[发明专利]一种面向服务的空地水一体化环境耦合系统

说明书

技术领域

本发明属于环境数值模拟领域，涉及面向服务的空地水一体化耦合环境数值模型系统，具体涉及一种通过构建气象模式、流域水文模型、非点源模型、水动力模型、水质模型和水生态模型的松散耦合架构，满足流域环境管理多目标需求的模型库系统架构的构建。本发明的构建方法适应于环境模型的耦合和集成，能形成一个适应于流域环境的预测、评估、风险预警、治理和修复等不同领域的通用的环境模型系统，解决目前所面临的各种环境问题。

背景技术

环境数值模型是环境领域的重要工具。随着数值计算技术的不断发展，具有动力学机理的分布式环境数值模型成为近年来广泛应用的方法。在气象领域，形成了成熟的理论体系，国内外开发了一系列的气象模式，如大气和海洋环流模式(AGCM、OGCM等)和中尺度气象模式(ARPS、WRF等)等，在天气预报、全球气候变化等领域进行了大量的应用；在水环境模型领域，仅美国1993年就已经有了成熟的诸如SWAT、SWMM、STROM等水文模型和非点源模型29个；如EFDC、HSPF、QUAL2E、WASP5等的地表水(包括河流、湖泊、河口、海洋)的水动力水质模型30个，如BIOPLUMEII、HST3D和SWANFLOW的地下水质模型33个，其中WASP5、RCA、OOMAS等水质模型还具有模拟藻类等浮游植物的水生态功能模块。整体来看，目前，水环境数值领域的模型已经比较成熟，不同的模型能满足不同的功能，不同功能模型的组合基本能解决环境预测、预报、评估、预警、治理等的需要。但仍缺乏一套模型能很好地解决环境领域全过程的需要，无法通用的适应于气象、水文、水动力、水质和水生态的管理需求。急需要整合已有的模型，形成涵盖空、地、水等各领域的模型耦合协作的架构，为环境领域的多目标需求提供通用的解决方案和架构。

水文水动力水质模型的耦合的研究是当前数值模型研究的难点。由于不同的研究部门和模型软件开发者在模型的开发过程中，其所采用的开发平台、所设计的模型数据结构等差异较大，使得模型间的连结相当困难。如何利用已有的模型，通过合理的耦合接口和链接契约方式，有效地将环境管理需求与模型服务链接起来，是水环境模型的应用与管理和耦合领域亟待解决的问题。面向服务的开发理念的提出，WebSevrices标准的成熟和应用的普及以及模型库系统的发展，为环境领域的耦合模型架构提供了新的技术和思路。基于统一描述、发现与集成(Universal Description,Discovery and Integration)的UDDI规范系统的提出，为web应用的开发、发布提供了标准的服务描述与注册规范，该规范通过将每个服务的名称、功能和接口参数的规范化描述，能实现服务的跨平台调用。该套技术在地理信息服务的注册、集成和web服务上得到了良好的应用。基于UDDI的标准化描述，以面向服务的理念为指导，构建松散耦合的空地水一体化耦合模型，能为环境领域提供通用的模型架构。

发明内容

针对环境预测、评估、预警等多目标且涉及到空、地、水等多区域的环境管理的需求问题，本发明提出一种面向服务的空地水一体化耦合环境数值模型系统，基于现有成熟的空、地、水模型，通过构建私有UDDI注册中心，形成环境管理的需求与服务字典，实现一套松散耦合的“空地水”一体化模型架构，以满足多目标多领域的环境应用需要。

本发明所采用的技术方案是：一种面向服务的空地水一体化环境耦合模型系统，其特征在于包括模型库模块、注册模块、需求分析模块和模型调度与响应模块。

所述的模型库模块是在选择成熟的气象模式、流域水文模型、非点源模型、水动力模型、水质模型和水生态模型的基础上，构建模型字典，确定模型的接口和契约，构建松散耦合的包含空(气象模式)、地(流域水文模型、非点源模型)、水(水动力模型、水质模型和水生态模型)一体化的模型库。

所述的注册模块包括用户需求注册和模型服务注册。用户需求注册用于明确用户想要请求的服务、构建环境的需求字典；模型服务注册是基于用户需求和模型库已有模型的功能，明确模型能提供的服务，构建模型的服务字典。

所述的需求分析模块用于分析既定的和实时的用户需求，为调用模型提供指令。

所述的模型调度与响应模块是根据需求字典与服务字典，基于用户需求分析的结果，从模型库中调用对应的模型进行模型运算、输出模拟结果，实现对需求的响应。

在上述的一种面向服务的空地水一体化环境耦合系统，搭建一种面向服务的空地水一体化环境耦合模型系统的模型库模块，其包括以下步骤。