Assessing reservoir operations risk under climate change

Risk-based planning offers a robust way to identify strategies that permit adaptive water resources management under climate change. This paper presents a flexible methodology for conducting climate change risk assessments involving reservoir operations. Decision makers can apply this methodology to their systems by selecting future periods and risk metrics relevant to their planning questions and by collectively evaluating system impacts relative to an ensemble of climate projection scenarios (weighted or not). This paper shows multiple applications of this methodology in a case study involving California\u27s Central Valley Project and State Water Project systems. Multiple applications were conducted to show how choices made in conducting the risk assessment, choices known as analytical design decisions, can affect assessed risk. Specifically, risk was reanalyzed for every choice combination of two design decisions: (1) whether to assume climate change will influence flood-control constraints on water supply operations (and how), and (2) whether to weight climate change scenarios (and how). Results show that assessed risk would motivate different planning pathways depending on decision-maker attitudes toward risk (e.g., risk neutral versus risk averse). Results also show that assessed risk at a given risk attitude is sensitive to the analytical design choices listed above, with the choice of whether to adjust flood-control rules under climate change having considerably more influence than the choice on whether to weight climate scenarios

Informative Path Planning for Active Field Mapping under Localization Uncertainty

Information gathering algorithms play a key role in unlocking the potential of robots for efficient data collection in a wide range of applications. However, most existing strategies neglect the fundamental problem of the robot pose uncertainty, which is an implicit requirement for creating robust, high-quality maps. To address this issue, we introduce an informative planning framework for active mapping that explicitly accounts for the pose uncertainty in both the mapping and planning tasks. Our strategy exploits a Gaussian Process (GP) model to capture a target environmental field given the uncertainty on its inputs. For planning, we formulate a new utility function that couples the localization and field mapping objectives in GP-based mapping scenarios in a principled way, without relying on any manually tuned parameters. Extensive simulations show that our approach outperforms existing strategies, with reductions in mean pose uncertainty and map error. We also present a proof of concept in an indoor temperature mapping scenario.Comment: 8 pages, 7 figures, submission (revised) to Robotics & Automation Letters (and IEEE International Conference on Robotics and Automation

Models and methods to make decisions while mining production scheduling

Purpose is to develop a new approach to the design of mining operations basing upon models and methods of decision making. Methods. The paper has applied a complex approach involving approaches of decision-making theory. Analysis of the pro-duction development scenarios is proposed for strategic activity planning; criteria to make decisions under the uncertainty conditions as well as decision-making trees for day-to-day management are proposed to determine balanced production level. Findings. It has been identified that mining production design is of the determined character demonstrating changes in “state of the nature” depending upon the made decisions. The idea of mining production is to reduce uncertainty gradually by means of analysis of production scenarios, and elimination of unfavourable alternatives. Operative management is implemented while constructing decision trees, and optimizing operation parameters. Representation of sets of rational equipment types as well as development scenarios, and their comparison in terms of decision-making parameters makes it possible to determine adequate capacity of a working area, and to reduce expenditures connected with the equipment purchase and maintenance. In this context, limiting factors, effecting anticipatory mining out-put, are taken into consideration. Successive comparison of the alternatives helps identify decision-making area for different scenarios of the production development. Originality. To manage mining production, approaches of decision-making theory have been proposed which involve the use of decision trees, decision-making criteria, and analysis of scenarios basing upon representation of operating procedures in the form of a network model within which the shortest route corresponds to optimum decision. Practical implications. Decision-making system has been developed making it possible to optimize operation parameters, to reduce prime cost of mining, and to select a structure of engineering connections with the specified production level. The described approaches may be applied at the stage of a stope design as well as in the process of a field development. Specific attention has been paid to a software development to implement the approaches.Мета. Розробити новий підхід до проектування гірничого виробництва, який базується на моделях та методах теорії прийняття рішень. Методика. В роботі застосовано комплексний метод, який включає підходи теорії прийняття рішень. Для стратегічного планування діяльності запропоновано досліджувати сценарії розвитку виробництва, для визначення раціонального рівня виробництва – критерії прийняття рішень в умовах невизначеності, а також дерева прийняття рішень для поточного управління. Результати. Виявлено, що процес проектування гірничого виробництва має детермінований характер, який демонструє зміну “станів природи” залежно від прийнятих рішень. Суть проектування гірничого виробництва зводиться до послідовного зменшення невизначеності шляхом дослідження сценаріїв виробництва та виключення несприятливих альтернатив. Оперативне управління здійснюється шляхом побудови дерев рішень та оптимізації параметрів експлуатації. Представлення множин раціональних типів обладнання, сценаріїв розвитку подій та порівняння їх за критеріями прийняття рішень дозволяє визначити раціональний рівень видобутку виймальної дільниці і знизити витрати на придбання та обслуговування обладнання, при цьому враховуються обмежувальні фактори, які впливають на величину очікуваного видобутку. Послідовне порівняння альтернатив дозволяє встановити поле прийнятних рішень для різних сценаріїв розвитку виробництва. Наукова новизна. Для управління гірничим виробництвом запропоновано підходи теорії прийняття рішень, які включають застосування дерев рішень, критеріїв прийняття рішень та аналіз сценаріїв, котрі базуються на представленні технологічного процесу у вигляді мережевої моделі, в якій найкоротший маршрут відповідає оптимальному рішенню. Практична значимість. Розроблена система прийняття рішень, дозволяє оптимізувати параметри експлуатації, знизити собівартість видобутку, вибрати структуру технологічних зв’язків з заданим рівнем продуктивності. Описані в роботі підходи можуть бути використані як на стадії проектування очисного забою так і в процесі експлуатації родовища корисних копалин. Особливу увагу приділено розробці програмного забезпечення для впровадження описаних підходів у виробництво.Цель. Разработать новый подход к проектированию горного производства, который базируется на моделях и методах теории принятия решений. Методика. В работе использован комплексный метод, который включает подходы теории принятия решений. Для стратегического планирования деятельности предложено исследовать сценарии развития производства, для определения рационального уровня производства – критерии принятия решений в условиях неопределенности, а также деревья принятия решений для текущего управления. Результаты. Установлено, что процесс проектирования горного производства носит детерминированный характер, который отражает изменение “состояний природы” в зависимости от принятых решений. Суть проектирования сводится к последовательному уменьшению неопределенности путем исследования сценариев производства и исключения неблагоприятных альтернатив. Оперативное управление осуществляется посредством построения деревьев решений и оптимизации параметров эксплуатации. Представление множества рациональных типов оборудования, сценариев развития событий та сравнение их по критериям принятия решений позволяет определить рациональный уровень добычи очистного участка и снизить затраты на приобретение и обслуживание оборудования, при этом учитываются ограничивающие факторы, которые влияют на величину ожидаемой прибыли. Последовательное сравнение альтернатив позволяет установить поле приемлемых решений для разных сценариев развития производства. Научная новизна. Для управления горным производством предложены подходы теории принятия решений, которые включают применения деревьев, критериев принятия решений и анализ сценариев, основанных на представлении технологического процесса в виде сетевой модели, где кратчайший маршрут соответствует оптимальному решению. Практическая значимость. Разработана система поддержки принятия решений, которая позволит оптимизировать параметры эксплуатации, снизить себестоимость добычи, выбрать структуру технологических взаимосвязей с заданным уровнем производительности. Описанные в работе подходы могут быть использованы как на стадии проектирования очистного забоя, так и в процессе эксплуатации месторождения полезных ископаемых. Особое внимание уделено разработке программного обеспечения для внедрения описанных подходов в горное дело.The study has been carried out within the framework of research project of the National Academy Sciences of Ukraine for young scientists “Resource-saving techniques to support mine workings under the complex hydrogeological conditions”; Agreement #29-04/06-2019; official registration #0119U102370