一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，涉及水库调度和信息化教学技术领域，该教学平台针对水库调度课程教学提供了一个统一、便捷的在线编写水库优化调度模型的环境，免去繁琐的计算环境安装，让学生专注于水库优化调度的建模和求解学习。任课教师作为系统管理员，用户是学生。用户使用浏览器访问，不受限于操作系统，终端可以是电脑、平板、智能手机。本发明专利技术有助于提高课程教学质量和专业培养水平，更好地适应现代高等教育信息化教学模式，并与现今工程认证的大背景相融合，提高学生解决复杂工程问题的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法
本专利技术涉及水库调度和信息化教学
，特别涉及一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法。
技术介绍
水库调度是水文与水资源工程、水利水电工程的学生需要掌握的专业课程，具有很强的应用性和复杂性，理论课程往往只能讲授简单的算例，实际的水利水电工程优化调度问题则需要编程和建模解决。由于本课程现有线上教学平台一般仅限于视频、作业等教学资源的发布和管理，无法满足本课程实践教学的要求。JupyterHub可以在云或服务器的硬件上运行，使用户可以访问预配置的计算环境和资源，解决计算机硬件配置参差不齐的问题，且不会给用户增加安装和维护任务的负担。用户(包括学生、研究人员和数据科学家)可以在共享资源上自己的工作区中完成工作，这些资源可以由系统管理员有效地管理。为避免学生陷入繁琐的软件安装和计算环境配置，提高课堂效率和教学质量，本专利技术提供了一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，该平台针对水库调度课程教学提供了一个统一、便捷的在线编写水库优化调度模型的环境，学生只需打开浏览器即可专注于水库优化调度的建模和求解学习。有助于提高课程教学质量和专业培养水平，更好地适应现代高等教育信息化教学模式，并与现今工程认证的大背景相融合，提高学生解决复杂工程问题的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，该平台针对水库调度课程教学提供了一个统一、便捷的在线编写水库优化调度模型的环境，学生只需打开浏览器即可专注于水库优化调度的建模和求解学习。有助于提高课程教学质量和专业培养水平，更好地适应现代高等教育信息化教学模式，并与现今工程认证的大背景相融合，提高学生解决复杂工程问题的能力。本专利技术提供了一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，包括以下步骤：步骤S1：服务器运行Ubuntu操作系统，并安装JupyterHub服务，由管理员和终端用户使用浏览器访问登入；步骤S2：打开或新建Notebook，在服务器的文本库中记录存储水库基础数据；步骤S3：通过数据读写与处理模块Numpy的loadtxt方法将水库基础数据读取为ndarray数组；步骤S4：设置Python优化建模对象Pyomo；步骤S5：设置数学规划解算器Ipopt、Bonmin和Couenne，解算器目录设置环境变量，便于调度模型直接调用，定义决策变量，按规则rule表达目标函数和约束条件，进行优化求解，获取决策变量的值；步骤S6：设置可视化模块Matplotlib，使用绘图命令生成水库调度计算成果图，绘图展示优化调度成果，输出到终端用户登入的用户端。进一步地，所述步骤S1在Ubuntu操作系统中还安装TheLittlestJupyterHub发行版，并配置广域网IP。进一步地，所述步骤S2将水库基础数据存储在服务器端JupyterHub公共目录，或将水库基础数据使用脚本复制到每个用户目录。进一步地，所述步骤S2存储的水库基础数据包括：水库特征水位、水位-库容曲线、尾水位曲线、泄流能力曲线、入库流量过程、负荷、装机容量组成、出力限制和耗水率曲线，水库基础数据按类别结构化存储为txt文本。进一步地，所述步骤S4中水库优化调度模型使用Pyomo具体模型ConcreteModel表达，其中目标函数和约束条件使用Pyomo建模对象中的规则rule进行表达。进一步地，所述目标函数包括发电效益最大函数和防洪效益最大函数，所述约束条件包括水库特性约束和水电站特性约束，所述水库特性约束包括水量平衡、库容曲线、水位/蓄水量限制和泄流能力，所述水电站特性约束包括水头、出力限制、耗流量特性。进一步地，所述步骤S4中建模对象Pyomo使用AMPLSolverLibrary接口与数学规划解算器通信。与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：本专利技术提供的一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，针对水库调度课程教学提供了一个统一、便捷的在线编写水库优化调度模型的环境，学生只需打开浏览器即可专注于水库优化调度的建模和求解学习。本专利技术有助于提高课程教学质量和专业培养水平，更好地适应现代高等教育信息化教学模式，并与现今工程认证的大背景相融合，提高学生解决复杂工程问题的能力。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台框架；图2为本专利技术提供的教学平台中的相关数据的传输和使用的流程图；图3为本专利技术实施例提供的JupyterHub用户管理图；图4为本专利技术实施例提供的水库优化调度实践教学示例图。具体实施方式下面结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。参照图1-4，本专利技术提供了一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，包括以下步骤：步骤S1：服务器运行Ubuntu操作系统，并安装JupyterHub服务，由管理员和终端用户使用浏览器访问登入；步骤S2：打开或新建Notebook，在服务器的txt文本库中记录存储水库基础数据；步骤S3：通过数据读写与处理模块Numpy的loadtxt方法将水库基础数据读取为ndarray数组；步骤S4：设置Python优化建模对象Pyomo；步骤S5：设置数学规划解算器Ipopt、Bonmin和Couenne，解算器目录设置环境变量，便于调度模型直接调用，定义决策变量，按规则rule表达目标函数和约束条件，进行优化求解，获取决策变量的值；步骤S6：设置可视化模块Matplotlib，使用绘图命令生成水库调度计算成果图，绘图展示优化调度成果，输出到终端用户登入的用户端。其中，所述步骤S1在Ubuntu操作系统中还安装TheLittlestJupyterHub发行版，并配置广域网IP。所述步骤S2将水库基础数据存储在服务器端JupyterHub公共目录，或将水库基础数据使用脚本复制到每个用户目录。所述步骤S2存储的水库基础数据包括：水库特征水位、水位-库容曲线、尾水位曲线、泄流能力曲线、入库流量过程、负荷、装机容量组成、出力限制和耗水率曲线，水库基础数据按类别结构化存储为txt文本。所述步骤S4中水库优化调度模型使用Pyomo具体模型ConcreteModel表达，其中目标函数和约束条件使用Pyomo建模对象中的规则rule进行表达，所述目标函数是描述水库调度模型优化目标的数学表达式。所述目标函数包括发电效益最大函数和防洪效益最大函数，所述约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1：服务器运行Ubuntu操作系统，并安装JupyterHub服务，由管理员和终端用户使用浏览器访问登入；/n步骤S2：打开或新建Notebook，在服务器的文本库中记录存储水库基础数据；/n步骤S3：通过数据读写与处理模块Numpy的loadtxt方法将水库基础数据读取为ndarray数组；/n步骤S4：设置Python优化建模对象Pyomo；/n步骤S5：设置数学规划解算器Ipopt、Bonmin和Couenne，解算器目录设置环境变量，便于调度模型直接调用，定义决策变量，按规则rule表达目标函数和约束条件，进行优化求解，获取决策变量的值；/n步骤S6：设置可视化模块Matplotlib，使用绘图命令生成水库调度计算成果图，绘图展示优化调度成果，输出到终端用户登入的用户端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：服务器运行Ubuntu操作系统，并安装JupyterHub服务，由管理员和终端用户使用浏览器访问登入；
步骤S2：打开或新建Notebook，在服务器的文本库中记录存储水库基础数据；
步骤S3：通过数据读写与处理模块Numpy的loadtxt方法将水库基础数据读取为ndarray数组；
步骤S4：设置Python优化建模对象Pyomo；
步骤S5：设置数学规划解算器Ipopt、Bonmin和Couenne，解算器目录设置环境变量，便于调度模型直接调用，定义决策变量，按规则rule表达目标函数和约束条件，进行优化求解，获取决策变量的值；
步骤S6：设置可视化模块Matplotlib，使用绘图命令生成水库调度计算成果图，绘图展示优化调度成果，输出到终端用户登入的用户端。


2.如权利要求1所述的一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，其特征在于，所述步骤S1在Ubuntu操作系统中还安装TheLittlestJupyterHub发行版，并配置广域网IP。


3.如权利要求1所述的一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法，其特征在于，所述步骤S2将水库基础数据存储在服务器端Ju...

【专利技术属性】
技术研发人员：康传雄，王永文，黄彬彬，桂发亮，
申请(专利权)人：南昌工程学院，
类型：发明
国别省市：江西;36