CN112989253A - 一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法 - Google Patents

一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112989253A
CN112989253A CN202110363044.0A CN202110363044A CN112989253A CN 112989253 A CN112989253 A CN 112989253A CN 202110363044 A CN202110363044 A CN 202110363044A CN 112989253 A CN112989253 A CN 112989253A
Authority
CN
China
Prior art keywords
reservoir
jupyterhub
scheduling
building
teaching platform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110363044.0A
Other languages
English (en)
Inventor
康传雄
王永文
黄彬彬
桂发亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanchang Institute of Technology
Original Assignee
Nanchang Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanchang Institute of Technology filed Critical Nanchang Institute of Technology
Priority to CN202110363044.0A priority Critical patent/CN112989253A/zh
Publication of CN112989253A publication Critical patent/CN112989253A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90—Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/95—Retrieval from the web
    • G06F16/958—Organisation or management of web site content, e.g. publishing, maintaining pages or automatic linking
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90—Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/95—Retrieval from the web
    • G06F16/957—Browsing optimisation, e.g. caching or content distillation
    • G06F16/9577—Optimising the visualization of content, e.g. distillation of HTML documents
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/10—Services
    • G06Q50/20—Education
    • G06Q50/205—Education administration or guidance

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Educational Technology (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于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。

Description

一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建 方法
技术领域
本发明涉及水库调度和信息化教学技术领域，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。
背景技术
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，本发明提供了一种基于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。
发明内容
本发明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。
本发明提供了一种基于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The Littlest JupyterHub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Concrete Model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AMPL Solver Library接口与数学规划解算器通信。
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
本发明提供的一种基于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。本发明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为本发明实施例提供的基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台框架；
图2为本发明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为本发明实施例提供的JupyterHub用户管理图；
图4为本发明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
下面结合本发明中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，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，都应属于本发明保护的范围。
参照图1-4，本发明提供了一种基于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The Littlest JupyterHub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Concrete Model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。
所述步骤S4中建模对象Pyomo使用ASL(AMPL Solver Library)接口与数学规划解算器通信。
本申请的终端操作系统不限，同时支持电脑和移动端使用(例如平板、智能手机)。任课教师作为系统管理员，用户是学生。学生可以在线编写、修改水库优化调度模型，服务器端处理模型并计算，用户端实时显示计算过程和结果。
本实施例的具体硬件和软件环境如下：
硬件：处理器i9-10900K，内存64G；
操作系统：Ubuntu 18.04.5；
JupyterHub：The Littlest JupyterHub(TLJH)发行版；
水库基础数据：以txt格式存储在公共目录；
数据读写与处理模块：Numpy 1.19.5；
Python优化建模对象：Pyomo 5.7.2；
数学规划解算器：Ipopt 3.12.13、Bonmin 1.8.7、Couenne 0.5.7；
可视化模块：Matplotlib 3.3.4；
管理员访问http://<public-ip>/hub/admin可进行用户管理，如图2所示，用户名是学生的学号，可以添加、删除、修改用户。用户访问
http://<public-ip>/user/<name>可在线编写和计算水库优化调度模型，如图3所示。学生的具体操作步骤如图2所示：①通过学号登入，②打开或新建Notebook，③导入水库数据，④定义决策变量，⑤按规则rule表达目标函数，⑥按规则rule表达约束条件，⑦优化求解，⑧获取决策变量的值，⑨绘图展示优化调度成果。所有计算均在服务器端完成，学生可以在线修改调度模型，并实时显示计算结果。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

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The Littlest JupyterHub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。
4.如权利要求3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。
5.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S4中水库优化调度模型使用Pyomo具体模型Concrete Model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。
6.如权利要求5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。
7.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S4中建模对象Pyomo使用AMPL Solver Library接口与数学规划解算器通信。
CN202110363044.0A 2021-04-02 2021-04-02 一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法 Pending CN112989253A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110363044.0A CN112989253A (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110363044.0A CN112989253A (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112989253A true CN112989253A (zh) 2021-06-18

Family

ID=76338956

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110363044.0A Pending CN112989253A (zh) 2021-04-02 2021-04-02 一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112989253A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160043548A1 (en) * 2013-08-15 2016-02-11 Nec Laboratories America, Inc. Rolling stochastic optimization based operation of distributed energy systems with energy storage systems and renewable energy resources
CN112101818A (zh) * 2020-10-13 2020-12-18 南昌工程学院 一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法
CN112256399A (zh) * 2020-10-28 2021-01-22 四川长虹电器股份有限公司 基于Docker的Jupyter Lab多用户远程开发方法及系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160043548A1 (en) * 2013-08-15 2016-02-11 Nec Laboratories America, Inc. Rolling stochastic optimization based operation of distributed energy systems with energy storage systems and renewable energy resources
CN112101818A (zh) * 2020-10-13 2020-12-18 南昌工程学院 一种适用于复杂水力联系的海绵城市洪涝优化调度方法
CN112256399A (zh) * 2020-10-28 2021-01-22 四川长虹电器股份有限公司 基于Docker的Jupyter Lab多用户远程开发方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
喻中文等: "Arcinfo-Grid模块在三峡库区洪水预报系统中的应用", 《江西水利科技》 *
白墨: ""在 Pycharm 中安装及使用 Jupyter （图文详解）"", 《HTTPS://ZHUANLAN.ZHIHU.COM/P/119021583》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105976659A (zh) 一种基于互联网的信息安全在线开放实训平台
US20180349340A1 (en) Method for building a spreadsheet template with dynamic data transfer capabilities to a remote application
US20190294664A1 (en) Dynamically transferring data from a spreadsheet to a remote application
CN110648568A (zh) 用于人工智能教学的实训平台
Aizstrauts et al. Multi-level architecture on web services based policy domain use cases simulator
Gray et al. A critique of Forrester's model of an urban area
CN112989253A (zh) 一种基于JupyterHub的水库优化调度实践教学平台的搭建方法
TWI680411B (zh) 電子表單建立系統及方法
CN108769233B (zh) 一种基于桌面云的资源优化分配方法
Liu Application of big data technology in the construction of smart campus in higher vocational colleges [J]
Xia et al. Exploration on big data education for computer majors in applied colleges and universities
Kotsampopoulos et al. Validating intelligent power and energy systems–a discussion of educational needs
Paredes-Parada et al. Good ICT Practices for the Integral Development of Ecuadorian Universities
Merzlykin et al. CoCalc: an integrated environment for open science education in informatics and mathematics.
Saracevic et al. Improving university teaching using application for mobile devices based on NetBiscuit platform and integration with the LMS
Marsiglio Stochastic shocks in a two-sector Solow model
Wang et al. UML-based Online Interactive Learning Platform Development and Data Specification for Foreign Language Courses
Zhai et al. University Teaching Management and Education Reform Based on Multisource Data and Edge Architecture of IoT
Liu et al. Research and design of personalized recommendation system model for course learning based on deep learning in grid environment
Gavrilov Development of a wireless sensor network simulator using energy-efficient traffic routing methods
Song Construction of university online examination system based on cloud computing technology
Mingyu et al. Research on the teaching reform of database curriculum major in computer in big data era
Lê et al. Propose a smart classroom model to enhance education experience in industrial revolution 4.0 era
Xie Design of Automatic Education Classification Management System in Cognitive Web Services Platforms Using Machine Learning Techniques.
Wang et al. Design of Online Teaching Platform for Packaging and Printing Course Based on Joint Image Denoising

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210618