NSGAIII based on utopian point improvements and its application in wastewater treatment process

分类 进化算法 计算机科学 水准点(测量) 多目标优化 数学优化 污水处理 控制器(灌溉) 趋同(经济学) 遗传算法 早熟收敛 多元微积分 能源消耗 过程(计算) 分解 环境科学 算法 数学 环境工程 工程类 控制工程 人工智能 化学 机器学习 经济增长 生物 经济 有机化学 电气工程 大地测量学 地理 农学 操作系统
作者
Kuang Zhenyu,Mengjie Zhang,Zhongda Tian,Shujiang Li,Yanhong Wang
出处
期刊:Expert Systems With Applications [Elsevier]
卷期号:234: 121030-121030
标识
DOI:10.1016/j.eswa.2023.121030
摘要

To reduce energy consumption (EC) in the wastewater treatment process (WWTP) for achieving energy conservation and emission reduction, multi-objective evolutionary algorithm (MOEA) applied in WWTP needs to have better convergence and diversity. In this paper, a non-dominated sorting genetic algorithm III based on utopian point improvement (NSGAIII-UP) is proposed, which overcomes the disadvantage that multi-objective evolutionary algorithm based on utopian point decomposition (MOEA/D-UP) cannot handle the multi-segment discontinuous Pareto front (PF) problem well. By comparing the proposed NSGAIII-UP with 8 advanced algorithms by 2 metrics on 22 benchmark functions, the effectiveness of the proposed algorithm in dealing with the complex PF problems is proved. Moreover, a multivariable model predictive controller (MMPC) is used to control the dissolved oxygen and nitrate nitrogen concentrations in WWTP, in which NSGAIII-UP is applied to the upper EC optimization of WWTP. The simulation results show that compared with the closed-loop control, the EC in the WWTP is reduced by 7.395 %, and the lowest EC is achieved compared with the other 8 algorithms. It helps to reduce energy waste in WWTP and promotes ecological sustainability. The source code of NSGAIII-UP is publicly available at https://github.com/sut16/NSGAIII-UP.

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