洪水风险实时分析与制图系统ppt课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,12/21/2016,#,洪水风险图实时分析系统,项目交流材料,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,汇报内容,1.,2.,3.,4.,5.,概述,关键技术,系统设计,系统实现,系统演示,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,本项目属于全国重点地区洪水风险图二期项目中的子课题之一。目的通过,实时洪水分析，实现对洪水的实时演进模拟，以实时地理空间表达的方式,描述某一时刻洪水的态势、洪水会如何行进，会造成什么样的影响。,相比传统的洪水风险图成果编制，系统具有动态、实时，即算即得。方案,可以实时进行参数调整，模拟洪水动态过程，实现洪水动态信息的表达。,背景,4,洪水风险图实时,分析系统,系统设计,设计思路,实时计算主要解决模型计算效率、以及实现实时空间表达为核心。,在解决方式上，我们主要采用分布式计算架构来实现。实时在线分布式,模型的实现主要考虑以下关键因素：,（1）计算效率。采用分布式结构，将计算效率高，算法复杂的模型,相关任务分配给高性能的计算服务器，从而提高运算效率。,（2）数据后置处理。前台因为采用B/S结构，自身计算能力有限，因,而数据在后台进行处理，进而传递到前台展现是本次项目对于分布式框,架的一个重要需求。,（3）数据传送效率。数据后置处理必然导致前端数据传送量的加大，,因而后台数据管理和数据处理技术也是本项目关键。,中国水利水电科学研究院,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,洪水风险图实时分析系统主要实现基于,Web,端实现。内容包括：,（,1,）根据,Web,端设置的水文测站的流量、溃坝位置、溃口宽度等参,数传递到服务器端计算模型，进行在线洪水溃坝模拟。,（,2,）实现实时洪水风险实时方案的管理和导出。,（,3,）实现辅助制图功能。,功能概述,洪水风险图实时,分析系统,系统设计,设计思路,系,统,架,构,图,洪水风险模拟模型软件,基于,Flash,的洪水风险实时展示软件,中国水利水电科学研究院,逐小时格网数据地理处理软件,数,据,访,问,接,口,方案数据,格网数据,河道数据,溃口数据,调度启用,溃口位置,模型参数设置,设置启用,参数,逐小时计算,参数保存,逐小时计算,数据信息入库,读取计算参数,Web,Service,数据服务软件,数据状态,数据请求,轮询,7,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,系统设计,设计思路,网,络,部,署,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,统计检索,组件,实时方案管理组件,专题制图,组件,Web,Service,中间层,用户UI接口,洪水风险实时分析与制图系统,基础数据,管理组件,模型接口组件,模型计算处理平台,(模型计算及逐小时处理系统),模型计算,管理组件,数据服务组件,数据引擎,(Oracle),模型参数,管理组件,方案,数据,格网,数据,风险,图专,题,模型,参数,模型,数据,系统设计,设计思路,客户层,用户1,用户1,管理员,基础层,服务层,平台层,业务逻,辑层,系,统,组,织,洪水风险图实时,分析系统,系统设计,关键技术,从分布式计算角度来考虑模型效率的提高并实现,采用分布式计算的方法来考虑系统设计。方法包括：程序自身的并行,算法设计，以及为将来建立基于格网分裂和水动力平衡基础上的并行调度,管理。对于算法效率提高还有进一步方法包括逐步引入基于消息队列集群,计算体系的构建。,创新逐小时数据地理处理技术,项目自主设计一套数据地理空间处理技术，基于流行地理开源库,GDAL,实现数据快速处理。主要实现对计算后格网结构进行空间地理表达，形成,地理表达和模型输出的同步。,实现基于进程间隔离的模型调度,本次项目通过设置进程独立隔离机制，实现简单模型隔离的任务调度，,实现并行请求计算任务。,中国水利水电科学研究院,Web,Serivce,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,逐,小,时,格,网,数,据,地,理,处,理,软,件,数,据,服,务,软,件,洪,水,风,险,实,时,展,示,软,件,系统实现,-,系统组成,洪水风险图查询分析应用系统,洪,水,风,险,模,拟,模,型,软,件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,系统实现,系统特点：,模型模拟的计算任务由后台服务器调度和处理，逐小时网格数据,处理也有后台服务器处理成前台可以方便调用的格式，使得复杂性和,前台得到很好的分离。,前台主要以动态展现、对比分析、方案管理以及导出等为主。做,到功能精简、操作方便。,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,系统实现,功能特点：,（,1,）前后台逐级联动。包括实时计算请求、任务调度、计算结果处,理、计算结果回传显示。,（,2,）前台模拟实现了双缓冲机制，显示效率更加符合要求，处理更,加平滑。,（,3,）前台二维和一维断面实现同步查看。,（,4,）以实时洪水模拟方案对系统数据进行管理,。,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,洪水风险模拟模型软件,一维河网模拟模式：可用于单一河道或者复杂河道水流模拟，可,处理恒定流与非恒定流，可模拟水闸调度影响。支持三种边界类型：,流量型，水位型，及流量水位关系型边界条件。模型可输出水深、水,位、流量、流速、过水面积等信息。,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,一维河道模块,二维溃坝模块,耦合模块,A:观测站,B:观测站,R:河道,泄洪口,泄洪区,洪水风险模拟模型软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,模型介绍：一维河网模块,应用对象：,内河，河网模拟,基本方程：,圣维南方程组,数值方法：,Preissmann,隐式差分格式离散方程，给出上下游断面,水位、流量关系,汊点连接条件：,汊点各个断面流量总和为零,边界条件：,流量型，水位型，流量水位关系型,拓展功能：,可模拟水闸调度行为,输出数据：,各断面水位，流量，流速信息,洪水风险图实时,分析系统,应用对象：,溃坝决堤洪水演进,基本方程：,二维守恒格式的浅水方程,数值方法：,有限体积法求解，非结构三角网格离散计算域，一阶或二,阶精度构造格边中心守恒量，Roe格式构造格边通量，半隐式格式处,理摩阻项，时间步长固定或受柯朗数控制,边界条件：,通量型，水位型，入流速度型，固壁型。,模型优点：,非结构网格模拟复杂区域，倾斜底面处理变化地形，最新,重构方法捕捉动态干湿界面，底坡源项分类处理，仅计算淹没网格，,提升计算速度。,输出数据：,洪水淹没演进情况，包括淹没面积、水深、流速、洪峰等,的时空演化。,中国水利水电科学研究院,模型介绍：二维洪水溃坝模块,二维模型,一,维,模,型,17,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,模型介绍：一二维耦合模块,连接方式：,上下游型连接，堤防型连接。,连接细节：,上下游型连接指一维河道模型与二维淹没区入口处的水位流量相,同。堤防型连接可采用两种方式，一维河道模型提供水位流速，由黎曼求解,器给出二维模型入口通量；或河道模型提供水位，宽顶堰流公式计算流量。,输出数据：,每一时刻进入二维模型的流量以及总进水量。,断面,i,-1,断面,i,+1,左岸,河道,右岸,可能淹没区域边界,一,二维联解界面,断面,i,一,二维联解界面,可能淹没区域边界,18,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,模型实现,可支持达到50万个网格计算能力,模型计算能力：30分钟能计算模拟120小时的洪水溃坝过程,以试点区域松花江北岸左岸洪水风险评价模拟来看：,1）格网数量共计11735个格网。格网为300米和150米。,2）30分钟能模拟大约240小时洪水发生过程。模型计算能力取决于某,个时刻计算参与的网格数量。,3）小时间隔计算结果满足实时展现要求。,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,试点区域情况,-,所在区域,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,试点区域情况,-,断面位置,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,试点区域情况,-,格网剖分,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,试点区域情况,-DEM,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,中国水科院采用,com+,方式，通过扩展,arcmap,，开发一套内,嵌于,arcmap,的模型前置基础资料处理软件，将建模资料收集、,准备实现了自动化管理，大大加快的河网模拟基础资料准备和,模型基础资料构建。,基础资料处理,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,基础资料处理,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,逐小时格网地理空间处理软件,主要解决的问题：,1,）快速处理,2,）洪水过程合理表达,3,）并行化,4,）合理化存储,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,逐小时格网地理空间处理软件,模型准备阶段。采用模板方式,对将模型运算进行重构,参数准备，将参数以模型方式,进行传递，模型初始化,启动模型,模型初始化,T=0,进行T时刻的洪水反演,T=T+1,T达计算时长,洪水模拟过程,空间信息初始化,T=0,T时刻数据是否到达,数据矢量处理,数据栅格化处理,T=T+1,T达计算时长,数据地理空间处理过程,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,插值效果比对,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,插值效果比对,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,插值效果比对,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,模型和地理格网空间处理软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,导入到洪水风险图管理系统中-专题图,逐小时格网地理空间处理软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,洪水到达专题图,逐小时格网地理空间处理软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,带流场的水深实时方案专题图,逐小时格网地理空间处理软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,基于Web,Service的数据服务中间件软件,目标和内容：,1,、实现从计算后台到前端的传递,2,、实现数据封装和压缩,3,、进行模型参数设置,4,、和风险图管理系统进行接口,5,、实现和其他系统的交互需求,方案管理,导出服务,模型参数管理,查询检索,调度管理,模型管理,计算结果管理,空间数据管理,日志管理,WebService,数据服务软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,Web,Serivce,数据服务中间软件,基于,Flash,的洪水风险查询分析应用系统,数,据,访,问,接,口,方案数据,格网数据,河道数据,溃口数据,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,目标和内容：,1,、洪水实时模拟的展示,2,、简单易用的洪水模拟参数录入界面，复杂参数隐藏于后台计算配置中。,3,、实时洪水数据检索、导出,4,、轻量化,基于Flex的洪水风险实时展示软件,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,基于Flex的洪水风险实时展示软件,方案管理：,即实时洪水在线即时,模拟。通过对不溃口位置,的和水量边界条件实现方,案的管理。,洪水风险图实时,分析系统,中国水利水电科学研究院,效率提升。引入,GPU,实时并行计算。计算效率在,GPU,的支持下提供,510,倍。,轻量级前端展示。前端采用,HTML,5,方式来实现。抛弃,flex,重客户端。,引入调度管理，实现大数据访问方式下模型分配和调度。,后续系统扩展,