| 1. |
- Lindholm, Anna, et al.
(författare)
-
Hierarchical scheduling and utility disturbance management in the process industry
- 2013
-
Ingår i: 7th IFAC Conference on Manufacturing Modelling, Management, and Control, 2013. - : Elsevier. - 1474-6670. - 9783902823359 ; , s. 140-145
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- The integration of scheduling and control in the process industry is a topic that has been frequently discussed during the recent years, but many challenges remain in order to achieve integrated solutions that can be implemented for large-scale industrial sites. In this paper we consider production control under disturbances in the supply of utilities at integrated sites together with the integration towards production scheduling. Utilities, such as steam and cooling water, are often shared between the production areas of a site, which enables formulation of an optimization problem for determining the optimal supply of utilities to each area at the occurrence of a disturbance. Optimization in two timescales is suggested to handle the scheduling and disturbance management problems in a hierarchical fashion. The suggested structure has been discussed with companies within the chemical process industry. A simple example is provided to show how the structure may be used.
|
|
| 2. |
|
|
| 3. |
- Akram, Usman, 1984-, et al.
(författare)
-
Closing Pakistan’s yield gaps through nutrient recycling
- 2018
-
Ingår i: Frontiers in Sustainable Food Systems. - : Frontiers Media S.A.. - 2571-581X. ; , s. 1-14
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Achieving food security will require closing yield gaps in many regions, including Pakistan. Although fertilizer subsidies have facilitated increased nitrogen (N) application rates, many staple crop yields have yet to reach their maximum potential. Considering that current animal manure and human excreta (bio-supply) recycling rates are low, there is substantial potential to increase the reuse of nutrients in bio-supply. We quantified 2010 crop N, phosphorus (P), and potassium (K) needs along with bio-supply nutrient availability for Pakistani districts, and compared these values to synthetic fertilizer use and costs. We found that synthetic fertilizer use combined with low bio-supply recycling resulted in a substantial gap between nutrient supply and P and K crop needs, which would cost 3 billion USD to fill with synthetic fertilizers. If all bio-supply was recycled, it could eliminate K synthetic fertilizer needs and decrease N synthetic fertilizer needs to 43% of what was purchased in 2010. Under a full recycling scenario, farmers would still require an additional 0.28 million tons of synthetic P fertilizers, costing 2.77 billion USD. However, it may not be prohibitively expensive to correct P deficiencies. Pakistan already spends this amount of money on fertilizers. If funds used for synthetic N were reallocated to synthetic P purchases in a full bio-supply recycling scenario, crop needs could be met. Most recycling could happen within districts, with only 6% of bio-supply requiring between-district transport when optimized to meet national N crop needs. Increased recycling in Pakistan could be a viable way to decrease yield gaps.
|
|
| 4. |
- Akram, Usman, et al.
(författare)
-
Enhancing nutrient recycling from excreta to meet crop nutrient needs in Sweden - a spatial analysis
- 2019
-
Ingår i: Scientific Reports. - : NATURE PUBLISHING GROUP. - 2045-2322. ; 9
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Increased recycling of nutrient-rich organic waste to meet crop nutrient needs is an essential component of a more sustainable food system. However, agricultural specialization continues to pose a significant challenge to balancing crop nutrient needs and the nutrient supply from animal manure and human excreta locally. For Sweden, this study found that recycling all excreta (in 2007) could meet up to 75% of crop nitrogen and 81% of phosphorus needs, but that this would exceed crop potassium needs by 51%. Recycling excreta within municipalities could meet 63% of crop P nutrient needs, but large regional differences and imbalances need to be corrected to avoid over or under fertilizing. Over 50% of the total nitrogen and phosphorus in excreta is contained in just 40% of municipalities, and those have a surplus of excreta nutrients compared to crop needs. Reallocation of surpluses (nationally optimized for phosphorus) towards deficit municipalities, would cost 192 million USD (for 24 079 km of truck travel). This is 3.7 times more than the total NPK fertilizer value being transported. These results indicate that Sweden could reduce its dependence on synthetic fertilizers through investments in excreta recycling, but this would likely require valuing also other recycling benefits.
|
|
| 5. |
- Akram, Usman, et al.
(författare)
-
Optimizing Nutrient Recycling From Excreta in Sweden and Pakistan : Higher Spatial Resolution Makes Transportation More Attractive
- 2019
-
Ingår i: Frontiers in Sustainable Food Systems. - : Frontiers Media SA. - 2571-581X. ; 3
-
Tidskriftsartikel (refereegranskat)abstract
- Recycling essential plant nutrients like nitrogen (N), phosphorus (P), and potassium (K) from organic waste such as human and animal excreta will be an essential part of sustainable food systems and a circular economy. However, transportation is often cited as a major barrier to increased recycling as organic waste is heavy and bulky, and distances between areas of abundant waste may be far from areas with a need for fertilizers. We investigated the effect of increased input data spatial resolution to an optimization model on the weight, distance, and spatial patterns of transport. The model was run in Sweden and in Pakistan to examine cost-effectiveness of transporting excess excreta to areas of crop need after local recycling. Increasing the resolution of input data from political boundaries (municipalities and districts) to 0.083 decimal grids increased the amount of N requiring transport by 12% in Pakistan and increased P requiring transport by 14% in Sweden. The average distance decreased by 67% (to 44 km) in Pakistan but increased by 1 km in Sweden. Further increasing the resolution to 5 km grids in Sweden decreased the average transportation distance by 9 km (down to 123 km). In both countries, increasing resolution also decreased the number of long-distance heavy transports, and as such costs did not increase as much as total distance and weight transported. Ultimately, transportation in Pakistan seemed financially beneficial: the cost of transport only represented 13% of the NPK fertilizer value transported, and total recycling could even cover 78% of additional fertilizer purchases required. In Sweden, the cost of transporting excreta did not seem cost effective without valuing other potential benefits of increased recycling: costs were three times higher than the fertilizer value transported in excreta at the 5 km resolution. In summary, increasing input data resolution created a more realistic picture of recycling needs. This also highlighted more favorable cost to fertilizer value ratios which could make it easier to move forward with industry and government partners to facilitate productive recycling. Our analysis shows that in both countries increased recycling can result in better spatial nutrient balances.
|
|
| 6. |
- Berg, Sofia, et al.
(författare)
-
Ekologisk funktionalitet av värdekärnor för barrskogar inom Västra Götalands län : Ett strategiskt underlag för planering av förändrad skogsskötsel av barrskogsområden inom Västra Götalands län i syfte att stärka skogarnas förutsättningar att stödja biologisk mångfald och skogens klimatnytta
- 2022
-
Rapport (populärvet., debatt m.m.)abstract
- Skogsstyrelsen redovisar i sin utvärdering av miljömålet Levande skogar 2019 att centrala hinder för uppfyllelse av miljömålet är minskande och fragmenterade livsmiljöer och minskande och/eller små populationer av ett antal hotade arter knutna till skogsekosystemet. En väg framåt för att vända denna trend är att framtidens skogsbruk bland annat bör utvecklas utifrån ett landskapsperspektiv och där hyggesfria skogsbruksmetoder ökar i omfattning.Länsstyrelserna i Sverige har genom sitt arbete med regionala handlingsplaner för grön infrastruktur identifierat så kallade värdekärnor – områden av stor betydelse för skogsarternas överlevnad. I denna studie har Västra Götalands läns värdekärnor analyserats med avseende på deras förmåga att stödja biologisk mångfald i ett landskapsperspektiv. Arbetet har gjorts i samverkan med Länsstyrelsen för Västra götalands län.Metoden som använts är Biotope Biodiversity Capacity Indicator (BBCI). Metoden har utvecklats inom forskningsprojektet “Landscape biodiversity capacity: a tool for measuring, monitoring and managing” finansierat av Naturvårdsverkets miljöforskningsanslag (2019-2022).Resultaten visar vilka geografiskt avgränsade värdekärnor som idag har hög ekologisk funktionalitet och som utgör biologiska överlevnads- och spridningshotspots för arter knutna till barrskogar. Vidare visar resultaten att endast sju kommuner har BBCI-värden över 1, det vill säga, ett hållbart skogslandskap som kan hålla fokusarten i ett 100-årsperspektiv.För att nå de svenska miljömålen Levande skogar och Ett rikt växt- och djurliv samt skapa bättre förutsättningar för skogens biologiska mångfald att fortleva behöver nuvarande skogsmetoder med trakthyggesbruk anpassas till brukningsformer som tar större hänsyn till skogens ekosystem. Resultaten från denna studie kan ge prioriteringsunderlag för inom vilka produktionsskogar en så kallad återvildning genom förändrad brukningsmetod skulle kunna resultera i betydelsefull ökad ekologisk funktionalitet på landskapsnivå för de västgötska barrskogarna.
|
|
| 7. |
- Berglund, Per, et al.
(författare)
-
Linking Education and Research : A Roadmap for Higher Education Institutions at the Dawn of the Knowledge Society
- 2019
-
Ingår i: Linking education and research. - Basel, Switzerland : MDPI. ; , s. 11-33
-
Bokkapitel (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- In an era characterized by a move towards a “knowledge society”, universities are central in fostering “knowledgeability”, that is the reflexive understanding of knowledge in knowledge societies. The objective of “knowledgeability” can be met through creating a stronger link between education and research. Furthermore, overall student performance, for example in critical thinking and problem solving, can be improved if research-related activities are incorporated into the curriculum.The aim of this paper is to use international examples to discuss the research- education nexus from four different perspectives, namely context, policy, implementation and quality, with case studies from higher education institutions in Singapore and Sweden.We suggest that different integrative technologies can be used to enhance the links, but it will be essential to consider the inputs of training, service and support in using new technology. Interestingly, the act of evaluating the link between education and research will increase awareness of this linkage by stakeholders involved in both education and research. In turn the link can be strengthened, contributing to increased quality in both education and research.
|
|
| 8. |
- Ekström, Joakim, 1980-, et al.
(författare)
-
Simulation based optimisation of toll levels in urban road traffic networks
- 2014
-
Konferensbidrag (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- There has recently been a growing interest in analysing road pricing schemes in urban areas using dynamic traffic assignment (DTA) tools. The motivation behind this development is the problem for static transportation models to accurately predict travel time savings, from introducing road pricing, in networks with severe congestion. Finding optimal toll levels and locations in urban road traffic networks has so far mainly been studied using either derivative-free heuristics (e.g. genetic algorithms and simulated annealing) or ascent methods. Both approaches rely on fast computations of the road users response (traffic flows, travel times and demands), given the road pricing scheme, and for the case of ascent methods, the methods also rely on fast computations (or rather approximation) of derivatives. Using DTA tools for evaluating the road users’ response to a pricing scheme is, however, very computationally expensive. Previously developed methods are therefore not suitable to use together with DTA.Surrogate models, e.g. in terms of response surfaces, are commonly used for optimisation problems with expensive-to-evaluate objective functions. The surrogate model is used for approximating the expensive-to-evaluate objective function, and the optimisation is then done on the surrogate model instead. The performances of optimisation methods based on surrogate models are, however, dependent on experimental design, infill strategy and choice of surrogate model itself. The experimental design will give the initial set of toll levels, for which the DTA needs to be evaluated, the infill strategy determined additional toll levels to be evaluated by the DTA, and the choice of surrogate model will give the functional form to be fitted to the sampled toll levels.We apply a surrogate model framework for optimising toll levels in a multiple cordon pricing scheme. In the first stage we evaluate the experimental design, infill strategy and choice of surrogate model, using a static macroscopic traffic model. This allows a large number of experiments to be carried out, which would not be possible with a DTA tool. It also allows us to compare the performance of the surrogate modelling approach with other global optimisation methods. In the second stage, the insight which has been gained from the experiments with the static model is used when applying the surrogate modelling approach to a DTA model of Stockholm.Computational results are presented for a Stockholm network with three cordons, each with differentiated toll level in both directions, resulting in a total of six toll level variables. Surrogate models in the form of Radial Basis Functions and Kriging models are evaluated with a static model of Stockholm, for different initial experimental designs, infill strategies and choice of surrogate models. In comparison with previously developed derivative based methods for static models, our results show that the surrogate based optimisation approach performs better, since it allows for metaheuristic methods to search for global optimal solutions efficiently.
|
|
| 9. |
- Ekström, Joakim, 1980-, et al.
(författare)
-
Surrogatbaserad optimering av avgiftsnivåer i trängselavgiftssystem
- 2015
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- Trängselskatt finns idag i både Stockholm och Göteborg, och det är troligt att utformningen av dessa trängselskattesystem kommer att justeras framöver med avseende på avgiftsnivå, placering och tidpunkt. För Stockholm finns beslut om ändring från januari 2016 och i Göteborg ändrades avgiftsnivåerna i januari 2015. I detta projekt utvecklas metoder som ska kunna ge stöd vid justering av avigiftsnivåer, så att en så stor samhällsekonomisk nytta som är möjligt uppnås med trängselskattesystemet.För storstadsområden, där det under rusningstrafik är trängsel i delar av nätverket, är trängselskatt främst intressant att analysera med dynamiska transportmodeller. Tidigare utveckling av metoder för optimal avgiftssättning har dock främst fokuserat på statiska modeller, exempelvis Emme, som har kända problem med att korrekt uppskatta förändring i restider när det är trängsel i delar av trafiknätverket. I detta projekt har vi därför tillämpat surrogat-baserad optimering, som är en metodansats som ställer få krav på vilken transportmodell som används. Den dynamiska transportmodellen Regent/VisumDUE finns sedan tidigare implementerad för Stockholmsregionen, och har därför även använts i detta projekt. VisumDUE är en makroskopisk nätutläggningsmodell med dynamiskt ruttval, och Regent är en efterfrågemodell som innehåller resgenerering, färdmedelsval och destinationsval för arbetsresor[1].Surrogat-baserad optimering erbjuder ett ramverk för optimering av problem med beräkningsmässigt kostsamma målfunktioner. Genom att approximera en funktionsyta till samplade punkter från den kostsamma målfunktionen, kan optimeringen istället göras över den approximerade funktionsytan. För Regent/VisumDUE tar utvärderingen av ett givet trängselskattescenario ca tio timmar, och det är denna beräkningstid som gör målfunktionen kostsam. Givet ett antal samplade punkter, görs ytterligare sampling utifrån en given strategi för att förbättra approximationen, så kallad iterativ sampling. Inom ramverket finns dock en mängd möjligheter för hur de olika komponenterna designas. Därför är det svårt att utvärdera surrogat-baserad optimering med endast Regent/VisumDUE. En statisk transportmodell har därför använts för att utvärdera ett antal kombinationer av samplingsstrategi och funktionsyta. Den mest lovande kombinationen har sedan även utvärderats med Regent/VisumDUE. För att vara praktiskt tillämpbart i framtiden har fokus i projektet varit att utvärdera hur metodansatsen fungerar när antalet möjliga tulluppsättningar är kraftigt begränsat (20-40 stycken).Det scenario som har använts som grund i projektet är trängselskatt i Stockholm på nuvarande tullring, på Essingeleden samt på innerstadsbroarna. Skatten är differentierad med avseende på riktning, vilket ger sex olika skattenivåer att optimera. Optimeringen har gjorts för trängselskattenivå under maxtimmen. I det dynamiska fallet har trängselskattens nivå utanför maxtimme funnits med som indata, men samma tidsprofil som på nuvarande tullring har antagits i alla scenarier (avgiftstrappa 50%, 75%, 100%, 75%, 50%). Utvärderingen med den statiska transportmodellen visar att lösningar nära globalt optimum kan uppnås med endast 40 utvärderade trängselskattenivåer, och en tydlig förbättring av den samhällsekonomiska nyttan uppnås redan vid 20 utvärderade trängselskattenivåer.Även med ett kraftigt begränsat antal utvärderingar av den kostsamma målfunktionen i Regent/VisumDUE, har vi visat att det är möjligt att använda metodansatsen. En tydlig förbättring av den samhällsekonomiska nyttan uppnås med endast 22 utvärderade trängselskattenivåer. Ytterligare experiment skulle dock behövas för att undersöka hur stor denna förbättring är i förhållande till vad som skulle kunna uppnås.
|
|
| 10. |
- Ekström, Joakim, 1980-, et al.
(författare)
-
Surrogate-based optimisation of toll levels in congestion pricing schemes
- 2014
-
Ingår i: Transportation Infrastructure. - Hong Kong : Hong Kong Society of Transportation Studies Limited. - 9789881581433 ; , s. 209-216
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- There has recently been a growing interest in analysing road pricing schemes in urban areas using dynamic traffic assignment (DTA) tools. Finding optimal toll levels in cordon based road pricing schemes has so far mainly been studied using either derivative-free heuristics or ascent methods. For future use of DTA tools such methods are not suitable and in this paper we investigate how a surrogate modelling framework can be used instead. We focus on cases when the number of costly objective function evaluations is limited to between 20 and 40. In order to allow a large number of different configurations of the surrogate modelling framework to be evaluated, a static user equilibrium model is used for simulating the road users’ response to a given pricing scheme. The results show that for a realistic scenario, valuable information on close to optimal toll levels can be achieved with only 20 costly function evaluations.
|
|
