黑河水资源决策支持系统开发进展.ppt

2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 黑河水资源决策支持系统开发进展 南卓铜 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 DSS背景 水资源是制约黑河流域当地社会经济的最主要因素 黑河流域已经开展了很多相关的研究 积累了很多数据 开发了一些水资源管理和评价模型但 生产部门现有管理模型大多基于统计 移植性差 对无数据地区无法精确模拟 科研模型追求精确地表达水文物理过程和对机制的了解 而在易用性和实用性上有欠缺 很难得到管理群体的认可和接受 科研模型与水管部门存在需求脱节 需要借助现代的信息系统技术 GIS 为科研模型和水管部门间架设桥梁 国外已经有一些商用软件 如WMS 但特定于国外的数据环境 不能简单移植国内 特别是针对干旱区内陆河流域 这方面还是空白 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 DSS在黑河模型集成项目中的位置 DSS集成水文模型和社会经济 生态模型 是 水文模型组 和 生态经济组 的最终成果展示手段之一DSS集成 数据与参数化组 优化算法及相关数据处理工具DSS从 信息系统组 获取模型运行所需要的数据DSS可以从 建模环境组 借鉴一些思想 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 项目目标 建立一个有自主产权的黑河水资源决策支持系统稳定可用的计算机系统集成GIS 水文水资源 社会经济等模型 优化算法 专家知识于一体的DSS 定位于科研人员和黑河水资源管理人员集成SWAT集成及其在黑河流域的改进制备数据集发表论文 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 建成一个类似于WMS的系统 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 目前进展 完成系统需求分析 完成功能设计和逻辑设计 确定系统开发思路 基于插件机制的模型库设计 完成系统模型 线性规划模型的开发 完成水文系统模型GUI的开发 正在开发线性规划模型的GUI 其核心是在GLPK4 7的基础上改进正在进行系统主框架的搭建 基于TerraLib的具有GIS功能的主框架SWAT 专家知识 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 需求分析 用户群定位于黑河水资源管理人员和相关科研人员由此提出的DSS目标是 为黑河流域水资源管理和科研工作提供快速 有效的决策支持和科研工作平台因此 本DSS必须具备如下特性Simple 面向非技术人员 必须简单易用Expandable 由于模型不可能一下子集成完毕 必须设计良好的接口 具备很好的扩展性 plugin Impressive所有的输入输出均以可视化模块提供 甚至以地图 电影 时序地图 的方式呈现给用户 GIS Powerful 具有从拿到原始数据到应用水文模型一系列过程中的全部或绝大部分功能Integrated 需要高度紧密集成 而不是以前的松散集成Fast 考虑到空间数据一般都很大 模型运算一般属计算密集型 占CPU资源大 因此对建成后的系统必须做优化General 通用 在不同流域间很少或不必做任何修改Distributed 分布式是目前计算机软件发展的趋势Simple Expandable Impressive是本阶段要做的目标 后4个是长期的目标 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 进展 功能设计 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 拟包括进系统的模型及算法 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 选择集成模型和算法的原则 国际流行的大型水文模型 SWAT 具备数据基础且有使用经验的模型优先选取有计算机代码的具有应用价值的水文 社会经济 生态模型选取具有源代码的优化算法或数据处理工具以SWAT为核心 辅以其它水文 经济 生态模型及算法工具 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 结构视图 在逻辑上 DSS GIS 模型 Expertise在结构上DSS包括三部分 即预处理 模型和工具 后处理 前处理主要是负责数据的集成和管理 导入 转换等 以及模型所需参数的自动生成 模型和工具包括修改后的SWAT和水资源管理模型 和用于这些模型的辅助工具 后处理是指将模型结果以报表 地图或其它可视化的手段提供给用户 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 进展 结构视图 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 进展 开发思路 经过反复比较 尝试 拟采用下面开发思路主框架实现最小的功能 GIS 模型通过插件方式 plug in 加载 公开接口API工具 优化算法 通过插件方式加载 公开接口API专家知识 采用传统的在线帮助系统 MSAgent的方式借鉴国外成功同类软件如WMS BASINS 尽量使用现成的组件 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 进展 开发思路 GIS采用TerraLib源码 一部分自行开发插件机制采用免费的SPL 实现线程安全的插件GUI采用免费的QT 在Linux Unix下免费 Windows下需付费 使用起来很方便基于XML的配置管理基本编程语言C Visualc 7 0 QtDesigner 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 基于插件的模型库 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 应用程序中的实现流程 寻找Plug Ins装载 验证有效性在主界面上显示 菜单 对话框等 实现插件的功能安全卸载 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 基于SPL插件框架 example hh sysmodel plugin h include spl h ifSPL PLATFORM SPL PLATFORM WIN32 include endifSPL DEFINE PLUGIN EXPORTS SPL DEFINE PLUGIN INFO 1 1 0 1 versiontrue showargumentstopublic plSysModel plugin sname RsLab CAREERI CAS author Ageneralhydrologicalsystemmodel description author NanZT ZhaoYB additionalinfo website giscn supportemail HHSYSMODEL UUID 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 hh sysmodel plugin cpp include hh sysmodel plugin h SPL DEFINE PLUGIN DLLMAIN SPL IMPLEMENT PLUGIN GETINFO SPL PLUGIN APIboolSPL INIT NAME CODE slcPluginArgs a pPluginArgs inithere SPL PLUGIN APIboolSPL RUN NAME CODE slcPluginArgs a pPluginArgs runcodes SPL PLUGIN APIboolSPL SHUTDOWN NAME CODE slcPluginArgs a pPluginArgs cleanwhenclosing 基于SPL插件框架 example 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 模型开发进展 完成水文系统模型的核心DLL开发在GLPK线性规划包的基础上进行了二次开发 实现符合要求黑河DSS要求的DLL制备了水文系统模型传统的DLL和 net的assembly正在开发水文系统模型和线性规划模型的GUI界面 水文系统模型 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 水文系统模型的启动界面 正在开发中 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 水文系统模型 功能支持传播时间的设置支持记忆长度的优选支持参数的在线识别支持x3储水变量模式API文档 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 线性规划模型 解决线性规划 整数混合线性规划 MixedIntegrerProgramming MIP 支持以下算法1 单纯形法 simplexmethod 2 内点算法 primal dualinteriorpointmethod 3 分枝界限法 branch and boundmethod 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 系统主框架 基于TerraLibGIS功能的系统主框架 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 SWAT的进展 应用黑河流域已有数据 对黑河上游进行了模拟整理并补充了SWAT数据集正在进行SWAT与DSS的集成工作界面GUI的编写 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 SWAT输入的空间数据 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 莺落峡站月均流量模拟结果 扎马什克站月均流量模拟结果 祁连站月均流量模拟结果 2019 12 27 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所遥感和地理信息科学研究室 专家知识在系统的集成 专家知识也应该是DSS的核心1 帮助决策者从诸多模型中选取合适的模型2 帮助决策者顺利运行模型 解决每个参数的合理取值问题 3 帮助决策者分析模型运行结果的可靠性4 集成一些法规文档 决策者在进行决策的时候 可以对比分析 自己的决策结果是否符合当地或国家 国际上