2023年CSIAM应用数学落地成果认证名单

（项目名/主要完成人/项目简要）

大规模油藏复杂化学驱油数值模拟方法

程爱杰、陈国、袁益让

化学驱油或化学采油，是指通过注入化学剂（聚合物、表面活性剂、碱等），改善油藏地层流体的性质，达到提高原油采收率的目的。国内各大油田普遍采用化学驱油技术。油藏数值模拟是油田开发方案优化调整的重要工具，国际上的商业化软件对化学驱油机理描述不够完善，不能适应我国油田的实际情况。上世纪九十年代起，山东大学陆续承担了国家“八五”攻关项目、国家攀登计划项目、国家重点基础研究发展规划项目以及国家科技重大专项课题，在化学驱油的建模、数值计算方法理论和应用方面进行了深入研究，结合化学驱油机理和偏微分方程的特性，综合运用有限体积方法、算子分裂法、交替方向法以及顺风排序、角点网格、代数多重网格法以及自动历史拟合等技术研究了化学驱油数值模拟方法，与大庆油田合作研发出了稳定可靠的数值模拟软件。该方法采油机理丰富，油藏描述功能完善，模拟稳定可靠，适应国内油田实际开发环境，替代了商用软件，适合大规模油藏复杂化学驱油长时间数值模拟，在油田开发中获得了广泛的应用和推广，创造了可观的经济效益。“大庆油田高含水后期4000万吨以上持续稳产高效勘探开发技术”获得2010年度国家科技进步奖（特等），山东大学是完成单位之一。

国产通用型科学计算软件

李若、卢朓、廖汉卿

北京大学重庆大数据研究院基础软件科学研究中心在北京大学、北京大学数学科学学院、北京大学大数据分析与应用技术国家工程实验室的共同支持下，聚焦通用型科学计算软件“卡脖子”的核心数学问题、开展前沿引领的创新研究、突破关键核心技术，现已实现从架构设计到关键核心技术突破的完全独立自主研发、源代码自主编写的国产通用型科学计算软件——北太天元数值计算通用软件（以下简称“北太天元”）。

北太天元以应用数学内核为基础，整合物理、计算机、工程等方面的技术，在实现通用型科学计算软件真正国产化的同时，为各行业的国产工业软件提供真正意义上的国产底层计算环境，也为国家填补该领域的空白，具有极强的行业牵引性。本软件不仅实现了在国产科学计算软件内核根技术与产品方面的重大突破，同时也为所有之前因被禁受限的高校与有关企事业单位的工作提供了真正国产自主可控、安全可靠的科学计算环境。同时，北太天元可以促使应用数学将以往的科研成果转化为实际生产力与生产工具，且将在研发过程中沉淀的经验转化为知识，作用于教育，助力高精尖科技型人才培养，从根本问题上解决“卡脖子”的现状。

矿井复杂地质动力系统方法

乔建永、马念杰、王志强

本成果的工程背景是采矿工程。针对煤炭开采引发的地质系统应力应变规律这一国家重大需求，提出矿井复杂地质动力系统模型，把采矿工程两大支柱关键技术难题转化为数学问题。证明了如下两个定理，推动了相关技术的原理性变革。

一、矿井巷道成灾的花瓣定理及其应用

考虑巷道围岩静力学中著名的Kastner方程反问题，通过位移变换迭代动力系统，把围岩控制问题转化为Fatou花瓣定理逆问题，导出巷道成灾花瓣定理：花瓣形弹塑性曲线为安全临界曲线。这个预警判据的工程验证与上述预警完全吻合。实现了包括应用贝叶斯网络预测方法寻找花瓣，应用工程技术恢复或补偿花瓣，提出用工程技术阻止出现花瓣，取得巷道“0”冒顶的突出成效。

二、采场矿压峰值点极限定理及其应用

发现颠覆现场认知的采动应力场重分布规律的科学问题，证明了矿压峰值点极限定理：如开采高度不超过巷道高度，末采矿压峰值点收敛于巷道靠近工作面一侧的巷帮上方，在极限点处实施工程切顶。以该定理为依据，研发了“两无一快”的末采专利技术。一次性解决了原末采技术的一系列问题，现场可每年挽回11%的浪费煤炭。

嵌入式低资源环境下图模式匹配方法及应用

邹磊、苟向阳、刘钰

随着5G、高速城域网络的快速发展，路由器等嵌入式数据通信设备的更新和计算负载不断提升。为了解决嵌入式低资源环境和面向高通量路由更新的条件下的快速路由查找、定位和转发问题，提高路由设备数据更新和查找的效率，同时简化整体路由系统的设计、提升系统的易用性和可维护性，实现产品级的“降本增效”，进一步巩固我国数据通信产品的国际技术竞争力，2019年以来北京大学团队和华为数据通信产品线技术团队（依托“华为技术有限公司与北京大学数学联合实验室”）经过三年多的联合研究和工程实践，提出并实现了以“高速图流上图模式匹配”为核心的全新技术路线，项目将高速更新环境下的路由查找任务建模为图流环境下的图模式匹配，并运用图论，概率计算等数学方法，在资源受限的环境下实现了更高的路由数据更新和检索效率。该项目同时还构建了一整套基于查询子图拓扑结构的DSL（Domain Specific Language 领域描述语言），为路由规则提供了规范化的表达方式，提升了系统功能的易读性和可用性。

该项目的关键技术已被华为公司新一代路由产品的核心组件吸收，提高了路由设备数据更新和查找的效率，并提升了系统的易用性和可维护性, 进一步巩固了我国数据通信产品的国际技术竞争力。