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Theoretical research on reservoir closed-loop production management

Science China(Technological Sciences) 2011年第10期54卷 2815-2824页

作者： ZHAO Hui LI Yang YAO Jun ZHANG Kai Petroleum Engineering College Yangtze University Jingzhou 434023 China Petroleum Engineering College China University of Petroleum Dongying 257061 China Exploration and Production Research Institute China Petroleum and Chemical Corporation Beijing 100029 China

Closed-loop production management combines the process of history matching and production optimization together to peri-odically updates the reservoir model and determine the optimal control strategy for production development to realize the goal of decreasing the knowledge of model uncertainty as well as maximize the economic benefits for the expected reservoir life. The adjoint-gradient-based methods seem to be the most efficient algorithms for closed-loop management. Due to complicated calculation and limited availability of adjoint-gradient in commercial reservoir simulators, the application of this method is still prohibited for real fields. In this paper, a simultaneous perturbation stochastic approximation (spsa) algorithm is proposed for reservoir closed-loop production management with the combination of a parameterization way for history matching and a co-variance matrix to smooth well controls for production optimization. By using a set of unconditional realizations, the proposed parameterization method can transform the minimization of the objective function in history matching from a higher dimension to a lower dimension, which is quite useful for large scale history matching problem. Then the spsa algorithm minimizes the objective function iteratively to get an optimal estimate reservoir model. Based on a prior covariance matrix for production op-timization, the spsa algorithm generates a smooth stochastic search direction which is always uphill and has a certain time correlation for well controls. The example application shows that the spsa algorithm for closed-loop production management can decrease the geological uncertainty and provide a reasonable estimate reservoir model without the calculation of the ad-joint-gradient. Meanwhile, the well controls optimized by the alternative spsa algorithm are fairly smooth and significantly improve the effect of waterflooding with a higher NPV and a better sweep efficiency than the reactive control strategy.

关键词：生产管理闭环管理水库模型最优控制策略 SA算法 spsa 协方差矩阵参数化方法

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大数据工作流性能优化

大数据工作流性能优化

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作者：陈定超浙江理工大学

学位级别：硕士

过去20年,随着互联网飞速发展,整个互联网的数据规模随之迅猛增加。传统单机分析系统受限制于其内存、硬盘大小,CPU核心数等原因,在大规模数据量下显得捉襟见肘。为解决这类问题,以Hadoop为主的大数据生态应运而生。大数据经过10多余年... 详细信息

过去20年,随着互联网飞速发展,整个互联网的数据规模随之迅猛增加。传统单机分析系统受限制于其内存、硬盘大小,CPU核心数等原因,在大规模数据量下显得捉襟见肘。为解决这类问题,以Hadoop为主的大数据生态应运而生。大数据经过10多余年的发展,其整体架构的复杂性远大于过去,一套完整的大数据工作流往往会涉及到多个开源系统,任何一个环节上的性能不足,都会产生木桶效应,拖慢整个工作流的性能。本文选取Spark Streaming和HDFS（Hadoop Distributed File System）这两款主流框架作为优化目标,其中Spark Streaming以参数配置的角度进行优化,HDFS以系统架构的角度上进行优化。本文具体研究内容如下:（1）Spark Streaming作为一款流计算框架,性能优化的关键是降低处理延迟,做到尽可能及时返回计算结果给用户。为解决此问题,本文首先基于Spark Streaming的数据处理机制提出端到端延迟模型,同时通过实验分析了Batch Interval,Processing Time和Executor数量这三个变量之间的关系。基于这三个变量的分析结果,本文开发了AutoOptimizer系统,使用spsa（Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation）算法对Spark Streaming的Batch Interval和Executor数量这两个参数进行自适应调整,以满足Spark Streaming在一个流量实时变化的场景下,实现尽可能低的端到端延迟。经过实验,Auto-Optimizer能有效降低大数据应用的端到端延迟,相比于未优化的Spark Streaming,平均有60%以上的性能提升。（2）HDFS作为Hadoop的存储组件,其设计之初是用于存储大文件。但是目前很多大数据工作流都会涉及到小文件场景,如果不对HDFS进行适当的改进,会使得HDFS在存储小文件时性能显著降低甚至直接不可用。为解决此问题,本文提出了SFM（Small File Merger）系统,通过两级可编辑索引实现了对小文件的高效合并。不同于Har（Hadoop Archives）等解决方案,SFM支持对合并后的文件执行创建、删除、重命名和追加四种编辑操作。同时为降低系统的使用门槛,SFM实现了HDFS兼容API,以支持原有的HDFS上层应用。此外SFM根据小文件读写具有局部性这个特征,通过复用Auto-Optimizer中的spsa算法,实现了自适应预读策略,提高每个节点的预读缓存命中率。经过实验,在20,000个小文件数据集中SFM写性能相比于原生HDFS提升了约70%,读性能比原生HDFS提升了约60%。本文通过对两款大数据框架的优化,以提升大数据工作流的性能。且对这两款框架所提出的性能优化方案,同样可以为其它大数据框架提供参考。

关键词：大数据工作流 Spark Streaming HDFS spsa 性能优化

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基于spsa优化的Kalman滤波无标定视觉伺服

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系统仿真学报 2018年第12期30卷 4754-4759页

作者：章进强张宪霞上海大学机电工程与自动化学院电站自动化重点实验室上海200072

针对于机器人的无标定视觉伺服问题,本文提出一种基于同步扰动随机逼近算法优化Kalman滤波在线估计图像雅克比矩阵的方法。该方法将机器人图像雅克比矩阵作为系统状态,使用Kalman滤波器对系统状态进行观测。为提高滤波器性能,采用同步... 详细信息

针对于机器人的无标定视觉伺服问题,本文提出一种基于同步扰动随机逼近算法优化Kalman滤波在线估计图像雅克比矩阵的方法。该方法将机器人图像雅克比矩阵作为系统状态,使用Kalman滤波器对系统状态进行观测。为提高滤波器性能,采用同步扰动随机逼近算法对滤波器参数进行优化。应用此方法估计出图像雅克比矩阵并设计控制率,避免了复杂的系统标定过程。仿真结果表明,所提出的方法能够实现无标定环境下六自由度机器人的视觉定位,且精度和稳定性较高。

关键词：机器人 spsa Kalman滤波无标定视觉伺服图像雅克比

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spsa算法在微观交通仿真模型VISSIM参数标定中的应用

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交通运输系统工程与信息 2010年第4期10卷 44-49页

作者：章玉于雷叫赵娜乐朱丽颖陈旭梅北京交通大学交通运输学院城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室北京100044 美国德克萨斯南方大学休斯顿717004

微观交通仿真模型在交通系统管理、控制和优化中得到了广泛的应用.然而微观交通仿真模型参数标定是一项复杂且系统的工作,特别是对于较复杂网络,其参数标定耗时长,且不容易找到最优解.本文选取了应用较为广泛的VISSIM仿真模型作为基础平... 详细信息

微观交通仿真模型在交通系统管理、控制和优化中得到了广泛的应用.然而微观交通仿真模型参数标定是一项复杂且系统的工作,特别是对于较复杂网络,其参数标定耗时长,且不容易找到最优解.本文选取了应用较为广泛的VISSIM仿真模型作为基础平台,针对遗传算法(GA)的不足,建立了基于同步扰动随机逼近(spsa)算法的微观仿真模型参数标定方法,并实现了程序的自动化标定;最后将该方法应用于北京市快速路仿真模型的驾驶员行为参数标定中,以速度的相对误差平方和作为收敛函数,通过对比GA算法,spsa算法收敛速度快1.7倍,且在标定后的流量检验中相对误差的平方和小0.16,验证了spsa算法在VISSIM参数标定上的优越性.

关键词：智能交通微观交通仿真参数标定 spsa VISSIM

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On Efficiency of Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation Method for Implementation of an Adaptive Filter

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Computer Technology and Application 2011年第12期2卷 948-962页

作者： Hong Son Hoang Remy Baraille SHO M/HOM Toulouse 31057 France

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随机模糊需求报童问题

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运筹与管理 2012年第3期21卷 67-71页

作者：胡劲松刘芳霞徐元吉徐如乾周岩青岛大学管理科学与工程系山东青岛266071 浙江理工大学管理科学与工程系浙江杭州310018

考虑到需求的随机模糊性,建立了随机模糊需求报童的利润模型。利用可信性测度理论给出了其期望利润模型,并揭示了期望利润函数的凹性,证明了最优订货量的存在性和唯一性。结合随机模糊模拟技术和随机扰动近似算法设计了求解最优订货量... 详细信息

考虑到需求的随机模糊性,建立了随机模糊需求报童的利润模型。利用可信性测度理论给出了其期望利润模型,并揭示了期望利润函数的凹性,证明了最优订货量的存在性和唯一性。结合随机模糊模拟技术和随机扰动近似算法设计了求解最优订货量的混合算法。最后,通过数值算例说明了算法的有效性。

关键词：库存报童问题随机模糊模拟 spsa 随机模糊变量

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压水堆核电厂地震概率安全评价开发方法研究

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核科学与工程 2018年第2期38卷 246-255页

作者：王照张晓明王晗丁冯丙辰苏州热工研究院有限公司广东深圳518026

福岛核事故引发了全球范围内对核电厂地震风险的重新审视。我国是地震多发国家,同时在可以预期的未来多年内是世界上最大的核电建造国,因此应重视核电厂的地震风险。现有核电厂的抗震设计主要是基于确定论设计,难以全面评估核电厂地震... 详细信息

福岛核事故引发了全球范围内对核电厂地震风险的重新审视。我国是地震多发国家,同时在可以预期的未来多年内是世界上最大的核电建造国,因此应重视核电厂的地震风险。现有核电厂的抗震设计主要是基于确定论设计,难以全面评估核电厂地震风险的大小。核电厂地震概率安全评价是利用概率论方法评估核电厂地震风险的有效方法,对核电厂抗震薄弱环节识别和抗震安全改进具有重要意义。文章全面介绍了压水堆核电厂地震概率安全评价方法的开发流程和技术要素,指出了应在核电厂地震概率安全评价中考虑的重要因素和处理方法,为国内核电厂地震概率安全评价工作提供参考。文章建议尽快完善我国核电厂地震概率安全标准体系建设,指导国内核电厂广泛开展地震概率安全评价工作。

关键词：核电厂地震 spsa 开发方法

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车载卫星天线的自动跟踪算法研究

车载卫星天线的自动跟踪算法研究

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作者：张兰兰大连理工大学

学位级别：硕士

随着卫星通信的快速发展以及人们对移动通信需求的不断提高,以传输多媒体宽带数据为主的车载卫星通信得到了人们的普遍关注。在车载卫星通信系统中,天线的自动跟踪技术是保证通信质量的关键。本文针对天线自动跟踪的速度与精度问题展开... 详细信息

随着卫星通信的快速发展以及人们对移动通信需求的不断提高,以传输多媒体宽带数据为主的车载卫星通信得到了人们的普遍关注。在车载卫星通信系统中,天线的自动跟踪技术是保证通信质量的关键。本文针对天线自动跟踪的速度与精度问题展开了深入研究,提出了相应的改进算法。步进跟踪由于设备简单,性能稳定,被广泛应用于车载卫星天线中。但是,由于步长大小所引起的跟踪速度和精度之间存在的矛盾,本文提出使用可变步长的改进算法：在远离目标指向时步长较大,跟踪较快;在接近目标指向时步长较小,跟踪较慢,但跟踪精度较高。同时,对于基本步进跟踪方法在车体运动过程中容易引起方向误判等问题,本文提出使用双向搜索的工作方式基本能够避免方向误判的出现。此外,在一维步进跟踪算法改进的基础上,本文提出在二维步进跟踪过程中驱动天线沿梯度方向调整方位角和俯仰角的工作方式,实现了三维立体空间内天线指向对目标卫星方向的快速逼近。相控阵天线的快速波束扫描能力是实现卫星天线精确对准目标卫星的核心。针对如何改善波束扫描的有效性和可靠性等问题,本文提出一种基于扰动随机逼近(spsa)的改进算法。该算法利用均匀分布天线相邻单元阵内相位差相等的约束条件,有效估算了接收信号强度关于相位差变化的梯度,调整移相器使相邻单元相位差沿梯度方向变化,从而实现快速波束扫描与跟踪。与多数一维俯仰面相位扫描不同,本文将改进算法成功推广应用至方位面、俯仰面二维波束扫描,进一步提高了天线的跟踪效率。对改进的步进跟踪与波束扫描算法,本文分别进行了相关仿真实验。通过实验结果分析可知,改进算法成功提高了车载卫星天线的自动跟踪能力,实现了载体快速移动中天线与目标卫星的正常通信。此外,关于步进跟踪与波束扫描的联合跟踪算法,本文亦进行了相关原理与实验仿真分析,成功实现了二者的有效结合,完成了车载卫星天线的自动跟踪过程。

关键词：车载卫星天线自动跟踪步进跟踪电子波束扫描 spsa

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WSNs中数据包长优化算法研究

WSNs中数据包长优化算法研究

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作者：冯如吉合肥工业大学

学位级别：硕士

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种由大量微型传感器节点通过无线通信自组织而成的网络系统，用于实时地检测、感知和采集某个区域的信息，对信息进行处理，并发送给观察者，从而实现物理世界、计算世界以及人类社... 详细信息

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种由大量微型传感器节点通过无线通信自组织而成的网络系统，用于实时地检测、感知和采集某个区域的信息，对信息进行处理，并发送给观察者，从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。由于其在军事、环境、医疗、家庭等方面的广泛应用，已引起各国政府以及学者的高度关注。传感器节点通常是由电池供电，并且一般无法进行充电或者更换电池，因此有效利用无线传感器网络有限的能量是一个重要挑战。数据传输消耗了整个网络的主要能量，而通信的数据包长是数据传输能耗的主要参数，因此设计有效的数据包长优化算法，在每次数据传输前，精确的求解出最优数据包长是有效利用无线传感器网络有限能量的关键。本文的主要研究内容及创新之处如下：(1)研究构造了新的通信能耗效率模型。通过对现有能耗效率模型的分析，提出一种新的能耗效率模型，同时考虑MAC层协议和信道编码对节点能耗的影响，以反映节点的能耗效率与数据包长、无线收发部件、通信协议以及通信信道之间的关系，从理论上完善了节点的能耗效率模型。(2)研究了基于SA的数据包长优化算法。通过对所构造能耗效率模型以及基本SA算法的分析，结合基本SA算法的特点，提出了一种基于SA的数据包长优化算法——SAP(Simulated Annealing-based Packet-size)算法。同时，结合数值分析方法，定义了计算代价这一性能评价指标，以此可以从统计意义上来评价SAP算法的性能。仿真实验结果验证了SAP算法具有较低的算法复杂度却有较高的精确性和效率。(3)研究了基于spsa的数据包长优化算法。基本spsa算法具有收敛速度快，目标函数计算量小，无需求解精确梯度等优点，结合所构造能耗效率模型的特点，提出了一种基于spsa的数据包长优化算法——spsaP(SimultaneousPerturbation Stochastic Approximation-based Packet-size)算法。同时，定义了平均ECE精度和计算效能这两个性能评价指标，在仿真试验中，从统计意义上验证了spsaP算法具有较低的算法复杂度却有较高的精度和效率。最后，定量分析比较了SAP算法和spsaP算法的性能。

关键词：无线传感器网络数据包长能耗效率 SA spsa

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水泥粒度建模与控制研究

水泥粒度建模与控制研究

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作者：张雷济南大学

学位级别：硕士

水泥粉磨是水泥生产过程不可或缺的组成部分,但水泥粉磨系统的强耦合、大时滞、大惯性使其难以取得满意的控制效果,造成水泥质量波动较大。水泥粒度分布是水泥粉磨过程的一个重要控制指标,直接决定水泥成品品质。为保持水泥粉磨过程高... 详细信息

水泥粉磨是水泥生产过程不可或缺的组成部分,但水泥粉磨系统的强耦合、大时滞、大惯性使其难以取得满意的控制效果,造成水泥质量波动较大。水泥粒度分布是水泥粉磨过程的一个重要控制指标,直接决定水泥成品品质。为保持水泥粉磨过程高效稳定运行,本文针对水泥多个粒度分布区间,展开水泥粒度的建模和控制研究,并研发了一套水泥粒度自动控制系统,主要研究工作如下:(1)为完整描述水泥粉磨复杂的动态过程,将水泥粉磨系统分为小于3μm和3-32μm两个子模型,并分别建模。分析影响粒度的因素,确定两粒度子模型的输入输出量,划分标准工况区间;针对小于3μm粒度控制滞后相对较小,设定模型为差分方程形式,基于生产过程实际运行数据,采用AIC准则确定模型阶次,应用遗传算法辨识模型参数;针对3-32μm粒度控制滞后较大的问题,设定模型为含滞后的传递函数,根据工程运行背景预设滞后区间,采用最小二乘辨识方法确定最佳模型参数。(2)为实现水泥粒度的稳定控制,在(1)基础上,分别进行控制算法研究。针对小于3μm粒度控制波动较大问题,结合PID算法和同步扰动随机逼近(spsa)算法,对PID控制器参数进行同步随机扰动,利用观测的I/O数据,通过spsa优化算法寻找最优的PID控制参数,实现小于3μm粒度的快速稳定控制,并减小控制对模型的依赖性;针对3-32μm粒度模型滞后较大、控制不稳定问题,利用状态变换将时滞模型化为无时滞形式,设计离散系统的等效滑模控制器,并利用Lyapunov函数给出稳定性条件,实现3-32μm粒度的大滞后稳定控制;仿真实验分别验证了两种算法的有效性。(3)依据水泥在线粒度分析仪,结合专家控制和Bang-Bang控制,融合(2)中两种先进控制方法,设计了一套水泥粒度自动控制系统。在分析水泥粒度自动控制系统用户需求及功能要求的基础上,设计了针对不同工况状态的控制方案流程,基于VB软件环境实现了水泥粉磨粒度自动控制系统;实际应用表明该系统具有优良的性能。

关键词：水泥粒度分布遗传建模时滞建模 spsa 离散滑模

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