Bài giảng phân tích hệ thống tài nguyên nước mô hình hóa hệ thống tnn ngô lê an

Nội dung Khái niệm 1 Hệ thống hỗ trợ ra quyết định 2 Mô hình toán học trong PTHTTNN 3 Phương pháp mô hình: Tối ưu & Mô phỏng 4... Mô hình hệ thống TNN – Khái niệm v Bài toán thiết kế/ mô

Mô hình hóa hệ thống TNN:

Ứng dụng trong bài toán quy

hoạch và quản lý

Nội dung

Khái niệm

1

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định

2

Mô hình toán học trong PTHTTNN

3

Phương pháp mô hình: Tối ưu & Mô phỏng

4

Mô hình hệ thống TNN – Khái niệm

Ví dụ về tiếp cận mô hình hệ thống TNN

Mô hình hệ thống TNN – Khái niệm

v Bài toán thiết kế/ mô phỏng:

Tối đa những đầu ra mong muốn và tối thiểu những đầu

ra không mong muốn thông qua những đầu vào có khả năng kiểm soát hoặc kiểm soát một phần

Trung lập Không mong muốn

Mong muốn

Có khả năng kiểm soát

Không có khả năng kiểm soát

Kiểm soát một phần Hệ thống

Phản hồi

Vai trò của mô hình toán học trong phân tích hệ thống

Mô hình hệ thống TNN – Khái niệm

Phương pháp mô hình toán là phù hợp nhất cho bài toán quy hoạch

và QLTNN khi:

1. Mục tiêu quy hoạch và quản lý được định nghĩa một cách rõ ràng

hợp lý

2. Có nhiều phương án thay thế khác nhau mà có thể thỏa mãn được

mục tiêu xác định, và lựa chọn phương án tốt nhất là chưa chắc

chắn

3. Hệ thống TNN và những mục tiêu của nó có thể miêu tả được bởi

các phương trình toán học

4. Những thông tin cần thiết như những tác động thủy văn, kinh tế, môi

trường và sinh thái gây ra từ bất cứ quyết định nào có thể được ước tính tốt hơn thông qua sử dụng mô hình

5. Những thông số của những mô hình có khả năng ước tính từ dữ liệu

thu được trong thực tế

Vai trò của mô hình toán học trong phân tích hệ thống

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định – Decision Support System

(DSS)

v Trước khi ra quyết định nhà quy

hoạch và quản lý phải xem xét sự

quan tâm và mục đích của đông

đảo những người có liên quan

(stakeholders)

v Quá trình quy hoạch, quản lý và

ra quyết định liên quan đến sự

đàm phán và thỏa hiệp dọc theo

những stakeholders – những

người có những quan tâm, mục

tiêu và ý kiến khác nhau về quản

lý hệ thống TNN

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)

ü Mô hình có đáp ứng những yêu cầu thông tin của tất cả

những stakeholders khác nhau?

ü Stakeholders tin và chấp nhận những mô hình và những

kết quả của những mô hình đó?

ü Giúp đạt được một tầm nhìn chia sẻ chung?

ü Để những thông tin, kết quả đạt được từ mô hình trở nên hữu ích trong quá trình ra quyết định, những thông tin đó hoặc đầu ra từ những mô hình đó phải dễ hiểu, tin cậy và kịp thời.

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (Decision Support System )

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)

v DSS = sự kết hợp của các mô hình và ngân hàng dữ liệu dùng để

cung cấp cho quá trình ra quyết định

§ (chỉ) một bảng tính excel cũng có thể là một DSS

v DSS không tạo ra các quyết định

§ DSS chỉ cung cấp thông thi cho các nhà ra quyết định

§ Mức độ thông tin dựa vào tình huống và người dùng: phức tạp? Đơn giản?

§ Giao diện đồ hoạ (ví dụ GIS) là có ích nhất

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)

Những kỹ thuật mô hình tương tác và

hiển thị (giao diện đồ họa), trong giới hạn của nó,

có thể cho phép điều chỉnh mức độ thông tin cần thiết và

có thể cho người ra quyết định một vài quyền kiểm soát

những dữ liệu đầu vào,

sự vận hành mô hình và

dữ liệu đầu ra.

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)

Hệ thống đo đạc

Viễn thám Đo đạc thực địa Khảo sát

Hệ thống mô hình

Mô hình kinh tế

Mô hình chức năng hóa người

sử dụng

Mô hình hệ thống

tự nhiên

Hệ thống thông tin

GIS Cơ sở dữ liệu Quy tắc và nền tảng kiến thức

Hệ thống phân tích

Công cụ chuẩn đoán đơn giản

Công cụ phát triển hệ thống

Công cụ phát triển chiến lược

Công cụ đánh giá

Những thành phần của nhiều hệ thống hỗ trợ ra quyết định

Loucks & van Beek, 2005

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)

Mô hình chia sẻ tầm nhìn (Shared – Vision Modelling)

- Dễ hiểu

- Có khă năng tương thích với những dữ liệu có sẵn

- Làm việc và cung cấp những mức độ và khối lượng thông tin cần thiết

- Dễ dàng hiệu chỉnh và kiểm định khi có thể

- Cho stakeholders quyền kiểm soát tương tác vào những dữ liệu đầu vào, chỉnh sửa, vận hành mô hình và hiển thị đầu ra mà họ có thể

hiểu và cần

Hệ thống mô hình mở (Open Modelling Systems)

- Tạo khả năng cho tất cả các stakeholders lồng ghép được những mô hình riêng của họ trong một hệ thống tổng quát

- Những stakeholders tin vào những mô hình của riêng họ hơn là

những mô hình được cung cấp bởi các cơ quan chính phủ hoặc

những viện nghiên cứu

Ví dụ: Giải quyết vấn đề tài nguyên nước liên quốc gia (sông quốc

tế), những đất nước khác nhau có thể muốn bao gồm những mô hình

thủy động lực học riêng cho những nhánh sông thuộc đất nước họ

Hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS)

Ví dụ: Giao diện chính của mô hình WEAP

Mô hình toán học trong PTHTTNN

Hình 

thành 

v n đấ ề

Xây x ng ự

mô hình  toán h cọ

Gi i mô ả hình toán 

h cọ

Ki m tra ể

mô hình

Gi i ả quy t ế

v n đấ ề

Những giai đoạn phân tích hệ thống

Ví dụ bài

toán phân

bổ nước

Phương pháp mô hình: Tối ưu vs mô phỏng

1. Ví dụ minh họa cho bài toán mô phỏng

Quá trình mô phỏng cho hệ thống hồ chứa – phân bổ nước được

tính toán liên tiếp cho một bước thời gian tới bước thời gian kế tiếp

Cho mỗi bước thời gian:

- Tiến hành tính toán cân bằng nước

cho mỗi nút

- Xác định lượng nước xả từ hồ chứa

- Phân bổ nước tới người sử dụng

Kết quả: R, S và Xi ~ t

Qt

Phương pháp mô hình: Tối ưu vs mô phỏng

1. Ví dụ minh họa cho bài toán tối ưu

Bài toán quy hoạch hồ chứa – phân bổ nước cũng có thể được miêu

tả như một bài toán tối ưu khi tìm Xit, St và Rt sao cho tổng lợi

nhuận thực đạt được từ việc phân bổ nước tới 3 hộ sử dụng nước

là lớn nhất

Và các rằng buộc X1t +X2t + X3t ≤ Rt St+1 = St + Qt – Rt cho t = 1, 2, , T

St ≤ K

0 5 10 15 20 25 30 35

Allocation, x

B1 B2 B3

Qt

T

t

ax (B +B +B )

M

3 , 2 , 1 )

(x a x b x2 i

Phương pháp mô hình: Tối ưu vs mô phỏng

2 Mô phỏng với tối ưu:

- Kỹ thuật tối ưu là tìm một quyết định tối ưu cho vận hành hệ thống ở

đó đáp ứng tất cả những ràng buộc của hệ thống trong đó tối đa

hoặc tối thiểu hàm mục tiêu

- Mô hình mô phỏng cung cấp phản ứng của hệ thống dưới những

đầu vào xác định để tạo khả năng cho người ra quyết định kiểm tra những hậu quả của những kịch bản khác nhau của một hệ thống tồn tại hoặc hệ thống mới mà không phải tiến hành xây dựng nó

- Mô hình mô phỏng không giới hạn tới bất kỳ loại hình toán học cụ

thể nào và có thể định nghĩa nhiều mối quan hệ, trong khi đó điều

này không dễ dàng với mô hình tối ưu

- Mô hình tối ưu không có khả năng phán xét và diễn tả một cách toán

học tất cả những mục tiêu quy hoạch, những rằng buộc về kỹ thuật, kinh tế và chính trị, những không chắc chắn và những xem xét quan trọng khác, ở đó sẽ ảnh hưởng tới quá trình ra quyết định

- Nghiệm tối ưu của bất cứ mô hình nào là tối ưu chỉ với đề cập tới mô

hình cụ thể đó, không phải với toàn hệ thống thực

Phương pháp mô hình: Tối ưu vs mô phỏng

2 Mô phỏng với tối ưu:

- Mô hình tối ưu cần diễn tả hiện những mục tiêu, trong đó mô mô

hình mô phỏng không

- Mô hình mô phỏng giải quyết câu hỏi “Điều gì sẽ xảy ra?” dưới

những kịch bản khác nhau Mô hình tối ưu trả lời câu hỏi “Điều gì

nên làm?”, “Quyết định nào là tốt nhất?” dưới những giả sử

- Hạn chế của mô hình mô phỏng trong phân tích đa phương án: khi

có rất nhiều những phương án, những nghiệm hoặc quy hoạch khả thi và không đủ thời gian hoặc nguồn để mô phỏng tất cả chúng dẫn tới khó đạt được những phương án có thể tốt nhất, thậm chí với sự

hỗ trợ của những kỹ thuật hiệu quả cho việc lựa chọn giá trị của

những biến quyết định

- Sử dụng kết hợp tối ưu và mô phỏng: Ví dụ

ü Tối ưu để xác định một số nhỏ những phương án tốt, khả thi và mô

phỏng để kiểm tra, đánh giá và cải thiện những phương án đó

ü Tối ưu để xác định những giá trị của những biến quyết định thiết kế

và vận hành trước khi mô phỏng được làm để đánh giá tác động có thể gây ra từ những quyết định đó

LOGO

www.themegallery.com

Thank You !

www.themegallery.com