基于Repast的水库调度仿真设计与实现——以云南省曲靖市东山镇为例

合集下载

大连理工大学科技成果——基于WEBGIS的水库(群)洪水预报调度综合自动化系统软件

大连理工大学科技成果——基于WEBGIS的水库（群）洪水预报调度综合自动化系统软件一、产品和技术简介：该软件把水库原有孤立的子系统（水文自动测报子系统、洪水预报调度子系统、大坝安全监测自动化子系统、地下水监测自动化子系统、工业视频监视子系统、闸门集中控制子系统、微波通信子系统、浸没自动观测子系统等）有机合理地组织起来，从信息采集、传输、储存和处理、预测预报、评估到决策调度有机构成调度层的管理决策支持系统，最大限度的发挥已有子系统的作用，从而实现水库的数字化、信息化和现代化。

系统以“规范、先进、可靠、易用、集成、开放、实用、完备”和“结构化、模块化、标准化”为建设原则，以WEBGIS为基础平台，采用B/S三层架构。

客户端全部使用浏览器，所有应用服务软件和数据全部放在服务器端，服务器端系统采用多层分布应用模式，实现应用控制、业务逻辑、数据存取相分离的架构方案，为用户提供可伸缩、易访问、易管理的方法。

系统采用SOA的架构思想，应用间是松耦合的、事件驱动的，数据交换标准采用XML，软件接口采用Web Service技术。

系统采用开放的、基于J2EE标准的设计方案，提供强大的服务器端Java技术支持，保证应用系统的跨平台要求，支持Unix、Linux、Windows等多种操作系统。

系统在满足全局性与整体性要求的同时，能够适应三维仿真和虚拟现实等未来技术发展和需求的变化，使系统能够可持续发展。

该软件系统已经应用于辽河干流的石佛寺水库，其鲁棒性、实用性在2010实际大洪水中已经得到很好的检验。

二、应用范围：单库、库群、流域/地区/省级的综合决策支持系统。

生产条件：已建立了水雨工情等信息采集系统的水库（群）、流域、地区/省级防汛部门。

三、规模与投资：单库洪水预报调度综合自动化系统软件投资约80-100万元，库群/流域综合决策支持系统投资约150万元左右，地区/省级综合决策支持系统投资约500万元左右。

成本估算：单库洪水预报调度综合自动化系统软件在80-100万元。

基于MAPSO算法的水库优化调度与仿真

３浙江工业大学信息工程学院，州３（ｌ；４浙江水利水电专科学校电气工程系，杭州３０ｌ）．杭ｌ（４．）】１０８摘要：出改进的自适应粒子群优化算法（ＰＯ，引入种群熵判断粒子群优化算法（Ｓ）陷入局部最优，提ＭＡＳ）ＰＯ是否动态改变算法惯性权重，
维普资讯
第３４卷第１期２
Ｖ．ｏ１３４
・
计
算
机
工
程 Байду номын сангаас
２０年６０８月
Ｊｎ０８ｕｅ２０
Ｎｏ．２１
ＣｏｐｕｔｒＥｎｇｎｅｒｎｇｍｅｉｅｉ
人工智能及识别技术・
文章编号：１３２（０）＿ｏ８—００＿４８０８２＿９３０２１１
Ｔｉｈｕ３７０；．ｃｏｌｆｎｏｍａｏＥｇｎｅｎ，ｈｊｎａｏ１００３ＳｈｏＩｆｒｔｎｎｉｅｒｇＺｅｉｇＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＨａｇｈｕ３０１；ｚｏｉｉａｉｅｓｙｏＴｃｎｌｇ，ｎｚｏ１０４ｔ４ＤｐｒｎｆｌｃｉｎｉｅｒｇＺｅｉｎｏｌｇｆｔｒｎｅｖｎｙａｄＨｙｒｐｗｅ，ｎｚｏ１０８．ｅａｔｔＥｅｔｃＥｇｎｅｉ，ｈｊｇＣｌｅｏＷａｅｓｒａｃｎｄｏｏｒＨａｇｈｕ３０１）ｍｅｏｒｎａｅＣｏ［ｓａｔｈｓａｅｒｐｓｓｄｆｄＡｄｐｉｅＰｒｃｅＳｒＯｔｚｔｎＭＡＳ．ｔｎｒｄｃｓｏｕａｉｎｅｔｐｄｅｗｈｔｅｔｅＡｂｔｃ］ＴｉｐｐｒｏｏｅｒｐＭｏｉｅａｔａｉｗａｍｐｉａｏ（ＰＯ）ＩｉｔｕｅｐｌｔｎｒｙｔｊｇｅｈｒｈｉｖｔｌｍｉｉｏｐｏｏＯｕ

水库远程调度管理仿真系统研究与构建

ａｅｒａｏａｌａｄｆａｉｌ，ｈｏａｉｎｏｅｅｖｉｃｎｅｉａｃｉｇｓｔｎｃｎｎｔｓｂｅｔｔｅｉｎａｄｄｓｎｅｌｔｒｅｓｎｂｅｎｅｓｅｔｅｌｔｆｒｓｒｏｒｅｔｒｄｓｔｈｎｔｉａｏｕｊｃｏｒｇｏｎｉａｃｉ．ｂｃｏｐａｏｔｍｉ
摘
要：以ＧＳ网络的ＧＲＭＰＳ无线通信和计算机技术为基础，构建了一种中小型水库远程调度管理系统的设计方案，并就平板闸
门控制模型建立提出了一种有效合理的方法。仿真实验的结果表明，系统方案和闸ｔ．－模型是合理的和可行的，ｑ／＊￣，ｌ水库中心调
度站的选址可基本不受地域和距离的限制，且传输数据的实时性好、准确性高，可进一步提高管理部ｆ的管理水平和应急反应能力。１关键词：ＰＳＧＲ无线通信；水库；远程调度；平板闸ｆ；制模型］控
ＤＯ：０３７／ｉｎ１０ —３１０１１．６文学编：０２８３（０１１－２６０文献标ｉ码：中ｌ分类：Ｐ９Ｉ１．７８．ｓ．０２８３．１．０３ｊｓ２９１０ —３１２１）９０２．４｝Ａｌ譬１Ｔ３１
ｔｅｄｔｔａｓｓｉｎｓｔｍｅｙｎｃｕａｅａｄａｆｒｅｍｐｏｅｈａａｒｎｍｉｓｏｉｉｌａｄａｃｒｔ，ｎｃｎｕｔｒｉｒｖｍａａｅｎｌｖｌｎｍｅｇｎｙｅｐｎｅｂｌｙｏｒｈｎｇｍｅｔｅｅａｄｅｒｅｃｒｓｏｓａｉｔｆｉｔｅｍａａｅｎｅａｔｎ．ｈｎｇｍｅｔｄｐｒｍｅｔＫｅｙｗｏｄ：ＧＰｒｌｓｏｒｓＲＳｗｉｅｓｃｍｍｕｉａｉｎｒｓｒｏｒｒｍｏｅｏｅａｉｎ；ｕｋｅｄｇｔ：ｏｔｏｍｏｅｅｎｃｔ；ｅｅｖｉ；ｅｔｐｒｔｏｏｂｌｈａａｅｃｎｒｌｄＩ

基于3D GIS的水库群联合调度多尺度模拟仿真研究

第52卷第2期2021年2月㊀㊀人㊀民㊀长㊀江Yangtze㊀River㊀㊀Vol.52,No.2Feb.,2021收稿日期:2020-03-19基金项目:国家重点研发计划资助项目(2017YFC1501206,2017YFC1502601)作者简介:刘成堃,男,工程师,硕士,主要从事空间数据集成㊁分析与应用方面的研究工作㊂E -mail :liuchengkun@㊀㊀文章编号:1001-4179(2021)02-0212-05基于3D GIS 的水库群联合调度多尺度模拟仿真研究刘成堃1,2,3,马㊀瑞1,2,3,邱㊀鑫1,2,3,柳㊀嘉1,2,3,喻㊀杉1(1.长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北武汉430010;㊀ 2.长江空间信息技术工程有限公司(武汉),湖北武汉430010;㊀ 3.湖北省水利信息感知与大数据工程技术研究中心,湖北武汉430010)摘要:为满足防洪调度过程的多尺度模拟仿真需求,总结了现有的防洪调度可视化手段,研究了在3D GIS 场景中对降雨和洪水组成㊁水库拦蓄㊁库区淹没㊁中下游河道演进㊁蓄滞洪区分洪等调度过程进行多尺度模拟仿真的方法,形成了一套适用于水库群联合调度过程三维动态推演的程序框架㊂以1954年长江流域典型洪水为例,在该程序框架下,从宏观㊁中观㊁微观多尺度模拟了典型洪水在现有防洪工况下的调度过程㊂结果表明:基于3D GIS 的多尺度模拟仿真方法不仅能清晰呈现防洪调度的总体概况,还可真实模拟局部区域的防洪调度形势和成效,更加直观动态地反映水库群联合调度全过程㊂关㊀键㊀词:联合调度;水库群;3D GIS ;多尺度模拟仿真;动态可视化中图法分类号:P208㊀㊀㊀文献标志码:ADOI :10.16232/ki.1001-4179.2021.02.037㊀㊀随着防洪建设的不断完善,长江中下游已基本形成了以堤防为基础㊁三峡工程为骨干,其他干支流水库㊁蓄滞洪区㊁河道整治工程及防洪非工程措施相配套的综合防洪体系,防洪能力显著提高[1]㊂然而,近年来极端或异常天气不断出现,洪涝灾害出现频次不断增加,受灾范围不断扩大,长江中下游河道安全泄量与长江洪水峰高量大的矛盾愈发突出[2-3]㊂为有效减少灾害损失,充分发挥现有防洪工程的作用,亟需利用科学数据建立模型对洪水演进过程模拟,提前采取必要的防洪调度手段进行灾情预防和控制㊂要解决洪水灾害模拟和防洪调度过程中的复杂问题,需整合多渠道㊁多途径数据源及各类防洪信息,并利用多尺度㊁多维度㊁多层次的表达能力来建立洪灾数字化模型,模拟推演洪灾变化情况[4-6]㊂而地理信息系统(GIS)技术的出现为这些信息的集成和表达提供了新的途径,GIS 将可视化地图与地理分析功能与数据库操作集成在一起,支持空间查询和空间分析,提供基于地理对象的新技术,在计算机软㊁硬件支持下,对时空信息进行分析㊁管理和应用㊂GIS 技术在水利领域应用广泛,其最初主要运用于水利工程的信息化管理,后逐渐开始与水文水资源管理㊁灾害监测㊁风险评估等业务相结合,提供技术支撑[7-9]㊂近年来,研究者逐渐开展GIS 在防洪调度管理中的应用研究㊂对于单一防洪工程设施的调度过程数字化模拟,已有的研究大多建立局部区域的三维模型,利用传统3D GIS㊁游戏引擎等技术开发调度模拟系统,实现精细化仿真㊂例如,周学龙等[10]利用三维电子沙盘,开发了奉化亭下水库三维防洪调度仿真系统;方卫民等[11]针对北京市再生水灌区,基于商业3D GIS 软件开发了河道防洪模拟调度系统;王欣等[12]利用MIKE FLOOD 模拟溃坝后蓄滞洪区的洪水演进情况㊂随着防洪调度范围和尺度的扩大,特别是当涉及流域级别,以传统3D GIS㊁游戏引擎等为代表的三维技术在数据量承载㊁多尺度切换㊁流畅显示等方面遇到了一定的困难和瓶颈,研究者们大多采用2D GIS 建立专题地图,将防洪调度信息转换为二维地图符号进行可视化,并辅以统计图表作为补充㊂刘云等[13]开发了㊀第2期㊀㊀㊀刘成堃,等:基于3D GIS的水库群联合调度多尺度模拟仿真研究可接入MIKE模型的洪水调度平台,建立了洞庭湖洪水调度系统,为洪水调度决策提供参考;张俊等[14]基于2D GIS开发了汉江流域洪水预报调度系统;梁国华等[15]采用面向对象技术,设计并开发了基于Hibernate4层结构的辽河流域防洪调度系统㊂现有的研究在流域尺度往往采用2D GIS技术以地图符号描述宏观调度信息;对于较小范围的工程设施则广泛使用3D GIS场景进行精细化动态模拟㊂而随着近年来设备性能㊁空间信息采集能力㊁模拟仿真技术的提升,使3D GIS的数据承载能力不断增强,对多尺度防洪调度信息的集成管理具有了更强的可行性,并可兼具宏观展示和微观模拟的优势㊂鉴于此,本文基于3D GIS的联合调度多尺度模拟仿真方法,提出对水库群㊁库区㊁中下游河道㊁蓄滞洪区等要素进行多尺度模拟仿真的具体手段,并基于开源三维图形学引擎,针对防洪调度模拟的特点开发形成了一套3D GIS集成框架,对1954年典型洪水过程进行宏观㊁中观㊁微观相结合的多尺度模拟仿真㊂1㊀水库群联合调度多尺度模拟表达方法1.1㊀联合调度工程要素及其传统表达方法防洪调度工程主要为水库和蓄滞洪区,而随着防汛抗旱综合体系日趋完善,排涝泵站㊁排洪涵闸数量和体量越来越大,对干流流量的影响已经不容忽视㊂近年来,具备报汛条件和相关措施的大型重点泵站㊁涵闸㊁引调水工程也被纳入到综合调度中㊂传统的防洪调度可视化手段主要以2D GIS结合统计图表为主,在宏观尺度使用专题地图标注描述防洪调度概况;对于微观细节,则只能通过统计图表进行补充,如通过监测水位㊁流量㊁拦蓄洪量等指标变化来反映工程设施的运用情况,通过重点河段㊁重要控制性水文站的水位调节变化来体现联合调度的成效㊂传统方法在观察特定设施的调度结果时,难以形成对全局防洪形势的认知,过于抽象且不够直观,因此需要研究更加高效的可视化方法㊂1.2㊀3D GIS场景下的多尺度表达方法3D GIS能利用多源数据融合技术,集成多类数据源,构建统一的虚拟场景,无缝地在宏观㊁中观和微观尺度间进行漫游和切换㊂借助3D GIS的优势,联合调度工程要素可在虚拟场景中从多尺度以更加动态直观的方式展现㊂表1列出了3D GIS场景中水库群联合调度工程要素的内容㊁所依赖的时序数据和具体的多尺度模拟仿真方法,主要以降雨和洪水组成㊁水库拦蓄㊁库区淹没㊁河道洪水演进㊁蓄滞洪区分洪这5类事件为例,提出了多尺度的可视化方法㊂由表1可知:在宏观尺度下主要关注降雨㊁洪水组成㊁重要水库和测站信息等,以图标闪烁㊁要素高亮㊁重点信息标注等形式呈现概况;在中观尺度下主要关注特定区域的工程设施组合,如库区或河段断面组㊁蓄滞洪区群等,以分级设色㊁闪烁预警等方式体现风险级别和损失;在微观尺度下主要关注局部区域细节,以水体扩散㊁水位涨落㊁要素叠加等三维效果来展示淹没情况㊂表1㊀3D GIS场景下水库调度模拟仿真内容㊁数据和尺度说明Tab.1㊀Description on reservoir flood regulation simulationbased on3D GIS:content,data and scale模拟仿真内容依赖的调度过程时序数据模拟仿真尺度和具体方法降雨和洪水组成降雨㊁梯级洪水组成宏观(降雨图标展示㊁主要来水水系高亮)水库拦蓄各水库水位流量㊁拦蓄洪量宏观(水库图标颜色变化展示剩余防洪库容)㊁微观(水库三维模型展示和上下游水位三维模拟仿真)库区淹没库区断面水位中观(库区断面水位超警颜色高亮)㊁微观(库区土地淹没三维模拟)河道洪水演进河道一维水动力学计算成果㊁水文控制站水位流量宏观(河道线着色预警)㊁中观(河道面洪水演进及超警戒㊁保证水位的色值模拟)㊁微观(河道水宽度㊁流速变化的三维模拟)蓄滞洪区分洪蓄滞洪区二维水动力计算成果中观(蓄滞洪区运用分布概况)㊁微观(蓄滞洪区分洪洪水淹没演进)1.3㊀多尺度模拟效果的评判标准为保证3D GIS场景下防洪调度多尺度模拟的效果,本文总结归纳了调度模拟的4个评判标准:流畅性㊁专业性㊁直观性㊁真实准确性㊂(1)流畅性要求建立的3D GIS场景能在多层级间无缝切换和快速加载,确保系统的性能; (2)专业性要求集成的各类要素符合防洪调度专业准则,且地图的符号化兼容传统2D GIS的显示规范,使决策分析人员快速适应新的系统环境; (3)直观性要求场景在多尺度切换时,根据场景范围和视点内的设施情况,智能加载相应的业务统计图表,使决策者快速直观了解所需信息; (4)真实准确性要求在3D GIS微观视角下,集成的数据具有较高精度,使河道水位㊁土地淹没等指标能以真实的三维效果呈现,准确模拟洪水风险情况㊂为满足上述防洪调度模拟标准,构建基于3D GIS 的调度模拟系统,文章后续部分将对系统构建㊁数据集成㊁模拟分析等内容进行阐述㊂2㊀基于3D GIS的水库群联合调度系统2.1㊀3D GIS选型与基础场景构建随着3D GIS技术的快速发展,市场上出现了大量商业3D GIS平台,但受接口限制,难以灵活对防洪调度过程进行表达㊂因此,本文拟选用开源图形开发包312㊀㊀人㊀民㊀长㊀江2021年㊀Open Scene Graph(OSG)进行联合调度模拟的设计与开发㊂OSG面向虚拟现实㊁科学计算可视化等高性能图形应用,基于场景图的概念,提供一个在OpenGL之上的面向对象框架,把开发者从实现和优化底层图形的调用中解脱出来㊂通过对OSG的研究和进一步封装㊁优化,开发了数据预处理工具㊁数据存储管理工具㊁数据集成浏览工具等一系列工具软件㊂利用这套完整的工具软件,对多源数据进行处理和集成可形成多尺度3D GIS场景,支撑水库群联合调度的模拟仿真应用㊂构建3D GIS场景的多源数据集成配置过程如图1所示㊂为兼顾数据量和模拟仿真效果,针对宏观尺度选取了低精度DEM和影像作为基础底图,针对局部微观细节增补高精度DEM和影像㊁水库和建筑三维模型㊁重点区域倾斜摄影等,并集成多层级专题矢量以丰富信息展示㊂对多源数据分别利用地形切片工具㊁模型轻量化工具㊁倾斜摄影瓦片处理工具㊁符号化配置发布工具进行预处理,处理成果存储入库后,即可在集成配置程序中进行坐标偏移㊁水面特效添加㊁地形夸张等配置优化,最终形成可以用于联合调度模拟的多尺度3D GIS场景㊂图1㊀面向水库群调度的3D GIS场景构建Fig.1㊀3D scene construction for resevoir groups regulateion2.2㊀水库群联合调度模拟系统关键技术1.2节论述了水库群联合调度的多尺度模拟仿真方法,而为了在系统中将这些零散的调度内容串联起来,还需要解决统一的过程驱动和信息智能关联两项关键技术㊂(1)时间轴驱动的联合调度过程统一化㊂在调度成果数据的集成时,由于洪水组成㊁水库拦蓄㊁库区淹没㊁河道演进㊁蓄滞洪区分洪等联合调度计算的时间区间和步长存在差异,因此需要对时序计算成果进行归一化和同步处理,形成统一化的数据成果,并最终以时间轴驱动数据的加载和控制,从而直观呈现调度过程㊂(2)多尺度下的信息关联和智能调用㊂在调度模拟仿真过程中,对不同尺度关注的重点信息存在较大差异,随着系统集成的各类数据增加,用户查找所需数据将变得十分复杂㊂为提高信息获取效率,可在3D GIS场景中,将各类防洪调度工程设施按坐标范围和显示尺度划分,与相应的业务数据建立空间关联,并基于用户在场景中视点范围自动加载和显示对应的空间数据和业务信息㊂例如:当用户将视口移动至流域尺度,显示各主要支流来水情况,以高亮矢量线进行洪水预警;当用户定位至三峡水库,自动显示剩余防洪库容㊁水位流量过程线等;当用户切换至蓄滞洪区,自动显示运用参数㊁人口经济指标等㊂2.3㊀系统框架设计与开发基于上述3D GIS基础场景构建㊁防洪调度信息集成㊁多尺度模拟方法,并考虑联合调度模拟仿真涉及的两项关键技术问题,使用Visual Studio2015开发环境,基于Open Scene Graph3.4.0框架进行联合调度多尺度模拟仿真系统的开发㊂系统包括数据层㊁服务层和推演应用层3个部分,如图2所示㊂其中数据层选用开源PostgreSQL数据库存储属性信息,包括调度过程数据㊁淹没损失数据㊁水动力学推演数据,并采用PostGIS空间数据扩展以兼容地形数据㊁模型数据㊁专题矢量数据;服务层一方面构建数据和地图服务,为应用层提供数据和地图访问接口;另一方面提供联合调度过程的数据解算㊁格网信息动态构建等算法服务,为应用层提供可供可视化仿真的结果;调度模拟应用层除了提供数据漫游㊁数据查询定位㊁空间量算等3D GIS基础功能外,重点解决联合调度涉及的降雨和洪水组成㊁水库拦蓄㊁库区淹没㊁河道演进㊁蓄滞洪区分洪的多尺度表达效果㊂图2㊀联合调度多尺度模拟仿真系统体系结构Fig.2㊀Multi-scale simulation system architecture ofreservoir combined regulation412㊀第2期㊀㊀㊀刘成堃,等:基于3D GIS 的水库群联合调度多尺度模拟仿真研究开发形成的系统界面如图3所示㊂其中主视图为3D GIS 场景展示窗口,用户可交互式浏览宏观㊁中观和微观尺度的模拟仿真过程;下方时间轴提供时间控制与洪水场次划分功能,驱动防洪调度过程的时序模拟;上方勾选框为联合调度涉及的展示要素功能入口,包括洪水组成㊁水库拦蓄㊁蓄滞洪区运用㊁库区淹没等,提供相关统计图表作为3D GIS 场景的补充㊂后文将针对典型洪水联合调度过程在系统中进行模拟和分析㊂图3㊀水库群联合调度多尺度模拟系统界面Fig.3㊀The flood regulation simulation system interface3㊀模拟与分析以长江流域为例,模拟1954年典型洪水在现有以三峡水库为核心的水库群防洪工况下的联合调度过程㊂联合调度计算的时间为1954年6月25日至9月7日,针对期间发生的4场洪水,计算得到了洪水组成㊁水库拦蓄㊁库区淹没㊁河道洪水演进㊁蓄滞洪区分洪等时序数据成果,具体的数据成果如表2所列㊂各类防洪调度计算成果的时间粒度存在差别,因此在将结果导入系统框架前,将计算结果以天为单位进行统一化处理,同时针对蓄滞洪区分洪演进等在局部时间区间发生的事件,提供以小时为单位的独立控制栏进行补充㊂表2㊀1954年典型洪水在现工况下调度数据成果Tab.2㊀Reservoir regulation data of typical flood in 1954仿真内容具体的时序过程数据和统计数据降雨和洪水组成长江上游六大梯级水库降雨数据和洪水组成数据㊁洞庭四水组成数据水库拦蓄上游28座重点水库拦蓄㊁三峡水库拦蓄和水位过程库区淹没三峡库区140个断面水位过程数据㊁统计数据河道洪水演进宜昌到汉口段河道MIKE11一维水动力学计算成果㊁重要控制站水位流量过程数据蓄滞洪区分洪中下游26个主要蓄滞洪区分洪量过程数据㊁部分蓄滞洪区MIKE21二维水动力计算成果㊀㊀数据导入后,可在3D GIS 场景中以时间轴驱动水库群联合调度,并分别在宏观㊁中观㊁微观视角下观察调度过程,如图4所示㊂图4(a)从宏观尺度反映调度过程,使用乌云图标覆盖主要降雨区域,使用橙色高亮显示主要来水支流,使用水库图标由蓝色逐渐变为橙色表示已用防洪库容,使用水库图标闪烁表示当前正在进行拦蓄,并辅以统计图表展示详细指标;图4(b)~(c)分别给出了中观尺度下三峡库区河道和长江中下游河道㊁蓄滞洪区的预警和工程运用情况,其中河道变红表示水位超警,并用统计表格给出损失估计,蓄滞洪区变蓝表示已启用,并用颜色深浅表示蓄洪量的高低;图4(d)~(f)给出了微观尺度下水库㊁库区㊁蓄滞洪区的水位涨落㊁扩散和淹没情况,使用透明水面效果与水电站㊁库区高清三维地形㊁蓄滞洪区内房屋土地等要素叠加,直观了解淹没程度和损失㊂除了通过不同尺度了解联合调度的整体情况外,还可在系统中针对重点关注对象从多尺度进行观察㊂图4㊀三维环境下的1954年典型洪水联合调度过程多尺度模拟仿真Fig.4㊀Multi -scale simulation of 1954typical flood regulation process in 3D environment512㊀㊀人㊀民㊀长㊀江2021年㊀例如可通过图4分别从宏观㊁中观和微观角度观察主要洪水组成梯级的淹没模拟仿真,在不同尺度下自动关联显示的工程运用㊁预警㊁损失统计等信息,使3D GIS与相关统计指标的结合更具直观性和针对性㊂4㊀结论与展望本文针对传统2D GIS方法在防洪调度模拟中仅能呈现宏观概况的局限性,开展了基于3D GIS的防洪调度要素多尺度模拟研究,形成了一套适用于联合调度过程三维动态推演的程序框架㊂以1954年历史洪水为例,在该框架下从宏观㊁中观㊁微观尺度模拟了典型洪水在现有防洪工况下的调度过程㊂与2D GIS方法相比,3D GIS拓宽了防洪调度模拟的空间尺度,提升了信息的承载能力,并可基于多尺度三维场景开展各类智能应用,为防洪调度会商提供更为全面的辅助支持㊂从2D GIS向3D GIS的转换却也存在一些技术难点和问题,尤其体现在对系统硬件性能㊁网络传输速率㊁空间数据质量和精度㊁三维模型丰富度㊁调度成果数据规范化等方面的更高要求㊂本文提出的水库群联合调度多尺度模拟仿真方法和系统框架是将3D GIS技术应用到调度模拟的一次尝试,在后续研究中可进一步深入细化,丰富仿真手段和表达效果,尝试从长江流域的水库群联合调度模拟扩展到全流域的水工程调度模拟,充分发挥3D GIS与防洪调度结合的优势和扩展性㊂参考文献:[1]㊀陈敏.长江防洪工程体系建设及在2017年1号洪水中发挥的作用[J].中国水利,2017(14):17-21.[2]㊀朱丽江,要威,柴晓玲,等.三峡工程建成后长江中下游超额洪量数值模拟[J].人民长江,2011,42(3):13-16.[3]㊀陈敏.防洪仍然是长江治理开发与保护的首要任务[J].人民长江,2015,46(19):48-51.[4]㊀张顺利,陶诗言,张庆云.长江中下游致洪暴雨的多尺度条件[J].科学通报,2002,47(6):467-473.[5]㊀廖力,邹强,何耀耀.基于模糊投影寻踪聚类的洪灾评估模型[J].系统工程理论与实践,2015,35(9):2422-2432.[6]㊀李书飞,陈肃利,何小聪.水库群联合防洪调度系统建设关键技术:以金沙江下游梯级和长江三峡水库为例[J].水电与新能源, 2014(115):1-5.[7]㊀叶伟,荣榕,邓长涛,等.数字流域三维虚拟仿真系统综述[J].山西水利科技,2013(5):24-26.[8]㊀耿敬,张洋,李明伟,等.洪水数值模拟的三维动态可视化方法[J].哈尔滨工程大学学报,2018,39(7):1179-1185.[9]㊀黄少华,丁志良,王汉东,等.基于三维GIS的水库洪水调度模拟系统研究[J].人民长江,2014,45(7):95-99.[10]㊀周学龙,吕华新.三维电子沙盘在水库防洪调度中的运用[J].测绘与空间地理信息,2013,36(8):132-134.[11]㊀方卫民.基于MapObjects的灌区信息平台及河道防洪调度系统开发[D].西安:西安理工大学.2010.[12]㊀王欣,王玮琦,黄国如.基于MIKEFLOOD的城区溃坝洪水模拟研究[J].水利水运工程学报,2017(5):67-73.[13]㊀刘云,谈广鸣,李义天,等.洪水调度GIS平台的研制[J].武汉大学学报,2010,43(4):423-428.[14]㊀张俊,陈桂亚,杨斌,等.基于GIS的汉江流域洪水预报系统设计与实现[J].长江科学院院报,2009(8):15-19.[15]㊀梁国华,李娜.基于Hibernate的辽河流域防洪调度系统[J].水利水电科技进展,2008(6):62-65.(编辑:江文)引用本文:刘成堃,马瑞,邱鑫,等.基于3D GIS的水库群联合调度多尺度模拟仿真研究[J].人民长江,2021,52(2):212-216.Multi-scale simulation on joint operation of reservoir groupsfor flood control based on3D GISLIU Chengkun1,2,3,MA Rui1,2,3,QIU Xin1,2,3,LIU Jia1,2,3,YU Shan1(1.Changjiang Survey,Planning,Design and Research Co.,Ltd,Wuhan430010,China;㊀2.Changjiang Spatial InformationTechnology Engineering Co.,Ltd,Wuhan430010,China;㊀3.Water Resources Information Perception and Big Data Engineering Research Center of Hubei Province,Wuhan430010,China)Abstract:㊀In order to meet the multi-scale simulation requirements in the flood control operation process,the present dynamic visualization techniques in flood control operation was concluded,and a set of multi-scale simulation methods based on3D GIS technique were studied,which can conduct multi-scale simulation on time-varying rainfall and flood composition,reservoir flood storage and discharge,reservoir area inundation,evolution of middle and lower rivers,flood discharge in flood storage and detention areas etc.Based on this,a program framework for3D dynamic operation of reservoir groups was formed to quickly build the flood control process.Taking the typical floods in1954as an example,the flood control operation process based on existing flood control engineering facilities was simulated in the3D GIS framework.The experimental results showed that the multi-scale simulation methods based on3D GIS can not only clearly describe the general overview,but also simulate the local flood situation and effec-tiveness,and reflect the whole process of joint operation of reservoir groups more intuitively and dynamically.Key words:㊀joint operation;reservoir groups;3D GIS;multi-scale simulation;dynamic visualization612。

数字孪生技术在水库防洪调度过程中的应用

数字孪生技术在水库防洪调度过程中的应用王洪娜(福建省溪源水库管理处福建福州350001)摘要：水库防洪调度关乎民生根本，能有效保障区域人民群众生命财产安全，做好水库防洪调度工作至关重要。

该文立足于水库在防洪调度中存在的不足之处，基于数字孪生技术，提出了在水库防洪调度数字化过程中的应用方案，包括三维数字化信息采集、三维建模数字孪生场景系统建设以及“预报、预警、预演、预案”精准化调度系统建设，供有关部门单位参考。

关键词：数字孪生水库防洪调度应用方案中图分类号：TV698文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)08(b)-0011-04为加快构建具有预报、预警、预演、预案的“四预”功能智慧水利体系，坚持系统观念，做好顶层设计，从数字孪生流域、孪生工程等方面构建标准统一、互为融通、共享共用的总体框架，建立健全的水资源调度实施机制，为科学精准开展水资源调度提供制度保障。

基于目前信息技术的迅猛发展，数字孪生技术在水库防洪调度过程中实现自动化、智能化操作，切实解决现阶段水库防洪调度存在问题[1]，保障区域防洪安全，进而有效保障人民群众人身安全及财产安全。

1应用方案的提出1.1问题的提出水库防洪调度是水库管理的一项重要民生工作，其目的是确保水库防洪安全，发挥水库防洪作用，减轻上下游防洪压力[2]。

随着社会经济的迅速发展，目前水库防洪调度工作仍存在诸多问题及弊端：（1）大多数调度系统为早期开发的传统模式，系统本身兼容性较差，稳定性较差，设备也逐步老化，有时参数率定存在延迟现象，对防洪调度工作产生不便，造成影响；（2）大部分水库调度专业人员对水库本身的测报系统硬件、数据库及网站维护等内容无法深层次开展，还是要依托系统开发人员，在系统出现问题时也无法及时解决，因此水情测报工作的准确率也无法达到精准水平；（3）大多数调度系统建设模式缺乏灵活性和扩展性，通常需要依据新任务重新建设整合系统配合服务，难以自主适应业务发展模式的调整，造成资源浪费；（4）一些水库工程早期建设的各个信息设计的内容广，功能独立且又单一，各套系统本身与服务平台存在不统一性，很大程度上加大运行维护管理的工作量和经济成本。

基于Flex的水库调度信息发布系统研发与实现

第 5 期 2013 年 10 月水利信息化Water Resources InformatizationNO.5 Oct.,2013基于 Flex 的水库调度信息发布系统研发与实现李琳 1，李聂贵 2，于兴晗 1，徐红1（1. 中国水利水电科学研究院，北京 100038；2. 南京水利科学研究院，江苏南京 210029）摘　要：为改善系统功能单一，应用技术陈旧的现状，提出基于 Flex 的水库调度信息发布系统研发技术。

系统采用 Flex 进行表示层开发，XML 进行数据交互，使系统解脱操作系统和浏览器的束缚，方便跨平台和浏览器使用。

系统在实践中的应用表明，应用 Flex 可使系统大大提高开发部署效率，满足系统扩展性和维护性的要求，更在用户体验和系统性能上有飞跃性提高。

关键词：Flex ；XML ；水库调度信息发布系统；数据交互中图分类号：TV697.1 文献标识码：A 文章编号：1674-9405(2013)05-0010-04收稿日期：2013-07-17作者简介：李琳（1979－），女，吉林德惠人，硕士，主要从事水情水调、水利信息化的研究。

0 引言水库调度信息发布系统主要用于发布电厂水库调度的相关信息。

系统由服务器、网络、客户端组成 [1]。

系统通过网络连接服务器，可以实时地将流域站点的雨水量、水位流量、水库运行情况的数据发布出去，也可以进行在线洪水预报和报表的计算。

目前，水库调度信息发布系统已经在水利行业逐渐得到广泛使用。

但是大多水调信息发布系统程序开发仍基于页面的、服务器端数据传递的模式，把网络程序的表示层建立于 HTML 页面之上，功能单一、人机交互性差且安全性不高。

Flex 技术 [2] 是一个高效、免费的开放源框架，可用于构建具有表现力的 Web 应用程序，它可以满足用户更高要求的、全方位的体验要求 [3]，并使 Web 应用程序的 UI （User Interface ）层的功能更加强大。

基于 GIS 技术的油车水库三维防洪调度运行管理系统

基于 GIS 技术的油车水库三维防洪调度运行管理系统储华平;章薛栋;王春树;张晓丽;蒋建业【摘要】为实现油车水库数字化、信息化、现代化的科学管理，采用地理信息系统、虚拟仿真、网络通信及数据库等信息技术，开发了与各应用子系统相互独立、信息共享、联合运用的油车水库三维仿真及防洪调度运行管理系统，为水库防洪调度方案分析与决策等方面提供辅助支持。

%In order to realize scientific management of featuring digitization, Informatization and modernization of Youche Reservoir, information technology of geological information system, virtual simulation, network communications, and database have been applied to develop the 3D simulation flood-prevention system on Youche reservoir. The system cooperates and shares information with mutual independent sub-systems, providing assistance to the analysis and decision-making on reservoir flood-prevention management.【期刊名称】《水利信息化》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P58-62)【关键词】GIS;水库;防洪调度;三维仿真【作者】储华平;章薛栋;王春树;张晓丽;蒋建业【作者单位】水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012; 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京 210012;宜兴市油车水库管理所，江苏宜兴 214200;水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012; 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏南京 210012;甘肃省武威市凉州区黄羊河水利管理处，甘肃武威 733006;广西兴安县水利局，广西兴安 541300【正文语种】中文【中图分类】P208.2;TV697水库大多涉及到防洪、灌溉、发电、供水等应用。

水库动态优化的虚拟仿真及实现的开题报告

水库动态优化的虚拟仿真及实现的开题报告一、研究背景水资源是维护人类生存和社会经济发展的基本条件之一。

在我国脆弱的生态平衡基础上，水资源更是一项战略性紧急的重大问题，我国水资源的总量虽较大，但年降水差异明显，地域性分布极不平衡，因此，如何更好地对水资源进行管理、利用和保护，成为了迫切需要解决的问题。

水库是储存水的基础设施，水库动态优化是针对水库充水、放水等动态过程进行的优化和管理。

通过对水库动态过程的控制、预测和优化，可以最大限度地实现水资源的有效利用，保障水资源的供给和水灾风险的减少，为社会发展提供可靠的水资源支撑。

目前，水库管理主要以人工方法为主，但随着计算机技术的进步和虚拟仿真技术的应用，水库动态优化逐渐向数字化、智能化和自动化方向发展。

虚拟仿真技术可以模拟水库动态过程，预测水位、水流等参数的变化，提高水库管理的实时性、精准性和可靠性，同时也减少了对自然环境的冲击。

基于上述研究背景和需求，我们将开展水库动态优化的虚拟仿真及实现研究。

二、研究内容和方法本研究主要包括两个方面的内容，分别是水库动态优化的虚拟仿真和实现。

1.虚拟仿真基于虚拟化技术和计算机模拟，则可以建立一个水库动态仿真平台，用以预测水库水位、水流和水资源储备等参数的变化，提高水库管理的精度和可靠性。

本方案将建立的水库动态仿真模型根据具体研究要求，引入降雨、蒸散发、径流等模块，模拟水库充水、放水等过程。

利用传感器采集的实时数据，并重组模型，以此迭代算法为驱动，实现水库动态优化。

2.实现方案模型的实现可以包括软件和硬件两个方面：据此提供了相应的统一框架：首先建立仿真平台与下流对象之间的信息交互模式；其次确定水库动态过程的参数和控制目标，最终实现水库动态过程的优化控制；最后通过实测数据与仿真模型的对比来选择经验参数和拟合模型。

三、研究意义和应用价值本研究的结果可以帮助水库管理人员更好地掌握水库动态过程，减轻水库管理的工作量，提高水库利用效率和自我控制能力，降低水灾风险等。

水库调度PSO优化模型及求解方法

文章编号:1001-4098(2010)01-0105-08水库调度PSO优化模型及求解方法朱记伟1,张洪波2,辛　琛3,张　莉1(1.西安理工大学,陕西西安　710048;2.长安大学,陕西西安　710054;3.陕西秦安河流研究所,陕西西安　710018)摘　要:水库优化调度是水资源系统工程的一个典型,其实质是一个非线性的不等式约束优化问题,然而现行的求解方法中针对离散精度和复杂约束处理两个问题一直考虑不足,相关方面的研究也较少。

将连续域寻优的粒子群算法引入到水资源系统工程中,建立水库调度的PSO优化模型,避免因离散而引起的寻优瓶颈,并针对传统粒子群算法的趋同性问题和复杂约束问题,提出退火罚函数法和混沌变异因子法,使改进后的粒子群能更有效地解决水库调度问题。

通过实例分析,验证该方法的可靠性,为水库调度提供了一种新的求解途径。

关键词:水库优化调度;改进粒子群;非线性约束优化中图分类号:N945;T V697 文献标识码:A1　引言水资源系统工程是系统工程领域的一个重要分支,而水库调度是水资源系统问题中的一个典型,其本质上是一个带不等式约束的非线性优化问题。

在求解的过程中,通常把水库的泄量作为决策变量,而把水库的库水位(或蓄水量)作为状态变量进行寻优。

但水库系统是一个动态、多变、非平衡、开放耗散的“非结构化”或“半结构化”系统,内部的关系比较复杂,约束条件相对较多,这使得水库调度问题较一般的非线性约束优化更为复杂和难于求解。

目前,解决水库优化调度问题较为常用的方法包括动态规划法(D P)、逐步优化算法(PO A)、和遗传算法(GA)等。

其中动态规划最为成熟,认可度相对较高。

但至今这几种方法在解决水库优化问题时仍存在缺陷。

如动态规划存在维数灾和求解时间过长的问题;PO A算法虽然解决了动态规划的维数灾问题,但当水库多于2座时,PO A法收敛速度将大大降低,占用计算机内存也随之增加;大系统协调方法由于需增加协调因子,计算比较复杂,收敛速度慢;而遗传算法是一种隐并行、随机、自适应、稳健的搜索算法,克服了上述传统优化方法的不足,为水库优化调度提出了一种全新的思路。

基于Web的水库洪水预报调度系统设计与开发

基于Web的水库洪水预报调度系统设计与开发
陈华;郭生练;林凯荣;李订芳;胡文超;章文
【期刊名称】《武汉大学学报：工学版》
【年(卷),期】2004(37)3
【摘要】在分析基于Web水库洪水预报调度系统结构体系的基础上,提出系统开发策略、关键技术、实现的途径和方法.利用现代洪水预报调度技术和分布式网络编程技术,成功开发了基于Web的水库洪水预报调度系统.该系统技术先进、实用可靠、界面友好,提供了分布式计算平台,实现了在Internet环境下进行水库洪水预报调度.
【总页数】5页(P27-31)
【关键词】洪水预报;水库调度;Web;系统设计;面向对象技术;软件开发
【作者】陈华;郭生练;林凯荣;李订芳;胡文超;章文
【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;武汉大学数学与统计学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV697.1
【相关文献】
1.基于Web的水库洪水预报调度系统的关键技术 [J], 程春田;廖胜利;李刚;李向阳
2.基于预报调度规则的云峰水库特大洪水调度研究 [J], 李继成;张雪源;王立刚;于守良;贺新娟
3.Web洪水预报调度系统开发及应用 [J], 张建云;王光生;张建新;孙春鹏;王伶俐
4.水库洪水调度系统调度子系统设计与开发 [J], 梁国华;周惠成;王本德
5.加强水库科学精准洪水预报确保水库水电站运行安全——2020年白莲河水库洪水预报调度服务及思考 [J], 王福喜
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水库运行调度上机实践

水库运行调度上机实践
对于水库运行调度上机实践,我们可以从以下几个方面进行讨论和实践：
1. 数据读入和处理：将水库相关的基础数据（例如水文、地形、遥感等数据）读入程序中,并进行处理和分析。

这可以结合使用各种数据分析和处理工具,如Python、Matlab等。

2. 模型建立：根据读入的水库数据,建立相应的调度模型。

建模过程中需要结合水库的实际情况和政策法规等因素,确定相关调节参数和策略。

3. 模拟计算和结果分析：使用建立的模型对水库运行进行模拟计算,并对计算结果进行分析和评估。

可以使用各种水文水资源模拟软件,如RIBASIM、HEC等。

4. 决策支持：根据模拟计算得到的结果和分析,提供相应的决策支持。

例如,制定合理的水库调度方案、优化水电站发电计划、制定灾害风险管理计划等。

总的来说,水库运行调度上机实践需要结合相关理论知识和实际情况,及时更新数据和模型,不断改进和优化模型,为决策提供更加科学、有效的支持。