一种多中心流域水环境分布式集群管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多中心流域水环境分布式集群管理系统及方法；本系统构建了不同管理级别和职能级别的系统作业管理中心、数值模拟中心、数据中心、决策指挥中心和客户端业务中心。通过不同中心的分工协作，能整合流域水环境各单位各中心的计算机资源、形成资源池、并针对流域各单位各中心的职能按需提供服务，能克服传统流域模型体系由于串行计算引起的等待时间损耗、流域尺度模拟运算速度慢效率低以及资源重复建设浪费的问题，极大的提高流域水环境模拟的模拟效率、整合全流域的硬件资源和数据资源、实现全流域的水环境的管理、现状评价、未来趋势预测以及突发事件应急模拟与决策支持，保障流域水环境安全。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了；本系统构建了不同管理级别和职能级别的系统作业管理中心、数值模拟中心、数据中心、决策指挥中心和客户端业务中心。通过不同中心的分工协作，能整合流域水环境各单位各中心的计算机资源、形成资源池、并针对流域各单位各中心的职能按需提供服务，能克服传统流域模型体系由于串行计算引起的等待时间损耗、流域尺度模拟运算速度慢效率低以及资源重复建设浪费的问题，极大的提高流域水环境模拟的模拟效率、整合全流域的硬件资源和数据资源、实现全流域的水环境的管理、现状评价、未来趋势预测以及突发事件应急模拟与决策支持，保障流域水环境安全。【专利说明】
本专利技术属于流域水环境管理
，涉及，尤其是涉及一种基于流域水环境数值模型的适用于流域不同管理单位使用的流域水环境动态监控、风险预警评价和突发事件应急响应的管理决策支持系统及管理方法。
技术介绍
随着人类获取信息的技术手段不断变化、个人或单位作为个体在网络世界的参与度不断加深，同时加之以云计算、物联网、移动等技术的兴起，人们所获取的数据和有意向发布的数据不断增加，人类已经进入数据大爆炸的全新的大数据时代。随着大数据时代的到来，人类在大数据领域的数据存储、数据管理和数据计算技术也取得了进步；数据存储硬件容量不断得到提升、存储器数据吞吐量增加、网络间数据传输速度加快、并行计算、分布式集群计算以及云计算的出现，使得不应用高性能大型计算机通过PC机的集群共享实现高速运算成为可能。 在大数据领域内，google采用MapReduce并行计算编程模型、BigTable分布式结构化数据存储以及GFS分布式文件系统等核心技术，使得google在面对互联网大容量、多类型、高时效的数据处理中，异军突起；2004年其公开发表了这三大核心技术，同时基于分布式集群计算和并行计算的MPI标准与OPENMP的发展与广泛应用，更进一步促进了分布式并行计算在互联网领域、计算机领域的快速发展；我国互联网和计算机的领军企业阿里巴巴、腾讯、中国移动、华为等相继构建了自身企业级别的集群计算服务体系，向全世界提供优质计算和信息服务。分布式集群计算，通过整合集群内的软硬件资源、构建云中心，在并行计算数据模型的支持下，成为人类在当前和未来以相对低廉的代价满足大数据、大环境的需求的重要手段，这是一套新兴的技术，正处在蓬勃而快速的发展之中。 在流域环境领域，环境问题越来越呈现出大流域、大范围的普遍性问题，流域内上下游左右岸之间的环境联系越来越紧密，单纯从局部探讨环境问题解决环境问题已经无法满足现实的需要。自从人们认识到环境问题的严峻性后，从科学研究、政府行为等方面开展了一系列的工作。随着环境监测管理部门和科学研究者在环境监测上的持续投入，环境监测技术取得了重大的发展且在实际中不断应用；我国各流域相继建立了流域管理机构以及下级环境保护与管理机构，这些机构在流域内布设了大量的自动监测站、开展了一系类的环境研究，流域内获取的环境数据不断增加、人工监测调查的频率不断加大、积累了大量的流域地理地貌、社会经济、气质水文水质等数据；同时，环境监测手段的发展、遥感技术、航拍技术、立体扫描技术等获得的环境数据的种类不断增多、在传统的结构化关系表数据的基础上，流域DEM、遥感影像、图片视频等非结构化数据也呈现出爆炸式的增长；为处理这些数据、各级环境管理部门购置了大量的存储设备和硬件计算设备；并针对不同的环境问题，开发了各种模拟环境中某一或多种环境现象现状、趋势预测的环境数值模型，这些模型包括气象模型、面源污染模型、点源模型、水动力模型、水质水生态模型和突发事件模型等。 无论从硬件资源、数据资源还是计算模型资源上，环境领域已经迎来了大环境数据的时代；但在这样的时代背景下，各级环境管理研究机构仍各自为政、对同一流域的研究管理，上下级机构和不同的研究部门之间缺乏有效地信息共享资源共享机制，数据的重复收集、硬件资源的盲目布设和软件系统的重复开发等现象普遍存在；流域各级部门之间的数据缺乏统一的管理和规范、软件之间缺乏有效合理的接口、硬件设施无法互联共享；给流域的统一管理、共同行动造成了较大的困难。如何合理科学的管理环境领域的大数据并从中分析出有用的信息以进行高速高效的应用，避免数据的重复收集、盲目建设、无效生产和低效利用是解决当前环境大数据的生产问题、共享问题、管理问题以及应用问题的难点和关键。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了。 本专利技术的集群管理系统所采用的技术方案是:一种多中心流域水环境分布式集群管理系统，其特征在于:包括系统作业管理中心、数据分布式集成中心、数值模拟中心、环境决策支持服务中心和客户端业务中心；所述的系统作业管理中心(简称管理中心，NodeMaster)为集群管理系统的业务分配管理与系统状态评估中心，是进行系统业务部署与作业分配的主节点，使集群管理系统中的服务器和工作站、计算器能协同分工合作，并实时记录接收与可视化展现集群管理系统中运行计算机的工作状态，快速发现定位运行故障、恢复系统正常运行，实现集群管理系统的自动化、智能化业务处理；所述的数据分布式集成中心(简称数据中心，NodeData)是集群管理系统的数据存储与数据集成模块，实现对水环境风险数据库历史数据的存储管理，基于物联网技术自动或半自动的不断获取、整理自动监测站数据以及人工监测的水文、水质和气象数据；整合不同格式、不同来源和不同性质的环境数据，实现流域数据的分布式集成，为数据计算与分析及客户端业务中心显示提供数据支撑；所述的数值模拟中心(简称模型中心，NodeModel)是集群管理系统中进行数值模拟计算的中心，包括一套模型条件节点和一套模型应用节点；集成流域水环境模型库，能开展流域气象模型、陆地面源模型、水动力模型、水质模型、水生态模型以及突发事件的水环境数值模型的模拟；所述的数据中心在系统作业管理中心的统一分配下，按照水环境数值模拟的区域分解和功能分解两种任务分解方式实现分布式计算和通讯；实时、快速的开展数据计算工作，为环境决策支持服务中心的环境决策分析提供支撑；所述的环境决策支持服务中心(简称决策中心，NodeDesign)是面向环境管理部门的环境决策客户端中心，基于数据中心的水环境模拟结果利用客户端业务中心进行可视化展示，以全面的了解流域环境状况和未来趋势；同时在数据中心的智能专家决策知识库的协助下，进行水环境风险决策优化，为环境管理部门提供决策支持服务；所述的客户端业务中心(简称客户端中心，NodeClient)是面向普通大众的互联客户端中心，对客户端提供环境状态信息、水环境警情信息、风险规避方式与防灾信息的发布以及水环境模拟分析服务；同时设置普通大众报警模块，实时接收、分析、处理与上报客户端用户的警情汇报信息，实现水环境管理的全民参与。 作为优选，所述的系统作业管理中心包括任务分配单元、任务监控单元、故障处理单元、安全管理单元、实时备份单元和结果反馈单元；所述的安全管理单元用于保证集群管理系统安全运行、阻止非权限用户以及不正常访问用户或恶意用户使用集群管理系统、提交作业、查看修改数据的安全屏障，通过用户名、密码以及秘钥的方式进行双重认证；所述的任务分配单元用于依据验证用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多中心流域水环境分布式集群管理系统，其特征在于：包括系统作业管理中心、数据分布式集成中心、数值模拟中心、环境决策支持服务中心和客户端业务中心；所述的系统作业管理中心(简称管理中心，NodeMaster)为集群管理系统的业务分配管理与系统状态评估中心，是进行系统业务部署与作业分配的主节点，使集群管理系统中的服务器和工作站、计算器能协同分工合作，并实时记录接收与可视化展现集群管理系统中运行计算机的工作状态，快速发现定位运行故障、恢复系统正常运行，实现集群管理系统的自动化、智能化业务处理；所述的数据分布式集成中心（简称数据中心，NodeData）是集群管理系统的数据存储与数据集成模块，实现对水环境风险数据库历史数据的存储管理，基于物联网技术自动或半自动的不断获取、整理自动监测站数据以及人工监测的水文、水质和气象数据；整合不同格式、不同来源和不同性质的环境数据，实现流域数据的分布式集成，为数据计算与分析及客户端业务中心显示提供数据支撑；所述的数值模拟中心（简称模型中心，NodeModel）是集群管理系统中进行数值模拟计算的中心，包括一套模型条件节点和一套模型应用节点；集成流域水环境模型库，能开展流域气象模型、陆地面源模型、水动力模型、水质模型、水生态模型以及突发事件的水环境数值模型的模拟；所述的数据中心在系统作业管理中心的统一分配下，按照水环境数值模拟的区域分解和功能分解两种任务分解方式实现分布式计算和通讯；实时、快速的开展数据计算工作，为环境决策支持服务中心的环境决策分析提供支撑；所述的环境决策支持服务中心（简称决策中心，NodeDesign）是面向环境管理部门的环境决策客户端中心，基于数据中心的水环境模拟结果利用客户端业务中心进行可视化展示，以全面的了解流域环境状况和未来趋势；同时在数据中心的智能专家决策知识库的协助下，进行水环境风险决策优化，为环境管理部门提供决策支持服务；所述的客户端业务中心（简称客户端中心，NodeClient）是面向普通大众的互联客户端中心，对客户端提供环境状态信息、水环境警情信息、风险规避方式与防灾信息的发布以及水环境模拟分析服务；同时设置普通大众报警模块，实时接收、分析、处理与上报客户端用户的警情汇报信息，实现水环境管理的全民参与。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张万顺，彭虹，王永桂，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42