基于改進遺傳算法的港口照明控制系統優化

聶樂順，羅大為

（1.營口港務股份有限公司第六分公司，遼寧 營口 115007；2.遼寧科技學院，遼寧 本溪 117004；3.沈陽工業大學，遼寧 沈陽 110870）

0 引言

考慮到照明控制系統是衡量一個港口建設程度的重要指標，對照明控制系統進行節能化和智能化優化是勢在必行的[1]。本文以實現港口照明控制系統節能化為終極目標，進行港口照明控制系統優化。由于港口照明輸電線路每日所需輸送電流量逐漸加大，僅用一般的光電開關控制很難實現港口照明的自動化控制，必然會產生不必要的照明能耗。為適應新時代下港口照明控制系統自動化的發展需求，本文基于改進遺傳算法對港口照明控制系統進行節能化的針對性優化[2]。改進遺傳算法是在傳統遺傳算法的基礎上對群體搜索策略進行改進，改進后的遺傳算法可以實現在群體中不依賴于目標函數，直接進行個體之間的梯度信息交換。改進遺傳算法在解決最佳化的搜索算法領域中相較于傳統遺傳算法更適合應用于處理復雜以及非線性問題方面。傳統港口照明控制系統中包含的指定因素多種多樣，主要包括：港口照明燈位置分散、只能進行港口照明燈全開或者全關的等因素[3]。因此，本文基于改進遺傳算法進行港口照明控制系統節能型優化。

1 基于改進遺傳算法的港口照明控制系統優化

1.1 硬件設計

本文選用的港口照明電子節能控制器型號為PIU1052052505，內置BRU-254232545-R 的8 位低功耗單片機。BRU-254232545-R 8 位低功耗單片機作為一個封裝的集成電路的硅片，有26 個中斷源，因此具備很好地無線通信能力[4]。在正常情況下，港口照明電子節能控制器的工作電壓在3.0～5.0 V，所承受的電流值不能大于60 mA。港口照明電子節能控制器尺寸為400 mm×50 mm×350 mm；重量為5.15 kg。港口照明電子節能控制器外部接線設計簡單，由區域控制服務器直接控制[5]。港口照明電子節能控制器外部接口連接電子鎮流器，通過電子鎮流器控制港口照明燈。港口照明電子節能控制器選擇及配置，如上述分析。

港口照明電子節能控制器已改進遺傳算法為基礎，針對控制系統中電子鎮流器控制進行優化設計。港口照明電子節能控制器外設兩個接線端口，對港口照明進行分段控制，在滿足控制速度的同時具有極強的節能性，從而優化硬件性能。

1.2 軟件設計

本文將設計的軟件部分具體流程分為四個單元逐步進行，利用照明控制單元動態交換梯度信息；港口照明監控單元監控工作狀態；數據統計單元分區統計歷史運行狀態；右鍵操作單元進行信息查詢、刪除及故障報警等操作。

本文基于改進遺傳算法針對軟件部分的優化主要體現在照明控制單元以及數據統計單元。在照明控制單元利用改進遺傳算法，對港口照明進行分區控制，實現動態交換梯度信息，節約不必要的能耗。數據統計單元通過設立分區目標函數，能夠分區統計歷史運行狀態。設基于改進遺傳算法的分區目標函數為n，其公式為：

其中，x指的是分區中心點位置；y指的是港口照明設備個體之間的梯度信息幅值。可以證明通過改進遺傳算法能夠對港口照明進行分區控制。至此，完成基于改進遺傳算法對港口照明控制系統軟件部分的優化。

2 仿真實驗

2.1 實驗準備

為構建仿真實驗，本文在Greaclly 模擬仿真系統上選定15 套港口照明燈具作為仿真實驗對象。通過Greaclly 模擬仿真系統將港口照明控制過程分為兩個層面，分別是中控控制以及現場控制。現場控制通過工作人員對其進行反饋得知。中控控制層的Soutnel-IE 指的是港口照明控制數據的實時通信，再通過上位監控主機進而驅動港口照明控制開關的閉合。本次在Greaclly 模擬仿真系統上模擬港口照明的具體控制流程。

分別使用傳統控制系統以及本文設計控制系統進行仿真實驗，設置傳統的控制系統為實驗對照組。仿真實驗主要內容為測試兩種控制系統的港口照明控制能耗，從而評定控制節能效果更好的控制系統。在此次的仿真實驗中，共進行3 種港口照明作業情況下的仿真實驗。針對Greaclly 模擬仿真系統測得的港口照明控制能耗，記錄實驗結果，進而判斷兩種控制系統對于港口照明能耗的控制能力。

2.2 實驗結果分析與結論

根據設計的仿真實驗步驟，采集3 種港口照明作業情況下的實驗數據，將兩種控制系統下的港口照明控制能耗進行對比，結果如表1 所示。

通過表1 可得出如下的結論：在港口照明正常作業情況下，設計的控制系統港口照明控制能耗最高僅為69.13 kW·h，實驗對照組最高為186.68 kW·h，設計的控制系統節能性更好，可以實現對港口照明的節能控制。通過仿真實驗，證明所設計的控制系統其各項功能均可以滿足設計總體要求，可以廣泛應用于港口照明控制方面。

3 結論

通過仿真實驗證明，基于改進遺傳算法的港口照明控制系統在港口照明節能控制中的具體優勢已經顯現出來。港口照明控制能耗的高低是保證港口照明控制精度以及質量的主要衡量標準，而針對港口照明控制系統進行基于改進遺傳算法的優化設計可以大幅度提高港口照明控制的節能性。基于改進遺傳算法的港口照明控制系統不但能夠完成傳統的港口照明控制系統所不能完成的任務，還能以改進遺傳算法為核心算法，為港口照明控制領域的研究提供學術意義。本文不足之處在于沒有對基于改進遺傳算法的港口照明控制系統權限管理進行深入分析，未來將會在此方面進行深入研究。

表1 港口照明控制能耗對比