the classic binary codification. This variation entails a series of
special characteristics in the codification and in the definition of the operations of mutation
and crosses.Initially, the work demonstrates the kindness of the method on the network of the
Hanoi Towers, widely studied in the bibliography. In one second part, this algorithm is
applied to approach the real extension of the network of supplying of a situated municipality
in Cantabria (Spain). Also, a statistical analysis of the obtained solutions is made, which
allows to verify the values of probabilityof suitable mutation and crossing more for the
proposed method. In the study of the analyzed networks of supplying the concept of
reliability, fundamental is introduced to include/understand the validity of the obtained results.
Keywords: Genetic algorithms, design, water networks, reliability.

Resumen
Los algoritmos genéticos son una técnica de optimización empleada para el diseño
deredes de abastecimiento de agua. Éste trabajo presenta un nuevo algoritmo
pseudogenético modificado (APG), cuya principal variación respecto a un AG es un cambio
en la codificación de las cadenas, que se realiza de forma numérica en lugar de la
codificación binaria clásica. Esta variación conlleva una serie de características especiales
tanto en la codificación como en la definición de lasoperaciones de mutación y cruce.
Inicialmente, el trabajo demuestra la bondad del método sobre la red de las Torres de
Hanoi, ampliamente estudiada en la bibliografía. En una segunda parte, se aplica dicho
algoritmo para abordar la ampliación real de la red de abastecimiento de un municipio sito
en Cantabria (España). Asimismo, se realiza un análisis estadístico de las soluciones
obtenidas, el cualpermite verificar los valores de probabilidad de mutación y de cruce más
adecuados para el método propuesto. En el estudio de las redes de abastecimiento
analizadas se introduce el concepto de fiabilidad, fundamental para comprender la validez
de los resultados obtenidos.
Palabras clave: algoritmos genéticos, diseño, redes de abastecimento de agua, fiabilidad.

1. Introducción
El presentetrabajo se centra en el diseño económico de una red de distribución de
agua, la cual debe quedar incorporada a la ya existente, de modo que el sistema cumpla
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todas las condiciones de presión mínima que se le impongan. Dicho diseño se realiza en
base a una metodología heurística como son los algoritmos genéticos.
La resolución óptima del diseño desistemas de distribución de agua resulta
extremadamente compleja o incluso imposible. Esto es debido a que cuando se escogen
como variables de decisión los diámetros de las conducciones, las restricciones son
funciones implícitas de dichas variables de decisión, con lo que la región del espacio de
posibles soluciones es de tipo no convezo y la función objetivo se vuelve multimodal. La
aplicaciónde técnicas estocásticas de optimización tales como los algoritmos genéticos
(A.G) permiten la búsqueda más allá de mínimos locales, lo que amplia en muchas
ocasiones el campo de búsqueda, y por ello, la capacidad de obtener buenas soluciones.
El algoritmo genético es una técnica de búsqueda basada en la teoría de la evolución
de Darwin. Su forma de trabajo es idéntica a la evolución de una...