水利模型管理服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

田茂春，鄒顯勇，楊 躍，何啟蓮

(珠江水利委員會(huì)珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510611)

隨著以云計(jì)算、Web2.0為標(biāo)志的第三次信息技術(shù)浪潮的到來，為水利信息化、現(xiàn)代化和智能化發(fā)展迎來了良好契機(jī)。發(fā)展智慧水利，已成為快速提升水資源效能的強(qiáng)力抓手和必然選擇[1-4]。2021年，水利部先后印發(fā)了《智慧水利頂層設(shè)計(jì)》《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》，規(guī)劃了模型平臺(tái)建設(shè)，要對(duì)水利模型進(jìn)行管理、注冊(cè)、配置，為“四預(yù)”應(yīng)用提供支撐。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)模型平臺(tái)進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[5]分析了不同水利業(yè)務(wù)應(yīng)用計(jì)算服務(wù)的方式與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為建立該類系統(tǒng)及水利云的構(gòu)建與應(yīng)用提供借鑒。陳煜等[6]研究開發(fā)并建立水利工程建設(shè)管理云計(jì)算平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)踐方法。尹煒靖等[7]設(shè)計(jì)了基于Hadoop的水文云平臺(tái)，并解決平臺(tái)實(shí)現(xiàn)過程中服務(wù)器虛擬化、大規(guī)模異構(gòu)水文數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及元數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵性問題。文獻(xiàn)[8]基于云平臺(tái)計(jì)算能力搭建了水資源分配系統(tǒng)。Wan等[9]建立了服務(wù)于全球的洪澇災(zāi)害基礎(chǔ)信息云平臺(tái)。劉榮華等[10]構(gòu)建了水動(dòng)力學(xué)模擬服務(wù)平臺(tái)，采用云端計(jì)算和存儲(chǔ)模式降低了高性能計(jì)算的門檻。文獻(xiàn)[11]運(yùn)用水動(dòng)力學(xué)基本理論和軟件工程理論研究，開發(fā)了下游河道泥沙沖淤計(jì)算模型可視化平臺(tái)。夏潤亮等[12]研發(fā)水利數(shù)值仿真模型計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水利數(shù)值模擬服務(wù)平臺(tái)的資源動(dòng)態(tài)部署、模型耦合計(jì)算。文獻(xiàn)[13]按照水利信息化“五統(tǒng)一”要求，提出基于元數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)建設(shè)方案。錢名開等[14]基于標(biāo)準(zhǔn)化鏈接、模型適配器技術(shù)和XML語言等平臺(tái)開發(fā)新技術(shù)，創(chuàng)建多功能、多終端組件式洪水概率預(yù)報(bào)智慧平臺(tái)。文獻(xiàn)[15]提出了基于敏捷搭建技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)。文獻(xiàn)[16]基于云計(jì)算和微服務(wù)等技術(shù)，結(jié)合Spring Boot開發(fā)架構(gòu)，搭建了一體化多模型云平臺(tái)。然而，上述大多數(shù)研究都局限于單一類型模型的管理或計(jì)算虛擬化方面，對(duì)不同廠商模型的統(tǒng)一化管理、調(diào)用以及多模型多用戶多方案的計(jì)算效率問題欠缺考慮。

本文通過對(duì)多種水利模型進(jìn)行集成與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)水利模型計(jì)算的負(fù)載均衡及模型數(shù)據(jù)的高效管理方法，研發(fā)集模型管理、模型服務(wù)、模型裝配、模型計(jì)算管理等功能于一體的水利模型管理服務(wù)平臺(tái)，以解決水利專業(yè)模型與系統(tǒng)深度綁定存在的難以統(tǒng)一接入使用、共享應(yīng)用能力不足等問題。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1 平臺(tái)邏輯架構(gòu)

水利模型管理服務(wù)平臺(tái)向下對(duì)模型進(jìn)行集中統(tǒng)一管理、調(diào)用及提供相應(yīng)接口支撐服務(wù)，向上為應(yīng)用系統(tǒng)提供模型調(diào)用業(yè)務(wù)支撐，與數(shù)字孿生流域框架保持一致，與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、模型層等邏輯架構(gòu)關(guān)系見圖1。

圖1 平臺(tái)邏輯架構(gòu)關(guān)系

a)水利模型管理服務(wù)平臺(tái)。作為模型層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層的對(duì)接平臺(tái)，完成模型管理、模型服務(wù)、模型裝配、模型運(yùn)營、模型計(jì)算管理、模型調(diào)用安全管理等核心業(yè)務(wù)功能。

b)應(yīng)用系統(tǒng)層。包含“四預(yù)”要建設(shè)的防洪抗旱“四預(yù)”、水資源管理等系統(tǒng)。平臺(tái)為應(yīng)用系統(tǒng)層提供模型調(diào)用服務(wù)，包括來水預(yù)報(bào)、水庫調(diào)度、洪水演進(jìn)等。

c)模型層。模型層包括水文模型、調(diào)度模型、洪水淹沒模型等。模型平臺(tái)需要對(duì)上述模型進(jìn)行統(tǒng)籌管理、調(diào)用與監(jiān)控。

d)數(shù)據(jù)層。位于數(shù)字孿生流域數(shù)據(jù)底板中，為平臺(tái)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，包含模型的配置參數(shù)、模型管理數(shù)據(jù)、方案信息、計(jì)算結(jié)果等數(shù)據(jù)。

1.2 功能設(shè)計(jì)

a)模型管理。實(shí)現(xiàn)水利模型上傳、下載、參數(shù)編輯等功能，并注冊(cè)到模型管理平臺(tái)供調(diào)用；將模型的初始化服務(wù)、啟動(dòng)計(jì)算服務(wù)、輸出結(jié)果等服務(wù)進(jìn)行查詢顯示并進(jìn)行調(diào)用測(cè)試；對(duì)模型版本、模型信息、模型數(shù)據(jù)等進(jìn)行版本迭代管理，按照用戶權(quán)限，分級(jí)別查看注冊(cè)到模型管理平臺(tái)的模型信息，實(shí)現(xiàn)模型長(zhǎng)效更新維護(hù)。

b)模型服務(wù)。利用Web服務(wù)架構(gòu)技術(shù)和規(guī)范的參數(shù)交換格式，對(duì)模型接口進(jìn)行Web服務(wù)封裝及發(fā)布，實(shí)現(xiàn)快捷、方便的模型共享調(diào)用，解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)煙囪式開發(fā)造成的模型重復(fù)集成、難以共享使用等問題。

c)模型裝配。通過圖形可視化方式，利用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化的模型接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)多種模型靈活組合、替換，如將不同的洪水預(yù)報(bào)模型、河道演進(jìn)模型、洪水模擬模型，進(jìn)行邊界拓?fù)浣M合，形成新模型，完成洪水預(yù)報(bào)調(diào)度模擬。具體包括多模型在線組合、組合模型管理等內(nèi)容。

d)模型運(yùn)營。實(shí)時(shí)監(jiān)控各模型服務(wù)運(yùn)行情況，如服務(wù)器是否宕機(jī)，對(duì)模型計(jì)算服務(wù)是否可調(diào)用進(jìn)行智能判別反饋；對(duì)模型使用率、模型計(jì)算效率、模型穩(wěn)定性等進(jìn)行效果評(píng)估，為模型的持續(xù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)分析。

e)模型計(jì)算管理。計(jì)算管理模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算資源的管理和監(jiān)控，以及實(shí)現(xiàn)多模型、多方案的同步計(jì)算及監(jiān)控。并實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源服務(wù)器選擇算法，根據(jù)模型服務(wù)所部署的服務(wù)以及計(jì)算資源情況，對(duì)模型計(jì)算請(qǐng)求進(jìn)行路由，選擇相應(yīng)服務(wù)器進(jìn)行模型計(jì)算，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源最大化利用。

f)模型調(diào)用安全管理。通過向應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)放AccessKey，保障模型調(diào)用請(qǐng)求來源的合法性、安全性。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多種水利模型規(guī)范化集成

2.1.1模型集成

對(duì)水文模型、水庫調(diào)度模型、洪水淹沒模型等進(jìn)行集成研究。

a)水文模型。水文模型是對(duì)復(fù)雜水循環(huán)過程的抽象或概化，能夠模擬水循環(huán)過程的主要或大部分特征，可用于水文預(yù)報(bào)或水資源規(guī)劃與管理。研究集成新安江模型、馬斯京根模型。①新安江模型：分散性模型，依據(jù)降雨過程，模擬流域出口的流量過程，可用于濕潤地區(qū)與半濕潤地區(qū)的濕潤季節(jié)。②馬斯京根模型：利用水量平衡和簡(jiǎn)化的槽蓄方程，根據(jù)上下游斷面的上一時(shí)刻流量和上游斷面當(dāng)前時(shí)刻流量，來演算下游斷面流量。水文模型的集成過程為：通過對(duì)模型算法原理進(jìn)行分析，采用微服務(wù)對(duì)模型進(jìn)行開發(fā)、封裝，發(fā)布來水計(jì)算、河道演進(jìn)計(jì)算接口方法，提供所需要的接口參數(shù)說明，注冊(cè)至平臺(tái)進(jìn)行管理、調(diào)用。

b)水庫調(diào)度模型。水庫調(diào)度模型集成主要集成兩類算法：指令調(diào)度、自由溢流調(diào)度。①指令調(diào)度：固定泄量的調(diào)洪計(jì)算，只需要考慮泄洪設(shè)備的泄流能力約束，采用直接求解水量平衡方程方式進(jìn)行計(jì)算。②自由溢流：對(duì)于無閘門水庫而言，水位超過水庫的自由溢流高程，就將是自由溢流的泄流方式，水庫的泄流量等于該時(shí)刻的泄流能力，通過水量平衡方程進(jìn)行求解。水庫調(diào)度模型集成采用與水文模型一致的方式。

c)洪水淹沒模型。對(duì)珠科院HydroMPM、DHI MIKE FLOOD、珠江委設(shè)計(jì)公司洪水淹沒模型等進(jìn)行集成研究，集成框架見圖2。①珠科院HydroMPM模型：珠科院自主研發(fā)的洪水分析模型，是一套一維-二維耦合的水動(dòng)力模型體系，該軟件于2014年經(jīng)國家防總批準(zhǔn)進(jìn)入《重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目軟件名錄》。②DHI MIKE FLOOD模型：一款非常強(qiáng)大的洪水模擬工具，包括完整的一維及二維的洪水模擬引擎，從河流洪水到平原洪泛，從城市雨洪到污水管流，從海洋風(fēng)暴潮到堤壩決口，能夠模擬所有實(shí)際的洪水問題。③珠江委設(shè)計(jì)公司洪水淹沒模型：一套耦合調(diào)度、一維、二維水動(dòng)力的洪水淹沒模型，并對(duì)武宣縣城、潯江流域等進(jìn)行了建模，對(duì)地形的剖分采用四邊形格網(wǎng)方式，淹沒結(jié)果包括了網(wǎng)格頂點(diǎn)的水位、流速、流向等數(shù)據(jù)，采用文本文件方式進(jìn)行保存。

圖2 洪水淹沒模型集成框架

洪水淹沒模型集成工作大部分在模型適配器中進(jìn)行，該部分根據(jù)各模型的配置參數(shù)、輸入輸出數(shù)據(jù)形式不同，分別進(jìn)行模型解析及模型啟動(dòng)計(jì)算。針對(duì)不同模型實(shí)現(xiàn)方式不一(如Jar、EXE和DLL)問題，運(yùn)用多語言系統(tǒng)集成技術(shù)，具體為：以Java編程語言為主，利用進(jìn)程交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)與EXE形式的水利專業(yè)模型進(jìn)行交互；利用JNI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Java與其他編程語言(如C、C++、C#)實(shí)現(xiàn)的水利模型動(dòng)態(tài)庫交互調(diào)用，達(dá)到多模型的應(yīng)用集成計(jì)算。模型適配器調(diào)用統(tǒng)一的服務(wù)接口將模型參數(shù)、模型計(jì)算結(jié)果保持至標(biāo)準(zhǔn)的淹沒模型數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，模型計(jì)算服務(wù)將注冊(cè)至平臺(tái)進(jìn)行調(diào)用。

2.1.2服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化

a)接口形式規(guī)范。利用JSON數(shù)據(jù)格式進(jìn)行模型服務(wù)數(shù)據(jù)交互，JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，簡(jiǎn)潔和清晰的層次結(jié)構(gòu)使得成為理想的數(shù)據(jù)交換語言。同時(shí)，采用Rest架構(gòu)進(jìn)行服務(wù)發(fā)布，通過簡(jiǎn)單的http協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型服務(wù)訪問的方便快捷。

b)標(biāo)準(zhǔn)化流程。對(duì)水文模型、水庫調(diào)度、洪水淹沒模型服務(wù)接口定義進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，流程見圖3。①根據(jù)用戶需求、業(yè)務(wù)需求、應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，提出初步的模型標(biāo)準(zhǔn)化輸出接口；②初步接口提交給模型廠商、業(yè)務(wù)系統(tǒng)，征求修改意見；③模型廠商、業(yè)務(wù)系統(tǒng)根據(jù)自己需求，提出是否修改接口；④如模型廠商、業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)初步接口無修改意見，則形成初版的標(biāo)準(zhǔn)化輸出接口；⑤平臺(tái)方進(jìn)行初版標(biāo)準(zhǔn)化輸出接口實(shí)現(xiàn)，交由業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用；⑥用戶需求、業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求、模型需求變更，接口需要更新，則進(jìn)行接口修改并輸出，再次交由業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用測(cè)試；⑦經(jīng)過反復(fù)調(diào)用、需求變更進(jìn)行接口修改完善，形成最終版標(biāo)準(zhǔn)化輸出接口。

圖3 服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)化流程

2.2 水利模型計(jì)算的負(fù)載均衡

針對(duì)傳統(tǒng)水利模型應(yīng)用集成多采用單機(jī)部署，多用戶多模型多方案計(jì)算耗時(shí)較長(zhǎng)問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了模型計(jì)算服務(wù)多級(jí)分布式部署，結(jié)合Nginx反向代理技術(shù)，通過對(duì)計(jì)算資源的統(tǒng)一調(diào)配使用，有效減少了多方案計(jì)算時(shí)的等待時(shí)間，提升了用戶體驗(yàn)。模型計(jì)算多級(jí)分布式部署邏輯見圖4，采用中心節(jié)點(diǎn)組、模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)組兩級(jí)部署，兩級(jí)均可根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，支持多用戶、多模型、多方案的計(jì)算。

圖4 模型兩級(jí)部署

中心節(jié)點(diǎn)組包含多個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的模型服務(wù)接口，完成大部分業(yè)務(wù)功能以及各種模型的計(jì)算調(diào)度。并發(fā)訪問時(shí)，用戶請(qǐng)求通過Nginx代理，各計(jì)算請(qǐng)求被路由到資源負(fù)載較輕的中心節(jié)點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)控到的各模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況、按照所要計(jì)算的模型方案類型，將模型計(jì)算請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到各計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)用計(jì)算，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)組由不同模型計(jì)算服務(wù)節(jié)點(diǎn)組成，為模型計(jì)算請(qǐng)求提供計(jì)算支撐，一個(gè)水利專業(yè)模型可同時(shí)部署多個(gè)節(jié)點(diǎn)，提高模型計(jì)算時(shí)效性和穩(wěn)定性，如新安江模型產(chǎn)匯流、馬斯京根河道演進(jìn)、水庫調(diào)度、水動(dòng)力模型洪水模擬等多計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

多模型的耦合計(jì)算采用編排服務(wù)鏈、分布式計(jì)算來進(jìn)行。針對(duì)流域大尺度預(yù)報(bào)調(diào)度計(jì)算，對(duì)水文模型、調(diào)度模型進(jìn)行并行計(jì)算模型節(jié)點(diǎn)拆分，例如水文分區(qū)產(chǎn)匯流、河段洪水演進(jìn)、水庫調(diào)度等計(jì)算節(jié)點(diǎn)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)計(jì)算拓?fù)潢P(guān)系，編排節(jié)點(diǎn)調(diào)用順序服務(wù)鏈，實(shí)現(xiàn)模型的并行計(jì)算。針對(duì)中小尺度計(jì)算密集型模型，建立與大尺度模型的邊界輸入輸出映射關(guān)系，快速應(yīng)用大尺度模型邊界計(jì)算成果，根據(jù)多用戶設(shè)定的針對(duì)不同模型不同方案的潰漫堤、蓄滯洪水等設(shè)置，快速路由到資源負(fù)載較輕的服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)用計(jì)算，利用分布式部署實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

2.3 水利模型數(shù)據(jù)的高效管理

針對(duì)水利模型數(shù)據(jù)形式多樣，包含模型建模過程、率定、參數(shù)、計(jì)算結(jié)果等，有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，現(xiàn)有對(duì)模型數(shù)據(jù)零散管理或無管理，造成模型資產(chǎn)無法得到有效利用問題，研究并采用了混合存儲(chǔ)方案。

對(duì)于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如水文分區(qū)、河段、水文分區(qū)參數(shù)、水文模型參數(shù)等數(shù)據(jù)，采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫MySQL進(jìn)行存儲(chǔ)。為防止單機(jī)數(shù)據(jù)庫部署導(dǎo)致的數(shù)據(jù)庫單點(diǎn)故障問題，利用MySQL集群技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)庫的分布式集群部署，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)故障切換，保證高可用性。

對(duì)于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如二維水動(dòng)力、一二維水動(dòng)力的模型網(wǎng)格、淹沒結(jié)果等，采用分布式文件數(shù)據(jù)庫MongoDB進(jìn)行存儲(chǔ)，利用MongoDB集群+分片部署技術(shù)，可為模型計(jì)算時(shí)提供高并發(fā)、高可靠、高吞吐率的數(shù)據(jù)存取支撐。

3 平臺(tái)應(yīng)用

3.1 軟硬件配置

平臺(tái)中心節(jié)點(diǎn)硬件配置為Intel Xeon 3204 6核處理器，內(nèi)存為32 GB；模型計(jì)算節(jié)點(diǎn)為Intel E5-2696 18核處理器，內(nèi)存為64 GB，顯卡為Tesla k80。支持Windows Server 2012版本以上Windows系列及Ubuntu 16.04以上Linux系列操作系統(tǒng)。

3.2 功能應(yīng)用

a)模型裝配。利用平臺(tái)模型裝配功能，進(jìn)行不同模型的快速組裝，完成業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)個(gè)性化模型計(jì)算需求構(gòu)建，以可視化方式直觀表達(dá)各模型的連接拓?fù)潢P(guān)系，為推動(dòng)模型的快速應(yīng)用提供保障(圖5)。

圖5 模型裝配拓?fù)?/p>

b)模型參數(shù)在線編輯。利用平臺(tái)模型管理功能，為不同模型參數(shù)版本管理、多方案計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析、遴選最優(yōu)模型參數(shù)提供支撐。解決以往應(yīng)用系統(tǒng)與模型深度綁定，參數(shù)難以更新的弊端(圖6)。

圖6 模型參數(shù)編輯應(yīng)用

c)模型計(jì)算監(jiān)控。利用平臺(tái)模型計(jì)算管理功能，實(shí)現(xiàn)模型計(jì)算資源的統(tǒng)一調(diào)配，對(duì)多模型多用戶多方案計(jì)算進(jìn)行監(jiān)控，為智慧水利、數(shù)字孿生流域進(jìn)行規(guī)?；哪Ｐ筒渴鹛峁┓桨?圖7)。

圖7 模型方案計(jì)算監(jiān)控應(yīng)用

d)模型服務(wù)提供?；谀Ｐ蛶?，利用模型裝配，將多水利模型裝配為功能更全面的組合模型以提供更豐富的模型計(jì)算服務(wù)，提高模型復(fù)用能力，同時(shí)，結(jié)合水利模型計(jì)算負(fù)載均衡、標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)快捷、方便的模型服務(wù)接口調(diào)用，降低了業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行模型集成的開發(fā)難度，提高開發(fā)效率。

3.3 模型調(diào)用效率對(duì)比

為驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行模型調(diào)用能有效減少耗時(shí)，選取擁有22個(gè)水文分區(qū)、18個(gè)河段、11宗水庫的萬泉河流域進(jìn)行來水預(yù)報(bào)計(jì)算，在同一數(shù)據(jù)條件下對(duì)傳統(tǒng)單機(jī)部署與本文平臺(tái)(3個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn))分別進(jìn)行100次模型調(diào)用，耗時(shí)對(duì)比關(guān)系見表1。從表中可知，本文平臺(tái)模型調(diào)用耗時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方式，原因在于平臺(tái)根據(jù)拓?fù)潢P(guān)系，將計(jì)算拆分為可并行計(jì)算的節(jié)點(diǎn)，通過編排服務(wù)鏈，使得各模型節(jié)點(diǎn)可路由到分布式服務(wù)器上并行計(jì)算及結(jié)果存儲(chǔ)，從而減少耗時(shí)。

表1 模型調(diào)用效率對(duì)比 單位：s

3.4 項(xiàng)目應(yīng)用

研究成果在珠江委，海南省、重慶市、吉林市等省市防汛主管部門進(jìn)行了項(xiàng)目應(yīng)用，對(duì)洪水預(yù)報(bào)、水庫調(diào)度、洪水動(dòng)態(tài)模擬等業(yè)務(wù)提供模型管理及計(jì)算服務(wù)。

a)珠江流域防汛抗旱會(huì)商。從2020年至今，平臺(tái)應(yīng)用于珠江委年度防洪演練，日常防汛會(huì)商，為珠江流域的防汛工作發(fā)揮了積極作用。利用統(tǒng)一的洪水模擬接口，快速接入潯江流域洪水淹沒HydroMPM模型，并在珠江防洪抗旱四預(yù)系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用，為多尺度預(yù)演“四預(yù)”過程提供了支撐。

圖8 珠江流域防汛抗旱模型計(jì)算支撐效果

b)海南防汛減災(zāi)。研究成果應(yīng)用于海南省水庫下游洪水動(dòng)態(tài)模擬與預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)、海南省2019年度山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)完善與指標(biāo)復(fù)核項(xiàng)目(五指山市)，集成了34個(gè)流域、86宗大中型水庫的來水預(yù)報(bào)、水庫調(diào)度、洪水模擬等模型，實(shí)現(xiàn)了多模型的組合及模型參數(shù)編輯，并提供來水預(yù)報(bào)、水庫調(diào)度、洪水模擬等計(jì)算服務(wù)，近幾年一直作為海南防汛、防臺(tái)預(yù)報(bào)預(yù)警的智慧使能支撐，有力保障了海南省防災(zāi)減災(zāi)工作科學(xué)高效開展。

圖9 海南水庫下游洪水淹沒模型計(jì)算支撐效果

4 結(jié)論

模型管理服務(wù)平臺(tái)向下管理統(tǒng)籌不同水利模型，向上提供Web業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)支撐功能。通過水利模型集成及服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)化，制定出滿足水文模型、調(diào)度模型、水動(dòng)力模型等模型調(diào)用的接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)同一類水利模型計(jì)算只調(diào)用一套計(jì)算服務(wù)接口，解決傳統(tǒng)水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)直接與模型建設(shè)方對(duì)接，流程復(fù)雜、溝通時(shí)間成本較高的弊端。通過水利模型計(jì)算的負(fù)載均衡、模型數(shù)據(jù)的高效管理，提升模型計(jì)算效率，在多用戶并發(fā)訪問時(shí)，提升用戶體驗(yàn)，解決傳統(tǒng)水利模型計(jì)算時(shí)計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)的問題。水利模型管理服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建，為統(tǒng)籌模型建設(shè)、規(guī)范模型服務(wù)、充分發(fā)揮模型服務(wù)支撐作用、提升應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)便捷度提供了一體化解決方案。