Multi-level Optimization of Reservoir Scheduling Using Multi-resolution Wavelet-Based Up-scaled Models

This paper presents a multi-level procedure for production and injection scheduling through a numerical model-based optimization of well control variables. To calculate the net present value (NPV), the objective function of optimization, this procedure uses a number of discretized systems for a reservoir model with different degrees of up-scaling prepared according to a multi-resolution wavelet technique. These up-scaled models were incorporated into optimization based on a probability function. In early optimization iterations, due to the necessity to explore the search space quickly, the coarsest grid model has a higher chance for selection than the others; however, by a selection (with a low probability) of the finest up-scaled grid model in these iterations, solutions and objective function were tuned. In the later iterations of optimization, the finest up-scaled grid model probability was the highest in order to ensure the reliability of the final solution. The optimization algorithm is an adaptive simulated annealing algorithm coupled with a polytope. This procedure was evaluated in two case studies. The first case study was a horizontal 2D oil model with water flooding. The second case study was a vertical 2D oil model with gas injection. The results show that the proposed optimization procedure provides approximately the same accuracy compared to the situation in which the fine grid model is used for all the optimization iterations. Also, the run-time for the proposed optimization procedure is comparable to the run-time of the optimization in which only the coarsest grid model is used to calculate objective function. Moreover, the superiority of the wavelet-based up-scaling over an analogous multiple grid system optimization using uniformly up-scaled models is presented.

     

土地利用结构多目标优化遗传算法

传统数学方法难以有效解决土地利用结构多目标优化问题,针对土地利用结构优化的多目标性和遗传算法在多目标优化求解方面的优势,以经济效益和生态效益为目标函数建立土地利用结构优化数学模型,采用遗传算法进行模型求解.以重庆市合川区为例详细介绍了具体应用过程,得出了4个可行方案,对方案进行论证择优,选出满意的最佳方案,证明采用遗传算法进行土地利用结构多目标优化求解是科学可行的.     

Water resources optimization and eco-environmental protection in Qaidam Basin

In order to realize sustainable development of the arid area of Northwest China, rational water resources exploitation and optimization are primary prerequisites. Based on the essential principle of sustainable development, this paper puts forward a general idea on water resources optimization and eco-environmental protection in Qaidam Basin, and identifies the competitive multiple targets of water resources optimization. By some qualitative methods such as Input-output Model & AHP Model and some quantitative methods such as System Dynamics Model & Produce Function Model, some standard plans of water resources optimization come into being. According to the Multiple Targets Decision by the Closest Value Model, the best plan of water resources optimization, eco-environmental protection and sustainable development in Qaidam Basin is finally decided.     

An agent-based model for optimal land allocation (AgentLA) with a contiguity constraint

Spatial optimization is complex because it usually involves numerous spatial factors and constraints. The optimization becomes more challenging if a large set of spatial data with fine resolutions are used. This article presents an agent-based model for optimal land allocation (AgentLA) by maximizing the total amount of land-use suitability and the compactness of patterns. The essence of the optimization is based on the collective efforts of agents for formulating the optimal patterns. A local and global search strategy is proposed to inform the agents to select the sites properly. Three sets of hypothetical data were first used to verify the optimization effects. AgentLA was then applied to the solution of the actual land allocation optimization problems in Panyu city in the Pearl River Delta. The study has demonstrated that the proposed method has better performance than the simulated annealing method for solving complex spatial optimization problems. Experiments also indicate that the proposed model can produce patterns that are very close to the global optimums.     

基于城市群整合发展的中原地区城市体系结构优化

在中原城市群的整合发展中,建设结构完善、功能强大的城市体系是一项特殊重要的历史任务,而城市体系的"结构优化"更是首当其冲的必须妥善解决的关键问题。城市体系结构优化的实质是:通过政府的宏观规划调控和城市群内各地域单元的整合,实现不同等级、不同规模、不同职能的城市在空间平台上的高度和谐,从而实现城市体系整体实力的提升,最终实现城市群的可持续发展。基于城市群整合发展的中原地区城市体系结构优化的主要内容是:第一,用"城市中心性强度"法来划分中原城市群地区所有城市的等级,进而构建出4个等级城市体系的层次。第二,采用灰色系统GM(1 ,1)模型并根据人口的机械增长基础,求出各城市2020年非农业人口的优化指标。第三,运用纳尔逊(H.J.Nelson)统计分析原理和方法,确定各城市的优势职能、突出职能以及重点发展行业。第四,构建了"两圈、双核、四带、一个三角"的城市体系空间布局和功能发挥的整体框架。     

流域最佳管理措施空间配置优化研究进展

最佳管理措施(BMPs)是保护流域水环境免受农业生产活动导致的污染的一系列措施。在进行流域尺度BMPs空间配置时,一方面要考虑BMPs的生态环境效益,另一方面要考虑农业经济效益,因此流域管理决策者需要对这些措施进行空间配置优化。最佳管理措施空间配置优化(简称BMPs空间优化)是基于专家经验或者利用优化算法而得出的方案,并通过流域模型和经济模型评价其环境和经济效益,最后选择效益最优的方案,这也是当前农业非点源污染和水环境保护研究的前沿和热点。本文在介绍BMPs及其评价模型的基础上,对当前BMPs空间优化研究中的两种方法进行了剖析,对当前国内外BMPs空间优化研究现状进行了回顾和总结,最后,指出了BMPs空间优化研究中现存的问题,指出了今后BMPs空间优化研究的方向。     

中国乡村振兴与乡村功能优化转型

基于乡村功能与乡村振兴之间的双向互动关系,建立基于“三生”空间系统的乡村功能与乡村振兴之间的逻辑关系,探讨乡村功能优化转型的方向,并提出乡村功能优化转型的策略。乡村功能的优化转型,可以为乡村振兴战略提供动力和活力;乡村振兴战略的实施,可以为乡村功能优化转型提供方向引导和政策支持。研究表明：① 生产功能优化转型可推动乡村产业振兴;生活功能、文化传承功能优化可推动乡村文化振兴;生态功能强化可推动乡村生态振兴;组织功能复兴可推动乡村组织振兴;乡村整体功能优化需要乡村人才振兴。② 乡村振兴必须优化乡村“三生”空间布局,按照不同类型乡村发展特点,分类推进乡村发展;乡村功能优化转型的终极价值是实现“人与自然生命共同体”“人类命运共同体”目标。③ 以乡村产业新业态带动乡村功能优化转型过程中,要有效发挥乡村振兴政策和制度的支撑作用。     

城市群结构优化与功能升级——以中原城市群为例

城市群在区域经济社会发展中的作用越来越重要,城市群结构优化与功能升级已成为城市群区域可持续发展的首要问题。以城市群结构优化与功能升级的理论为依据,介绍了中原城市群的提出与建设,分析了产业结构优化与特色产业簇群培育,生态环境结构优化、空间结构优化与"廊道组团网络化"模式构建等城市群结构优化内容。提出了核心城市自主创新能力培养,生产性服务中心培育,统筹城乡发展,城市群内外的配合协作与有效对接等城市群功能升级路径。城市群结构优化与功能升级相互促进,共同推动着城市群区域经济社会环境健康可持续发展。     

基于水环境保护的流域景观格局优化理念初探

流域范围内因水体的联系使得不同类型景观斑块之间的相互作用变得更为紧密, 因而景 观格局的变化会显著影响流域内水体质量。着眼于流域尺度上水环境保护的需要, 必须合理考虑 景观斑块的类型、格局和空间分异等特征, 尽可能地减少非点源污染输出量, 从而降低水体遭受 污染的威胁程度。本研究从水环境保护的角度出发, 以“源”“汇”景观在镶嵌组合和空间分异方面 利用的适宜性作为优化依据, 以“源”“汇”景观空间分布的关键地段作为研究战略点, 同时考虑 “源”“汇”景观在数量、空间和转换成本等方面的客观约束条件, 将景观数量结构优化和空间结构 优化进行有机结合, 最终确定了流域尺度上以调控非点源污染、保护水体质量为目标的景观格局 优化研究的概念框架。本研究不仅为解决流域尺度上非点源污染问题提供了一个全新的研究视 角, 而且为降低景观类型及其格局对水体质量的威胁程度提供了一个行之有效的优化方案。     

水质模型参数的非数值随机优化

以模拟退火算法为核心着重讨论了水质模型参数的非数值随机优化方法。实例分析表明,利用非数值随机优化方法(包括模拟退火算法和遗传算法)对水质模型参数进行估计,可以获得较为理想的结果。不同参数估计方法的比较进一步阐述了非数值随机优化方法在参数估计中的优点     

Water resources optimization and eco-environmental protection in Qaidam Basin

During the development of Qaidam Basin, which is an arid area in Northwest China, rational water resources utilization and optimization are primal prerequisites, and the main restrictive factors include the following facts: scarcy water resources are non-substitutional and uneven distributed in time and space. Based on the essential principle of sustainable development, this paper adopts Multiple Targets Decision by the Closest Value Model, and succeeds in getting the best plan, which can o…     

基于“多规合一”的市级国土空间优化方法——以烟台市为例

针对现阶段各规划边界交叉、空间重叠的问题,本文从提高空间价值、减少空间破碎度和协调各类空间的角度出发,在梳理现有空间优化模型及智能算法的基础上,改进多目标规划模型并适应性改造遗传算法,以此二者构建市级国土空间优化模型。以烟台市为例,设置3种情景为决策者提供方案集进行3类规划主导下的2020年国土空间优化研究,结果显示：①优化后烟台市农业、城镇和生态空间价值分别增加了23.24%、29.27%、6.30%;②不同情景下空间分布合理且较为集中,生态保护情景有利于国土空间集合连片,经济发展情景更适合于多空间协调发展。研究表明：该模型能有效地解决国土空间内容重叠问题,明显提高了国土空间价值,同时优化模型适应性强,为“多规合一”背景下市级国土空间优化提供技术支撑。     

基于NSGA-Ⅱ的土地利用数量结构优化研究——以舟山市定海区为例

土地利用的数量结构优化问题是个典型的多目标优化问题。文章通过引入带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),构建基于NSGA-Ⅱ的土地利用数量结构优化模型。在参考Kanpur遗传算法实验室提供的NSGA-Ⅱ源代码的基础上,利用C/C⁺⁺语言进行程序的二次开发,获得土地利用数量结构优化的一系列Pareto解,并组成Pareto解集。最后,通过权重来近似地表达决策意愿,通过计算综合效益,来实现各种决策意愿下的方案择优决策。研究结果表明该模型能较好地解决土地利用的数量结构优化问题。     

Development Optimization and Uncertainty Analysis Methods for Oil and Gas Reservoirs

Uncertainty complicates the development optimization of oil and gas exploration and production projects, but methods have been devised to analyze uncertainty and its impact on optimal decision-making. This paper compares two methods for development optimization and uncertainty analysis: Monte Carlo (MC) simulation and stochastic programming. Two example problems for a gas field development and an oilfield development are solved and discussed to elaborate the advantages and disadvantages of each method. Development optimization involves decisions regarding the configuration of initial capital investment and subsequent operational decisions. Uncertainty analysis involves the quantification of the impact of uncertain parameters on the optimum design concept. The gas field development problem is designed to highlight the differences in the implementation of the two methods and to show that both methods yield the exact same optimum design. The results show that both MC optimization and stochastic programming provide unique benefits, and that the choice of method depends on the goal of the analysis. While the MC method generates more useful information, along with the optimum design configuration, the stochastic programming method is more computationally efficient in determining the optimal solution. Reservoirs comprise multiple compartments and layers with multiphase flow of oil, water, and gas. We present a workflow for development optimization under uncertainty for these reservoirs, and solve an example on the design optimization of a multicompartment, multilayer oilfield development.     

多智能体区域土地利用优化配置模型及其应用

土地利用优化配置对促进区域可持续土地利用具有重要意义,然而现有的土地利用优化配置模型引导可持续土地利用的能力有待提高。本文从整体考量区域土地利用优化配置数量、空间、时间三维特征的角度,定义了区域土地利用优化配置多智能体系统及其决策行为规则,构建了基于多智能体系统的区域土地利用优化配置RLUOA (Regional Land Use OptimizationAllocation) 模型,并以中部地区典型城市--长沙市为例开展了实证应用研究。研究结果表明：该模型能够将规划时间段内多目标约束的区域土地利用规模的数量结构合理配置到不同的空间单元,实现土地利用数量结构、空间布局、效益的协同优化,构建整体上经济可行、社会可接受、生态环境友好的土地利用格局,并明显提高区域整体土地利用经济、生态和社会效益,从而能够为促进区域土地资源可持续利用和制定土地利用总体规划提供参考借鉴。     

基于水资源承载力的民勤绿洲土地利用结构优化研究

 采用灰色线性规划方法,基于水资源承载力对民勤绿洲土地利用结构优化进行了研究。研究结果表明: ①在水资源刚性约束的条件下,土地利用结构优化的方向是减少高耗水的水浇地,增加大棚用地、牧草地、灌木林地和工业用地。②提出了土地利用结构优化最优方案,使万元GDP耗水下降了0.1618 m3,单位耗水产出增加了8.66元;③最优方案可以实现水资源消耗最小化,水资源消耗量比规划期可供水资源总量少0.48亿m3,可以缓减用水压力,有利于地下水位的逐步恢复;④土地利用结构调整优化必须与节水型社会建设同步推进,才能在确保综合效益的前提下达到水资源利用最小化,实现区域可持续发展。     

区域产业布局优化及理论依据分析

目前关于产业布局的理论多强调其经济效益,在一定程度上忽视了环境效益和社会效益。从经济、社会与环境协调发展的角度对产业布局优化的内涵进行阐释,并论述实现区域产业布局优化的经济学、环境学及生态学理论依据。     

物流业发展对产业结构优化的实证分析 ——基于空间面板杜宾模型

目前,我国正处于产业结构优化升级和实现经济发展方式转变的关键时期。物流业作为第三产业的重要组成部分,具有有效降低经济运行成本、提高运作效率和促进产业结构升级的作用。文章首先对省域产业结构合理化和产业结构高级化空间依赖性进行了检验。然后,基于我国1997―2010年30个省级面板数据,通过引入因变量空间滞后项和自变量空间滞后项,构建空间面板杜宾模型,从产业结构合理化和产业结构高级化2个方面分析物流业发展对产业结构优化的影响。研究结果表明：我国产业结构合理化和产业结构高级化存在着显著为正的空间溢出效应,东部、中部和西部地区存在着明显的空间差异;物流业的发展不仅能够显著促进当地产业结构合理化和产业结构高级化进程,而且对邻近地区产业结构优化具有正向的空间溢出效应。最后,文章有针对性地提出了政策建议。     

绿色发展背景下长江经济带产业结构优化升级的地区差异及空间收敛性

基于产业结构高度化和产业结构合理化两个指标,借助重心模型、Dagum基尼系数、空间收敛方法,分析2000—2017年长江经济带产业结构优化升级的地区差异和空间收敛性。研究发现：①长江经济带产业结构优化升级呈现显著的空间非均衡性,东西方向的非均衡性大于南北方向;长江经济带产业结构优化升级水平呈现东-中-西梯度式递减格局,东、中、西部地区均呈现“中心-外围”空间分布特征;②长江经济带产业结构高度化的总体差异不断减小,产业结构合理化的总体差异呈波动扩大趋势,产业结构优化升级的地区间差异是总体差异的第一来源;③长江经济带产业结构高度化存在σ收敛、β收敛和俱乐部收敛,产业结构合理化存在β收敛和俱乐部收敛;④收敛影响因素存在差异性,人力资本和市场规模对促进长江经济带整体、东部和西部地区产业结构优化升级的收敛具有促进作用,政府干预对产业结构优化升级的收敛具有抑制作用。     

SCE-UA算法在流溪河模型参数优选中的应用

流溪河模型是一个主要用于流域洪水预报的分布式物理水文模型,目前采用手工试错法优选模型参数,虽然该方法在过去的研究中取得了较好的效果,但参数优选过程较为繁琐,需时较长.文中以广州市流溪水库流域为例,采用SCE-UA算法对流溪河模型优选参数,并使用优选结果进行模拟检验,取得了较好的效果.研究表明,SCE-UA算法能够快速、有效地进行流溪河模型参数的优选,相比手工试错法具有简单、方便、高效的特点,可应用于分布式流域水文模型的参数自动化优选工作.