CN106648677A - 一种水环境领域模型集成模板的可视化定制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水环境领域模型集成模板的可视化定制方法，包括模型集成数据库构建、数据字典构建和数据库配置、模型数据源配置、模型模板定制、集成模型模板设置和模型模板版本更新管理步骤。本发明基于数据库技术和控件技术，对模型集成采用可视化的模板定制方法，可视化设置每个模型的初始条件、边界条件、控制条件、参数和输出数据以及模型之间的关联关系等，使模型配置简洁便利，同时解决模型集成耦合计算时数据源不一致的问题。本发明方法中的模型适用于水环境领域的所有模型，能够在界面上实现模型快速配置，最大限度减少模型业务人员配置的工作量。

Description

一种水环境领域模型集成模板的可视化定制方法

技术领域

本专利涉及一种模型集成模板的可视化定制方法，尤其是针对水环境领域模型集成模板的可视化定制方法。

背景技术

水环境科学研究呈多学科交叉发展的趋势，包括水文学、水动力学、水化学、环境水力学等学科交叉发展，水环境保护和生态建设研究过程中科学问题的解决，依赖于水文模型、水动力模型、水质模型等多个模型集成进行耦合计算。每个模型计算涉及的计算条件和数据复杂各异，需要独立设置每个模型的初始条件、边界条件、控制条件、参数和输出数据等，为模型集成带来较大困难。每个模型所需的数据类型、数据格式、数据内容、数据组织方式多样，模型业务人员需要花费大量的时间在后台准备、配置文件才能启动计算，缺乏可视化的模型配置界面，一旦模型计算条件发生变更，需要手动调整大量数据文件，为模型维护带来很大困难。特别在模型集成耦合计算时，各个模型使用不同数据源带来的数据不一致性等问题，影响模型计算结果的可信度。本发明基于数据库技术和控件技术，对模型集成采用可视化的模板定制方法，使模型配置简洁便利，同时解决模型集成耦合计算时数据源不一致的问题。

发明内容

针对上述模型配置、模型集成数据源不一致的问题，本发明提供了一种模型集成模板的可视化定制方法，本发明方法中的模型适用于水环境领域的所有模型，能够在界面上实现模型快速配置，最大限度减少模型业务人员配置的工作量。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种水环境领域模型集成模板的可视化定制方法，包括如下步骤：

1）构建模型集成数据库；

包括存储水环境领域业务数据的业务数据库、存储基础数据的基础数据库及存储模型定义和运算相关模型数据的模型数据库；

2）构建数据字典，配置数据库；

数据字典定义内容包括业务数据库、基础数据库和模型数据库的库表结构和参数类型，以及上述三个数据库以关系数据库形式存储的数据库连接方式与模型数据库中以文件库形式存储的文件存储路径、文件名称和文件类型；

3）配置模型数据源；

设置模型各数据集相关信息，包括定义各模型涉及的业务数据、基础数据及模型数据的数据来源，数据集名称，及数据集下属各数据项的参数；

4）定制模型模板；

使用ZTree、Div及html输入框dom节点元素，监听html页面鼠标拖拽事件和拖拽对象，在用户界面以鼠标拖拽的形式将数据源与模型计算所需数据进行关联，进行各模型所需的数据集及数据集下属数据项的模板配置；

5）集成模型模板设置；

包括集成模型模板逻辑关系设置；在模型模板配置界面，针对业务功能设置各模型间的数据传输关系，包括各模型之间的数据传递关系。

作为本发明的进一步优选，所述步骤1）中，包括对各模型输入数据、初始数据、边界条件、外部函数和输出数据的格式、调用方式、存储方式进行标准化整理分析后，进行数据库构建，保证模型集成耦合计算时各模型使用数据库的一致性；

所述步骤1）中，考虑各模型运算时动态变化和静态不变的数据，对数据库中用于模型计算的静态数据和动态数据进行分类存储；各类数据存储方式有关系数据库和文件库两种方式，业务数据、基础数据以关系数据库方式储存，模型数据中动态变化的数据存储于关系数据库，静态不变的数据以文件库的方式储存；具体的，对驱动模型计算所需的业务数据、基础数据和模型计算时需动态更新的数据，即所述动态数据，以关系数据库的形式入库管理，对在模型运算过程中保持不变的静态数据，包括边界条件、外部函数，以文件库的形式存储；各模型的文件库以统一的文件目录进行组织

作为本发明的进一步优选，所述步骤1）还考虑了模型集成数据之间的关联关系，如果不同模型间的输入和输出存在计算上的衔接关系，设定其输入和输出的主键关系。如模型1和模型2的输入和输出之间存在上下衔接计算关系，设计模型1输入文件A和模型2输入文件B主键关系。

作为本发明的进一步优选，所述步骤2）中，数据字典定义包括设置各个数据集数据项的中英文字段名称、字段代码、该数据集与各数据项存储方式（如果以数据库方式存储，该数据集与相应数据项的表结构，如果以文件方式存储，该数据集与数据项所对应的文件名称、文件类型等信息），并对模型集成过程中涉及的枚举类型值进行设置，如模型名称，水体类型，数据插值方式等。

作为本发明的进一步优选，所述步骤3）中数据集基于目录树管理，在数据源目录下提供新增、保存、删除和导入数据集功能，保证模型集成耦合计算时各模型使用数据来源的一致性。在数据源目录下输入数据集名称和数据集代码，设置数据集数据来源，来增加数据集条目，同时可对该条数据集进行增删改。其中若数据集来源为以关系数据库形式存储的业务数据库、基础数据库或模型数据库，可设置数据库名称、数据库实例、数据库用户以及数据表名称，以便连接数据库；若数据来源为以文件库形式存储的模型数据库，可设置文件地址、文件名称、文件类型和分隔符，以便系统可顺利读取该数据文件。

在某一数据集目录下，新增参数类型，输入参数名称和参数代码，即可新增该数据集的数据参数，即该数据集目录下的数据项。同时也可设置该数据参数（数据项）的来源，即若数据参数（数据项）来源为以关系数据库形式存储的业务数据库、基础数据库或模型数据库，可设置数据库名称、数据库实例、数据库用户以及数据表名称，以便连接数据库；若数据参数（数据项）来源为以文件库形式存储的模型数据库，可设置文件地址、文件名称、文件类型和分隔符，以便系统可顺利读取该数据文件，若不设置则默认为来自该数据项所属数据集指定的来源方式。

作为本发明的进一步优选，所述步骤4）中，在用户界面罗列所有模型的数据集，以及每个模型的算法涉及的参数，包括边界条件、初始条件、外部函数、初始参数和输出结果包含的数据集和数据项，其中模型的数据集采用树状结构罗列；使用ZTree、Div控件及html输入框dom节点元素，监听html页面鼠标拖拽事件和拖拽对象，通过鼠标拖拽进行数据操作，系统自动读取对各个模型边界条件、输入条件、输出条件、参数条件输入框内拖拽对象的数据字典定义，实现各模型所需的数据集及相应数据项的模板配置。具体的可采用如下方式在用户界面进行操作：

用户在用户界面鼠标拖拽树状结构数据集节点，释放到数据集的div控件，即可添加边界条件等参数的数据集，双击div控件中数据集名称，即可删除边界条件等的数据集；用户拖拽左侧树状结构数据项节点，释放到右侧数据项的div控件中，即可添加边界条件等数据集所包含的数据项，双击div控件中数据项名称，即可删除边界条件等的数据项；同时对多个模型的输入输出关系也可通过拖拽的方式进行配置，如A模型的输出为B模型的输入，即可在B模型模板的输入条件div控件中，将A输出的数据集拖进来。通过此项操作，完成模型所需各类数据源，实现模型模板的可视化配置。

作为发明的进一步优选，所述方法还包括管理模型模板版本，对定制的模型模板及集成模型模板进行版本的维护、更新，包括版本的删除、编辑；将步骤4）所设定的模型模板以版本命名保存，对每次所做的模板改动都以不同版本命名保存下来，方便不同情景下模型计算的配置。

本发明的方法基于数据库技术和控件技术，对模型集成采用可视化的模板定制方法，使模型配置简洁便利，同时解决模型集成耦合计算时数据源不一致的问题。本发明方法中的模型适用于水环境领域的所有模型，能够在界面上实现模型快速配置，最大限度减少模型业务人员配置的工作量。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明实施例1方法的数据字典配置方法和界面；

图3为本发明实施例1方法的数据源配置的步骤方法和界面；

图4为本发明实施例1方法的单个模型模板相关数据集配置的方法和操作界面；

图5为本发明实施例1方法的集成模型之间逻辑管理关系的配置方法和操作界面；

图6为本发明实施例1方法的模型版本的更新管理。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例以太湖水质目标模型、太湖水环境容量模型、河道入湖污染物削减分配模型三个模型模板的配置和集成方法为例，对本发明的水环境领域模型集成模板的可视化定制方法进行具体描述。

其中，太湖水质目标模型（简称“模型1”）利用太湖水质和藻类水华暴发规模、频率特征以及相应气象条件等，计算输出太湖不同分区内水质目标，即保证太湖水生态系统稳定的条件下各分区内水体总氮、总磷、氨氮、化学需氧量的目标含量；太湖目标水质容量模型（简称“模型2”）则是为在保证太湖水体达到该水质目标条件下，计算输出太湖不同分区所能容纳的水环境容量；河道入湖污染物削减分配模型（简称“模型3”）依据太湖分区所能容纳的水环境容量，计算出太湖环湖河道允许入湖的污染物通量以及需削减的污染物量；即从模型集成关联的角度上，模型1的输出为模型2的输入，模型2的输出为模型3的输入，模型2需要等待模型1的输出结果并传递为输入，方可启动计算，模型3需等待模型2的输出结果作为输入，方可参与计算。

图1为本发明方法的流程图，包括如下步骤：

步骤一、构建模型集成数据库；

对模型1、模型2、模型3的输入数据、边界条件、初始条件、参数条件和输出数据的格式、调用方式、存储方式等进行标准化整理分析，考虑模型1、模型2、模型3之间的通用数据表和3个模型间关联关系，进行数据库设计，构建的模型集成数据库包括存储水环境领域业务数据的业务数据库、存储基础数据的基础数据库及存储模型定义和运算相关模型数据的模型数据库，对数据库中用于模型计算的静态数据和动态数据进行分类存储；对驱动模型计算所需的业务数据、基础数据和模型计算时需动态更新的数据，即所述动态数据，以关系数据库的形式入库管理，对在模型运算过程中保持不变的静态数据，包括边界条件、外部函数，以文件库的形式存储；如：模型所需的水质数据、水文数据、气象数据以关系数据库形式存储到业务数据库中，基础地理数据、社会经济数据等以关系数据库形式存储到基础数据库中，模型名称、模型集成逻辑关系、模型数据文件组织目录等以关系数据库形式存储到模型数据库中，而各个模型的参数文件等静态文件以文件库的形式存储到模型数据库中。

对输入、输出间具有衔接关系的模型进行关联；设计模型1输出文件“太湖分区水质目标”和模型2输入文件“太湖分区水质目标”以及模型2输出文件“太湖分区水环境容量”和模型3输入文件“太湖分区水环境容量”具有相同的模型计算ID。

步骤二、构建数据字典，配置数据库；

数据字典定义内容包括业务数据库、基础数据库和模型数据库的库表结构和参数类型，以及上述三个数据库以关系数据库形式存储的数据库连接方式与模型数据库中以文件库形式存储的文件存储路径、文件名称和文件类型；

数据字典定义包括设置数据集、数据项的中英文字段名称、该数据集与各数据项存储方式，并对模型集成过程中涉及的枚举类型值进行设置，包括模型名称，水体类型，数据插值方式。

定义模型1、模型2、模型3的数据字典，模型1、模型2和模型3涉及的所有数据表名称、数据表字段。图2为本实施例的数据字典配置方法和界面示意图。

步骤三、配置模型数据源；

设置模型各数据集相关信息，包括定义各模型涉及的业务数据、基础数据及模型数据的数据来源，数据集名称，及数据集下属各数据项的参数；

定义模型1、模型2和模型3的数据源来源，即定义模型1、模型2、模型3的输入数据、边界条件、初始条件、参数条件和输出数据各个数据源的来源和每个数据包含的具体字段；如新增太湖气象数据，指定该数据集来自数据文件，并指定数据文件类型和文件地址，进而增加该数据文件包含的字段名称和字段代码，如蒸发、太阳辐射、降雨、气温、风速、风向、气压、云量、干湿沉降、相对湿度和饱和蒸汽压等字段。定义各模型的输出数据文件格式，如模型1输出数据为“太湖分区水质目标数据”，指定其数据源来自数据文件的格式和路径，定义数据字段样式，包含分区名称、计算时间、总氮、总磷、氨氮和化学需氧量；模型2输出数据为“太湖水环境容量数据”，指定其数据源来自数据文件的格式和路径，定义其数据样式，包含分区名称、计算时间、总氮容量、总磷容量、氨氮容量和化学需氧量容量；模型3输出为“太湖环湖河道水环境容量数据”和“太湖环湖河道污染物削减量数据”，定义其数据样式，如此添加模型1、模型2和模型3计算涉及的各类数据。图3为本实施例所述方法的数据源配置的步骤方法和界面示意图。

步骤四、定制模型模板；

使用ZTree、Div及html输入框dom节点元素，监听html页面鼠标拖拽事件和拖拽对象，在用户界面以鼠标拖拽的形式将数据源与模型计算所需数据进行关联，进行各模型所需的数据集及数据集下属数据项的模板配置；

具体的，本实施例中操作界面如图4所示，左侧采用树状结构罗列所有模型的数据集，右侧罗列每个模型的边界条件、外部函数、初始参数和输出结果包含的数据集和数据项。定制模型1、模型2、模型3的模型模板，在模型下拉列表框中选择模型2“湖泊水质容量模型”，下方分别分类显示模型的边界条件、初始条件、外部条件、初始参数和输出结果包含的数据集以及该数据集包含的数据项，左侧模型数据源中以树状结构罗列出所有配置的模型数据源，包括各模型的输入输出所有数据集；将左侧数据源树状节点拖拽到相应的计算条件中，如拖拽“湖体水质数据”节点到边界条件框中，则“数据集”框中显示“湖体水质数据”，“数据项”框中则自动显示“湖体水质数据”所包含的数据项，在“数据项”框和“数据集”框中双击，则可删除对应的数据项或数据集；如此重复上述操作，完成模型1、模型2和模型3模型模板的配置。

步骤五、集成模型模板设置；

包括集成模型模板逻辑关系设置；在模型模板配置界面，针对业务功能设置各模型间的数据传输关系，包括各模型之间的数据传递关系。将步骤四所设定的模型模板以版本命名保存，对每次进行的模型模板改动以不同版本命名保存，用于不同情景下模型计算的配置。

如图5所示，配置模型1和模型2以及模型2和模型3的关联关系：在模型下拉列表中选择模型2“太湖目标水质容量模型”，选择左侧的树节点“太湖水质目标数据”，通过鼠标拖拽到初始条件“数据集”框中，则太湖水质目标数据包含的字段也自动加载到“数据项”框中，通过此配置，建立了模型1和模型2之间的关联关系，即将模型1的输出数据作为模型2的输入数据。在模型下拉列表中选择模型3“河道入湖污染物削减分配模型”，选择左侧的树节点“水环境容量数据”，通过鼠标拖拽到模型3下方初始条件“数据集”框中，则太湖水环境容量数据包含的字段也自动加载到“数据项”框中，通过此配置，建立了模型2和模型3之间的关联关系，后台会依据模型模板所配置的数据集，自动到相应的位置读取所需的数据。

步骤六、模型版本的更新管理：

对定制的模型模板及集成模型模板进行版本的维护、更新，包括版本的删除、编辑。

如图6所示，重新上传更新后的模型1、模型2和模型3的dll文件，系统自动读取模型dll文件中包含该模型各类数据存储路径和存储的文件名称的配置文件，并与该模型原配置文件相比较，用户在界面上选择覆盖原模型文件还是以新版本保存，若用户选择覆盖原模型文件，对于存储路径和存储文件名称发生变更的数据，提醒用户对模型中变更的数据进行更新配置，在模型模板管理界面的模型列表中选择该模型，重复步骤四；若用户选择以新版本保存该模型，1）以版本号重新命名该模型（命名方式以计算情景+_模型名称+版本号，如“平水年_太湖水质目标模型V1”），并添加到模型模板管理界面的模型列表中，2）在模型模板管理界面的模型列表选中新添加的模型，重复步骤四对新版本模型中变更的数据进行更新配置。

Claims (9)

1.一种水环境领域模型集成模板的可视化定制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）构建模型集成数据库；

包括存储水环境领域业务数据的业务数据库、存储基础数据的基础数据库及存储模型定义和运算相关模型数据的模型数据库；

2）构建数据字典，配置数据库；

数据字典定义内容包括业务数据库、基础数据库和模型数据库的库表结构和参数类型，以及上述三个数据库以关系数据库形式存储的数据库连接方式与模型数据库中以文件库形式存储的文件存储路径、文件名称和文件类型；

3）配置模型数据源；

设置模型各数据集相关信息，包括定义各模型涉及的业务数据、基础数据及模型数据的数据来源，数据集名称，及数据集下属各数据项的参数；

4）定制模型模板；

使用ZTree、Div及html输入框dom节点元素，监听html页面鼠标拖拽事件和拖拽对象，在用户界面以鼠标拖拽的形式将数据源与模型计算所需数据进行关联，进行各模型所需的数据集及数据集下属数据项的模板配置；

5）集成模型模板设置；

包括集成模型模板逻辑关系设置；在模型模板配置界面，针对业务功能设置各模型间的数据传输关系，包括各模型之间的数据传递关系。

2.根据权利要求1所述的可视化定制方法，其特征在于，所述步骤1）包括对各模型输入数据、初始数据、边界条件、外部函数和输出数据的格式、调用方式、存储方式进行标准化整理分析后，进行数据库构建。

3.根据权利要求2所述的可视化定制方法，其特征在于，所述步骤1）中，对数据库中用于模型计算的静态数据和动态数据进行分类存储；

对驱动模型计算所需的业务数据、基础数据和模型计算时需动态更新的数据，即所述动态数据，以关系数据库的形式入库管理，对在模型运算过程中保持不变的静态数据，包括边界条件、外部函数，以文件库的形式存储；

各模型的文件库以统一的文件目录进行组织。

4.根据权利要求1所述的可视化定制方法，其特征在于，所述步骤1）包括，对输入、输出间具有衔接关系的模型进行关联；如果不同模型间的输入和输出存在计算上的衔接关系，设定其输入和输出的主键关系。

5.根据权利要求1所述的可视化定制方法，其特征在于，所述步骤2）中，数据字典定义包括设置数据集、数据项的中英文字段名称、该数据集与各数据项存储方式，并对模型集成过程中涉及的枚举类型值进行设置，包括模型名称、水体类型、数据插值方式。

6.根据权利要求1所述的可视化定制方法，其特征在于，所述步骤3）中，数据集基于目录树管理；通过在数据源目录下输入数据集名称和数据集代码，并设置数据集数据来源，来增加数据集条目；

如果数据集来源为以关系数据库形式存储的业务数据库、基础数据库或模型数据库，则通过设置数据库名称、数据库实例、数据库用户以及数据表名称连接数据库；

如果数据来源为以文件库形式存储的模型数据库，则通过设置文件地址、文件名称、文件类型和分隔符，进行数据文件的读取；

数据项为数据集目录下的参数，在某一数据集目录下，通过输入参数名称和参数代码来增加参数条目；

如果数据项来源为以关系数据库形式存储的业务数据库、基础数据库或模型数据库，则通过设置数据库名称、数据库实例、数据库用户以及数据表名称连接数据库；

如果数据项来源为以文件库形式存储的模型数据库，则通过设置文件地址、文件名称、文件类型和分隔符，进行数据文件的读取；

如果不设置数据项来源，则默认为来自该数据项所属数据集指定的来源方式。

7.根据权利要求1所述的可视化定制方法，其特征在于，所述步骤4）中，在用户界面罗列所有模型的数据集，以及每个模型的算法涉及的参数，包括边界条件、初始条件、外部函数、初始参数和输出结果包含的数据集和数据项，其中模型的数据集采用树状结构罗列；

使用ZTree、Div控件及html输入框dom节点元素，监听html页面鼠标拖拽事件和拖拽对象，通过鼠标拖拽进行数据操作，系统自动读取对各个模型边界条件、输入条件、输出条件、参数条件输入框内拖拽对象的数据字典定义，实现各模型所需的数据集及相应数据项的模板配置。

8.根据权利要求1所述的可视化定制方法，其特征在于，还包括管理模型模板版本，对定制的模型模板及集成模型模板进行版本的维护、更新，包括版本的删除、编辑。

9.根据权利要求8所述的可视化定制方法，其特征在于，将步骤4）所设定的模型模板以版本命名保存，对每次进行的模型模板改动以不同版本命名保存，用于不同情景下模型计算的配置。