模型云平臺(tái)在智慧水行業(yè)的應(yīng)用

周毅

摘 要： 水行業(yè)是一個(gè)信息密集化的行業(yè)，對(duì)于防洪預(yù)測(cè)、水庫(kù)調(diào)度、水資源配置、水環(huán)境模擬等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，都需要對(duì)相關(guān)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理，并進(jìn)行科學(xué)合理決策，傳統(tǒng)的模型使用方式已無(wú)法滿足智慧水行業(yè)的發(fā)展需求。江河瑞通科技集團(tuán)有限公司開發(fā)的瑞通模型云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了水行業(yè)大數(shù)據(jù)的接入與存儲(chǔ)、分析與預(yù)測(cè)、可視化的一站式服務(wù)，推動(dòng)水行業(yè)智慧化發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 模型云平臺(tái)；大數(shù)據(jù)；智慧；云計(jì)算

1引言

近年來(lái)，以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)為特征的信息技術(shù)架構(gòu)蓬勃發(fā)展，形成了以大數(shù)據(jù)的深度挖掘與融合應(yīng)用為特征的智慧化階段，在智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧物流等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，水行業(yè)也在向“智慧”模式轉(zhuǎn)變。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和水行業(yè)信息化的建設(shè)，水行業(yè)也積累了海量的數(shù)據(jù)資源，而行業(yè)機(jī)理模型是分析復(fù)雜多元化的水行業(yè)大數(shù)據(jù)的最有效手段，能為防洪預(yù)測(cè)、水庫(kù)調(diào)度、水資源配置、水環(huán)境模擬等應(yīng)用提供決策支撐。當(dāng)前，水行業(yè)模型的理論和算法總體處于先進(jìn)水平，但是仍存在以下問題：

1）模型計(jì)算往往是離線式，只支持手動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)，無(wú)法根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算；

2）模型使用還是傳統(tǒng)的單機(jī)運(yùn)行模式，計(jì)算資源利用率低，計(jì)算速度慢；

3）復(fù)雜的業(yè)務(wù)場(chǎng)景往往需要多個(gè)模型耦合計(jì)算，但是由于模型標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，很難實(shí)現(xiàn)模型之間的協(xié)同工作；

針對(duì)以上問題，江河瑞通科技集團(tuán)有限公司利用自身20年水行業(yè)數(shù)據(jù)分析和行業(yè)模型應(yīng)用積累，結(jié)合IBM先進(jìn)的云技術(shù)，歷時(shí)3年累計(jì)投資3千余萬(wàn)開發(fā)了瑞通模型云平臺(tái)（RW—Model Cloud）。瑞通模型云平臺(tái)以先進(jìn)云計(jì)算架構(gòu)為基礎(chǔ)，通過模型的標(biāo)準(zhǔn)化將各類水行業(yè)模型接入云平臺(tái)，采用虛擬化集群、計(jì)算優(yōu)化調(diào)度、工作流編排、組件封裝等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了水行業(yè)大數(shù)據(jù)的接入與存儲(chǔ)、分析與預(yù)測(cè)、可視化的一站式服務(wù)，讓模型“慧”工作，讓水“慧”說話。

2總體框架

瑞通模型云平臺(tái)總體框架如下圖所示，包括感知層、信息處理層和應(yīng)用層三部分，各個(gè)層次均有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全體系作為保障。

2.1感知層

模型云平臺(tái)采集水行業(yè)各類傳感器實(shí)時(shí)感知的水雨情、氣象、工情及視頻監(jiān)控等各類數(shù)據(jù)，這是瑞通模型云平臺(tái)的數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.2信息處理層

信息處理層是信息匯集、存儲(chǔ)、分析、管理的中心，是模型云平臺(tái)的核心層。

多源數(shù)據(jù)通過信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至瑞通云數(shù)據(jù)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方式對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式進(jìn)行整編，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將數(shù)據(jù)規(guī)則存儲(chǔ)在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。

瑞通模型云平臺(tái)內(nèi)置各種不同的計(jì)算模型，分別包括：行業(yè)機(jī)理模型、數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型、優(yōu)化配置模型、內(nèi)容分析模型。按照編排的工作流和模型之間的信息交互，并借助瑞通云強(qiáng)大的計(jì)算能力，讓數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)各個(gè)模型協(xié)同完成復(fù)雜事件的模擬推演，對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

模型云平臺(tái)還為用戶提供模型管理工具，主要包括模型審核、模型注冊(cè)、模型評(píng)價(jià)和任務(wù)管理等，為模型的準(zhǔn)確性、適用性等方面做出合理評(píng)價(jià)和管理。

2.3應(yīng)用層

應(yīng)用服務(wù)層主要為終端用戶提供各種定制化的服務(wù)。模型云平臺(tái)以用戶需求為導(dǎo)向，通過服務(wù)器、短信、微信等方式將分析計(jì)算結(jié)果反饋給水行業(yè)管理單位或者社會(huì)公眾，采取相應(yīng)的措施和行動(dòng)，有效解決水行業(yè)的各類問題。這樣，以前水行業(yè)憑經(jīng)驗(yàn)解決的問題，現(xiàn)在都能通過模型云平臺(tái)，讓水行業(yè)大數(shù)據(jù)指導(dǎo)決策。

2.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與安全體系

模型云平臺(tái)的運(yùn)行離不開標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全可靠的保障環(huán)境。通過制定《模型自描述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、《模型輸入輸出參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、《模型注冊(cè)與集成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》、《模型云平臺(tái)計(jì)算服務(wù)API規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范使得平臺(tái)可以兼容所有類別的模型。通過建立云平臺(tái)運(yùn)行安全體系，對(duì)數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、代碼、應(yīng)用、運(yùn)維管理等進(jìn)行全方面的保障，保證模型云平臺(tái)在安全的環(huán)境下運(yùn)行。

3平臺(tái)功能

瑞通模型云平臺(tái)能夠?yàn)橛脩籼峁┠Ｐ图煞?wù)，能夠?qū)⒛Ｐ团c實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連通，將單機(jī)離線式運(yùn)算模型轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€云計(jì)算模式，提升模型的易用性和時(shí)效性。同時(shí)，模型云平臺(tái)自帶模型自優(yōu)化功能，基于預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)進(jìn)行模型調(diào)優(yōu)與學(xué)習(xí)，使結(jié)果更準(zhǔn)確。模型計(jì)算結(jié)果不僅能通過可視化組件實(shí)現(xiàn)定制化展示，也可以提供API接口，方便第三方調(diào)用和集成。

4平臺(tái)應(yīng)用

從去年開始，瑞通模型云平臺(tái)逐步投入到生產(chǎn)實(shí)際中，切實(shí)的解決實(shí)際問題。四川省宜賓市地處金沙江、岷江交匯處，易受到洪水影響，據(jù)歷史洪災(zāi)資料統(tǒng)計(jì)，宜賓市遭受的大洪水有十余次。針對(duì)宜賓的洪水風(fēng)險(xiǎn)，也有許多的模型應(yīng)用分析，但是洪水的形態(tài)、水利工程狀態(tài)是實(shí)時(shí)變化的，傳統(tǒng)的模型使用方式無(wú)法對(duì)現(xiàn)實(shí)的洪水風(fēng)險(xiǎn)做出準(zhǔn)確的判斷。將針對(duì)宜賓市的模型應(yīng)用優(yōu)化集成至瑞通模型云平臺(tái)，結(jié)合實(shí)時(shí)河道水位情況、河道閘門泵站運(yùn)行情況，通過水力學(xué)模型算法進(jìn)行高速云計(jì)算，僅需要5分鐘就可以計(jì)算出宜賓一個(gè)醫(yī)院、學(xué)校、小區(qū)的洪水淹沒情況，可以查詢?nèi)我庖稽c(diǎn)的淹沒水深、淹沒時(shí)長(zhǎng)、洪峰到達(dá)時(shí)間，3D播放洪水淹沒、演進(jìn)、退水過程，模擬計(jì)算結(jié)果還可以實(shí)時(shí)校正，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)分析。

在去年汛期，這一系統(tǒng)得到成功應(yīng)用，為四川省防汛指揮服務(wù)提供支撐，并經(jīng)受住了實(shí)測(cè)洪水的檢驗(yàn)，洪水計(jì)算結(jié)果與實(shí)際對(duì)比誤差在10%以下，在模型云平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了真正的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)分析。

5結(jié)語(yǔ)

水行業(yè)是一個(gè)信息密集化的行業(yè)，無(wú)論是防洪、排澇、抗旱、水環(huán)境保護(hù)，還是供水、排水、污水處理等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，都需要對(duì)相關(guān)海量信息進(jìn)行采集、分析和處理，并進(jìn)行科學(xué)合理決策。瑞通模型云平臺(tái)是水行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的水行業(yè)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，能將水行業(yè)海量數(shù)據(jù)匯集存儲(chǔ)至云數(shù)據(jù)中心，利用云計(jì)算等技術(shù)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，并將分析結(jié)果反饋給相關(guān)單位或社會(huì)公眾，讓水行業(yè)大數(shù)據(jù)為政府、合作伙伴及社會(huì)公眾創(chuàng)造更多的價(jià)值，推動(dòng)水行業(yè)智慧化發(fā)展。■

參考文獻(xiàn)

[1] 夏潤(rùn)亮，馮興凱，何明民，吳虎統(tǒng)，基于模型標(biāo)準(zhǔn)化的水利數(shù)值模擬云服務(wù)平臺(tái)研究[J].水利信息化，2015（6）.

[2] 王忠靜，王光謙，王建華，王浩，基于水聯(lián)網(wǎng)及智慧水利提高水資源效能 [J].水利水電技術(shù)，2013（1）.

[3] 王超鋒，安跟鳳，袁春麗，智慧水利的發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)研究[J].河南水利與南水北調(diào)，2015（14）.

[4] 張剛，解建倉(cāng)，羅軍剛. 洪水預(yù)報(bào)模型組件化及應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào)，2011 （41）.

[5] 杜文印，肖羽，動(dòng)態(tài)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖在佛山城區(qū)防洪中的應(yīng)用[J].水利信息化，2014（2）.