CN113312736B - 基于云平台的河网水动力模拟实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于云平台的河网水动力模拟实现方法及系统，基于B/S架构实现，包括：在云端搭建供工作空间，设置对应的模型方案；在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置、成果管理；标准化建模为：基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；模型方案配置为：在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；成果管理为：在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。本发明实现了基于浏览器的河网云建模、云计算与云展示，为复杂河网建模云端化的管理与展示提供有力支撑。

Description

基于云平台的河网水动力模拟实现方法及系统

技术领域

本发明属于水利数值模拟、水利信息化领域，特别涉及一种基于云平台的河网水动力模拟实现方法及系统。

背景技术

河流、湖泊是人类生存和发展的重要资源，为人类提供了重要的生产和生活资源。随着我国社会和经济的快速发展，人口数量的增多，工业化和城市现代化进程的不断加快，社会用水量迅速增加，人们对这些水体的开发利用力度越来越大。河网水动力模型是描述河网水域中水利的数学模型。河网水动力计算是水利、航运和环保等部门经常要进行的工作，可对河网地区的防洪、排涝、灌溉、航运以及水污染等水火灾害防治和水环境保护提供可靠的解决方案。

河口区城市水系具有河网密布、河道纵横交错、闸泵工程数量多等特点，属于全要素复杂河网，即由山区河道、平原河网、湖库、堤防工程、闸泵和下游河口、外海组成的复杂河网系统。这类复杂河网系统对一维河网洪水模拟方法的稳定性要求极高。河网模型中河网不同于单一河流，它的特点在于河网错杂复杂性，以及由此带来方程组离散和求解上的困难，这是多年来人们研究河网问题的一大难题，一维河网水动力模拟是水利数值模拟中重要的组成部分，是水利行业开展涉水工程咨询、洪涝预警预报业务不可或缺的关键环节。国内外广泛普及的水动力建模软件如MIKE、InfoWorks、HecRAS，用于简单和复杂河流系统模拟分析、设计、管理和调度。但是上述软件模型皆为单机应用程序，建模前需进行长时间安装，计算过程中耗时长、耗能高，其对安装部署的计算机提出了高性能要求。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于云平台的河网水动力模拟实现方法，该方法实现了基于浏览器的河网云建模、云计算与云展示，为复杂河网建模的云端化的管理与展示提供有力技术支撑，具有广泛实践意义。

本发明的第二目的在于提供一种基于云平台的河网水动力模拟实现系统。

本发明的第三目的在于提供一种存储介质。

本发明的第四目的在于提供一种计算设备。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于云平台的河网水动力模拟实现方法，该方法基于B/S架构实现，该方法包括步骤：

在云端搭建供用户访问与管理的工作空间，基于搭建的工作空间设置对应的模型方案；

在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置以及成果管理；其中：

标准化建模为：基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置为：在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理为：在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。

优选的，在云端所搭建的工作空间包括了工作空间名称、投影坐标系、高程基面和工作空间说明，基于上述内容进行工作空间的查询；

工作空间的管理包括工作空间的新增、删除、模板选择和/或信息编辑功能；在工作空间中模板选择指的是：将选择的已有工作空间内的模型方案复制一份到新建的工作空间内；

在每个工作空间内配置一个或多个模型方案，所述模型方案新建时包括模板导入、建模名称录入和方案说明录入，基于模型方案名称和方案说明进行工作空间内的模型方案的查询；

所述模板指的是工作空间中完成了标准化建模以及模型方案配置的模型方案；在新建模型方案时，若导入模板，则新建的模型方案中自动加载了模板对应模型方案中的图层及配置的参数。

更进一步的，所述模型方案中标准化建模包括地图制作、图层管理和要素操作，其中：

地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；其中电子地图承载了地图及建模中的各类要素及其拓扑关系的可视化功能；

图层管理为：接收图层建立指令，根据建立指令建立各类要素图层，并且以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了图层中建模要素的导入、显示、隐藏和删除的操作；针对各图层分别建立属性表，通过属性表对图层中的要素进行属性编辑和设置；其中包括：

针对于断面图层，在高程点插入断面后，通过断面图层属性表显示断面的高程地形数据，基于断面图层属性表触发断面地形的陂降地形制作或内插地形制作，基于图层属性表针对所选断面、河流或所有断面，设置河宽缩放系数、高程沉降系数、高程沉降比例进行断面地形的批量自动化修改；基于断面图层属性表触发针对断面进行截断、翻转、修正操作；基于断面图层属性表触发针断面检查，确定断面的地形设置是否正确；

要素操作为：接收用户基于地图工具触发的要素操作指令，根据操作指令进行对要素进行相应操作，包括针对图层中的各类要素进行要素编辑、线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询、要素平移、距离测量、面积测量、坐标低档位和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述标准化建模的具体过程如下：

根据图层要素建立指令，在各图层中分别导入和/或绘制建模要素，并且导入或者录入高程点信息；所述建模要素至少包括河流要素、断面要素和汊点要素；在建模要素导入图层后，通过上述图层管理过程管理各图层，通过上述要素操作行为过程实现各图层中要素的相应操作；

针对于图层中的汊点要素，根据搜索阈值对汊点周围河流与断面进行搜索，自动将多个断面耦合至汊点，实现汊点的自动连接，或者进行汊点的手动连接，从而生成汊点拓扑关系；

在汊点连接完成后，分析并且提取河流中未被设置为汊点的首尾断面，将其设置为边界断面；或者根据导入的shp数据文件自动寻找距离阈值内最近的断面，然后设置为边界断面；或者通过手动方式在断面中选择出边界断面；

导入地形高程点图层，地形高程点图层包含地形数据点位置及点高程数据，将导入的地形高程点图层与断面进行耦合，使得地形高程点根据设定的距离阈值插值到断面中，以左堤距-高程的形式进行描述及存储，从而实现断面地形配置。

更进一步的，所述标准化建模的具体过程还包括检查以及模型方案暂存和恢复，其中：

检查为：针对构建的河网拓扑关系进行自动检查，针对各图层中的要素属性进行自动检查；

模型方案暂存的步骤为：

S11、将所有建模要素序列化为GeoJSON格式数据；

将模型方案所需参数而非建模要素数据序列化为JSON格式数据；

S12、将S11中得到的各项GeoJSON格式数据和JSON格式数据依次经过URICode、Base64、GZiP三次加密压缩，形成网页前端表单结构体，通过Ajax或Axios接口发送至云端服务器；

S14、云端服务器接收表单数据，直接存储于硬盘空间中；

模型方案恢复的步骤为：

S21、接收客户端发送Ajax或者Axios请求，云端服务器基于用户、工作空间、模型方案三参数寻址所需恢复的数据压缩结构体；

S22、云端服务器读取文件并返回数据压缩结构体至客户端；

S23、客户端将压缩结构体依次经过GZiP、Base64、URICode三次解密解压，获得原始数据；

S24、客户端将其中的GeoJSON格式数据反序列化为各图层建模要素，将JSON格式数据反序列化为模型参数实体载入前端浏览器内存。

优选的，所述模型方案中的模型方案配置包括地图制作、图层管理和要素操作，其中：

地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；

图层管理为：以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了要素的显示和藏；

要素操作为：通过地图工具针对图层中的各类要素进行线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述模型方案配置的具体过程如下：

模型边界时序配置：针对标准化建模中设置为边界的断面进行水位、流量、水位-流量关系的边界类型设置，同时配置其相应的时间序列数据或关系数据；

建模要素参数配置：针对水工建筑、线源、水文响应单元、子汇水区要素的参数及相关时序数据进行配置，包括了监测断面设置、断面糙率设置、初始场和统计设置；

模型运行参数配置：配置模型运行相关参数，包括配置模拟时长、起始时刻、输出间隔、计算步长、采样步长、CFL数、重力加速度以及求解方法；

模型方案暂存和恢复；

生成模型：将建模文件自动化转换为一维水动力模型计算所需文件并发送至云端服务器的。

更进一步的，模型方案配置过程中，生成模型的具体过程如下：

S1、对河网三要素进行空间拓扑分析，将河流根据汊点及边界截断为河段，将各个河段及其断面、高程数据、汊点依次转换为模型所需河网拓补结构数据；其中河网三要素包括河流、汊点和断面；

将水工建筑、线源、水文响应单元、子汇水区要素及其拓补关系拼装为前端数据子结构体；

将断面糙率、初始场、监测断面、统计设置数据拼装为前端数据子结构体；

将模型运行参数拼装为前端数据子结构体；

根据河网三要素生成模型矢量图数据；

S2、将S1中得到的数据经过URICode、Base64、GZiP三次加密压缩，形成网页前端表单结构体，通过Ajax或Axios接口发送至云端服务器；

S3、云端服务器对压缩结构体进行解压解密，写入到硬盘空间存储为水动力模型文件，供后续模型运行计算；将模型矢量图存储至云空间，供后续成果管理恢复数据所用；

S4、云端服务器返回浏览器任务执行状态，告知用户模型生成成功与否。

更进一步的，所述模型方案中成果管理包括；地图制作、图层管理和要素操作，其中：

地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；其中通过电子地图承载了模型矢量图的可视化、断面的选取、水面线的绘制；

图层管理为：以树状管理器的形式对模型矢量图中各类要素图层进行管理，包含了要素的显示和藏；

要素操作为：通过地图工具针对模型矢量图中各图层中的各类要素进行线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述成果管理的具体过程包括：

断面水位流量过程查看：接收用户在地图上运用选择工具选取一个或多个断面的指令，接收用户断面水位流量查看指令，在接收到查看指令后，根据用户通过选择工具所选取的断面，查看对应断面的水位流量计算结果数据；并且针对水位流量计算结果进行检查，确定检查是否有断面计算结果超过允许最大流速；

水面线绘制和查看：接收用户在地图上的水面线绘制指令，根据水面线绘制直流进行水面线的绘制，接收水面线查看指令，根据查看指令查看各个时刻河流水面线成果数据；

监测断面查看、分析和报表生成：接收用户针对监测断面的查看指令，根据查看指令查看监测断面水位流量数据成果；对监测断面的计算数据与实测数据进行对比分析；根据监测断面的水位流量数据，生成监测断面潮量验证报表、潮差验证报表、水位验证报表和流量验证报表；所述监测断面为模型方案中被设置为监测断面的断面；

河涌涌容统计：针对于模型方案配置中被配置为河涌的，进行各个时刻进出水量以及总涌容的统计；

湖库统计：针对湖库水位及进出水量进行统计；

水闸统计：针对水闸启闭状态以及过闸流量进行统计；

泵站统计：针对泵站启闭状态及抽排流量进行统计。

本发明的第二目的通过以下技术方案实现：一种基于云平台的河网水动力模拟实现系统，基于B/S架构实现，包括工作空间管理模块、模型方案生成模块、标准化建模模块、模型方案配置模块和成果管理模块，其中：

工作空间管理模块，用于在云端搭建供用户访问与管理的工作空间；

模型方案生成模块，用于在工作空间中设置对应的模型方案，各模型方案下包括标准化建模模块、模型方案配置模块和成果管理模块分别对应实现的准化建模、模型方案配置和和成果管理；

标准化建模模块：用于基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置模块：用户在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理模块：用于在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。

本发明的第三目的通过以下技术方案实现：一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现本发明第一目的所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法。

本发明的第四目的通过以下技术方案实现：一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权本发明第一目的所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法，该方法基于B/S架构实现，包括：在云端搭建供用户访问与管理的工作空间，基于搭建的工作空间设置对应的模型方案；在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置以及成果管理；其中，标准化建模过程中，基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；模型方案配置过程中，在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；成果管理过程中，在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。由上述可知，本发明方法能够综合实现一维水动力模型的构建、模型方案配置及成果可视化展示，形成了标准化、一体化的业务操作流程。

(2)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法中，为基于B/S(浏览器/服务器))架构实现的，因此基于用户端的浏览器和云端服务器即可实现河网水动力模拟，其中在基于浏览器进入相应网页后，基于工作空间管理、标准化建模、模型方案配置以及成果管理四个子页面即可实现建模、方案配置以及成功管理，因此本发明方法高度集成了建模界面，能够将所有建模页面集中到一个网页、四个子页面中，省去在多个模块页面中频繁切换的繁琐操作，建模流程清晰易学。

(3)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法实现了基于浏览器的河网云建模、云计算、云展示和云存储；具体为：

云建模：本发明方法基于浏览器在云端创建的工作空间中进行模型建模，因此无需安装任何软件或插件，方便用户随时随地的应用系统接入进行建模，实现了云建模。

云计算：本发明方法通过服务端高性能云端服务器为模型提供高速并行计算服务，实现了模型计算的云托管，无需占用本地任何资源，实现了计算过程中的用户低粘性。

云展示：本发明方法基于云端工作空间内所配置模型方案的成果管理，能够实现成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出，因此能够满足用户实时在线率定及成果数据演示需求。

云存储：本发明方法中，基于云端工作空间实现了一维水动力模型的构建、模型方案配置及成果可视化展示，在建模、模型方案配置以及成功展示过程中各类型数据时刻都存储在云服务器的工作空间中，因此能够提供随时随地导出功能，无需拷贝携带且无惧数据损坏丢失。

(5)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法中，基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；可见，本发明方法为基于GIS的全新建模方式，摒弃传统基于序号或里程的河网拓扑构建方式，告别离线遥感图下载、配准烦恼，所有建模要素采用地理空间坐标，本发明方法在谷歌、天地图等在线地图上便可轻松完成建模全过程，让复杂的拓扑关系、遥感底图信息变得一目了然。

(6)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法中，在标准化建模和模型方案过程中均包括了图层管理，即以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了图层中建模要素的导入、显示、隐藏和删除等操作功能；因此本发明方法支持任意河道、断面等要素的删减、新增、编辑操作，并可自动更新所有拓扑关系。另外，本发明在建立工作空间和模型方案过程中，能够进行模板选择、模板导入，模板指的是工作空间中完成了标准化建模以及模型方案配置的模型方案；若导入模板，则新建的模型方案中自动加载了模板对应模型方案中的图层及配置的参数，基于此，本发明方法能够支持河网模型合并功能。

(7)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法中，针对各图层分别建立属性表，通过属性表对图层中的要素进行属性编辑和设置；其中包括：针对于断面图层，在高程点插入断面后，通过断面图层属性表显示断面的高程地形数据，基于断面图层属性表触发断面地形的陂降地形制作或内插地形制作，基于图层属性表针对所选断面、河流或所有断面，设置河宽缩放系数、高程沉降系数、高程沉降比例进行断面地形的批量自动化修改；基于断面图层属性表触发针对断面进行截断、翻转、修正操作；基于断面图层属性表触发针断面检查，确定断面的地形设置是否正确；本发明能够提供拓扑关系自动生成与检查、断面地形自动修正、参数异常判断、结果异常断面定位等功能，辅助用户快速定位出错位置并修正模型。另外本发明方法采用了实用的糙率渲染展示方式，使糙率分布一目了然；在水面线设置时，可以溃漫堤河段位置标记，便于快速锁定出险河段；模拟结果支持以图表联动、动画等方式进行展示，快速生成展示所需要的成果。

(8)本发明基于云平台的河网水动力模拟实现方法中，在成果管理时支持计算误差自动分析，率定验证结果图表一键生成，各类生产项目所需统计报表(例如，潮量报表、潮差报表、水位特征值报表、流量特征值报表、精度指标报表、分流比报表等)一键生成等高级功能，极大提高工作效率。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2a和2b分别是本发明方法中水动力模型工作空间界面图和新建工作空间界面图。

图3a和3b分别是本发明方法中模型方案新建界面图和模型方案合并操作界面图。

图4是本发明方法中标准化建模界面图。

图5a和5b分别是本发明方法中导入河流效果图和河流图层属性表图。

图6a是本发明方法中导入断面效果图和断面属性表图。

图6b和6c是本发明方法中断面属性表图。

图6d是本发明方法中断面地形耦合效果图。

图7a和7b分别是本发明方法中导入汊点效果图和汊点图层属性表图。

图8a、8b和8c分别是本发明方法中泵站图层属性表图、右击泵站图案弹出界面图和泵站拓扑关系效果图。

图8d和8e分别是本发明方法中汇水区弹出框图和汇水区拓扑关系效果图。

图9是本发明方法中地图工具条显示图。

图10是本发明方法中标准化建模流程图。

图11是本发明方法中模型方案配置界面图。

图12是本发明方法中边界时序设置界面图。

图13a是本发明方法中监测断面设置界面图。

图13b和13c是本发明方法中模型方案配置中断面糙率设置界面图和糙率设置渲染图。

图13d是本发明方法中线源设置界面图。

图13e是本发明方法中湖库设置界面图。

图13f是本发明方法中水位-容积关系图。

图13g是本发明方法中入流/出流时间序列图。

图13h和13i分别是本发明方法中泵站设置界面图和泵站设置中抽流量时间序列图。

图13j分别是本发明方法中水闸设置中水位过程图。

图13k是本发明方法中水闸状态时间序列图。

图13l和13m分别是是本发明方法中水位响应单元设置截面图和降雨蒸发数据图。

图13n是本发明方法中汇水区及雨站设置界面图。

图13o和13p分别是本发明方法中冷启动初始场设置界面图和热启动初始场设置界面图。

图13q是本发明方法中统计设置界面图。

图13r是本发明方法中运行参数设置界面图。

图14a是本发明方法中成功管理界面图。

图14b是本发明方法中断面水位流量过程界面。

图14c和14d分别是本发明方法中水面线图和水面包络线图。

图14e是本发明方法中监测断面水位流量数据图。

图14f、14g和14h分别是本发明方法中湖库统计数据图、水闸统计数据图和泵站统计数据图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例公开了一种基于云平台的河网水动力模拟实现方法，该方法基于B/S架构实现，用户终端通过访问浏览器能够实现河网水动力的模拟。如图1所示，该方法包括步骤：

S1、在云端搭建供用户访问与管理的工作空间1、2…,N，N为工作空间数量，N大于等于1，基于搭建的工作空间设置对应的模型方案，如图2a所示。

本实施例中，如图2b所示，在云端所搭建的工作空间包括了工作空间名称、投影坐标系、高程基面和工作空间说明，基于上述内容可以进行工作空间的查询。其中工作空间创建时选择合适的坐标系，用户上传的原始数据将会自动转化为该坐标系下数据；工作空间创建时选择合适的高程基面，可供选择的基面包括珠江基面和国家85基面。也可以接收用户自定义的高程基面；通过工作空间说明可以备注对应工作空间特点，便于对工作空间有一个直观的了解。

本实施例中，工作空间的管理包括工作空间的新增、删除、模板选择和/或信息编辑功能，信息编辑功能包括工作空间信息修改等，例如修改工作空间名称、修改工作空间说明等；如图2b所示为新建工作空间的界面，其中在工作空间中模板选择指的是：将选择的已有工作空间内的模型方案复制一份到新建的工作空间内，方便对已有模型方案再次利用，避免重复建模过程，提高工作效率。

本实施例中，在每个工作空间内配置模型方案1,2，…M，M为模型方案个数，M大于等于1，模型方案新建时包括模板导入、建模名称录入和方案说明录入，如图3a和3b所示，基于模型方案名称和方案说明进行工作空间内的模型方案的查询；模板指的是工作空间中完成了标准化建模以及模型方案配置的模型方案；在新建模型方案时，若导入模板，则新建的模型方案中合并进了模板对应模型方案中的图层及配置的参数。

在本实施例中，模板可以包括一个或多个主模板，也可以包括一个或多个主模板以及一个或多个副模板，如图3a至3b所示。在用户界面端，可以设置主模板启用和副模板启用按键，在新建模型方案时，可以不启用主模块和副模板，也可以只启用主模板，不启用副模板，还可以同时启用主模板和副模板。当启用主模板和副模板时，以主模板为基础，副模板中的图层和配置参数合并到主模板。在启用主模板和副模板时，可以直接选择对应模型方案，例如图3b中显示的shp文件。

S2、在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置以及成果管理。在本实施例中，如图2a中所示，以云端创建的工作空间作为数据存储与管理的集合，一维水动力模型所使用的基础数据及分析结果均包含在工作空间内；用户界面设置有工作空间的添加、删除与管理的触发按钮，用户可以在如图2a所示的界面上基于相应的触发按键，进行云端工作空间的添加、删除与管理，用户界面中包含对应工作空间配置的各模型方案下，进入标准化建模界面、进入模型方案配置界面与成果管理界面三个触发模块，通过三个触发模块触发进入模型方案下的标准化建模、模型方案配置以及成果管理的过程。

本实施例中，如图2a中所示，每个模型方案都有计算\终止计算、状态刷新按钮。用于触发/终止模型计算和计算状态的实时监控；当所选取的工作空间中存在计算中的方案，则页面会每隔3秒自动向云端服务端发送请求，刷新模型方案的计算状态信息。

其中：

(1)标准化建模为：基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建。本实施例中，建模钥匙包括河网要素(例如河流、断面、汊点)、水工建筑物(例如湖库、水闸、泵站)、线源、水文响应单元、子汇水区要素等。如图4所示为标准化建模界面，系统导入了珠江河口地区153条河流、3866个断面、28万个高程点进行复杂河网的一维水动力建模。

在本实施例中，标准化建模包括地图制作、图层管理和要素操作，其中：

1)地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；其中电子地图承载了地图及建模中的各类要素及其拓扑关系的可视化功能。

2)图层管理为：接收图层建立指令，根据建立指令建立各类要素图层，并且以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了图层中建模要素的导入、显示、隐藏和删除的操作；针对各图层分别建立属性表，通过属性表对图层中的要素进行属性编辑和设置；其中包括河流图层属性表、断面图层属性、汊点图层属性表等。

本实施例中，河流数据是河道的中心数据，河流图层主要包含的功能有绘制河流、导出河流shp文件、清空要素、修改流向、修改属性表、高亮显示、全局定位、桩号查找、自动生成等距离断面、显示河流流向等。借助工具栏可完成已绘制河流的移动、编辑、选中、信息显示等功能。如图5a所示为河流图层导入的河流效果图。本实施例河流图层中，通过对应的河流图层属性表对河流名称、级别、区域以及河流流向进行记录，同时可以通过属性表修改河流名称、级别、区域和河流流向，如图5b所示。本实施例在河流图层中，可以进行截断河流、河流转向、桩号查找和等距离插入断面的操作，上述操作可以在具体可以在用户界面地图上右击河流后的弹出框中，其中点击【河流方向反转】可直接改变河流流向；点击【桩号查找】，输入桩号查找距离，可跳转至河流上该里程位置，并且地图上该点会闪耀一次。等距离插入断面：在使用该功能前，需先选中两个断面(利用线选或者多边形选择工具)，然后右击河流，选择【等距离插入断面】，输入插值断面间隔距离，点击【确定】，即能够自动插入断面。截断河流，在此处将河流分为两段，主要用于模型合并。

本实施例中，断面数据是用来描述河流横断面地形的，断面图层主要包含的功能有绘制断面、导出断面、清空要素、修改属性表、高亮显示、全局定位、断面地形制作等，当断面与地形耦合后，在断面图层属性表能够检查、修改断面地形，如图6a所述为本实施例导入断面效果图。

具体的：针对于断面图层，在高程点插入断面后，通过断面图层属性表显示断面的高程地形数据，基于断面图层属性表触发断面地形的陂降地形制作或内插地形制作，基于图层属性表针对所选断面、河流或所有断面，设置河宽缩放系数、高程沉降系数、高程沉降比例进行断面地形的批量自动化修改；基于断面图层属性表触发针对断面进行截断、翻转、修正操作；基于断面图层属性表触发针断面检查，确定断面的地形设置是否正确。

如图6b和6c中所示为断面图层属性表，通过断面图层属性表可以记录各断面的属性，包括断面名称、里程、高程地形数据等，本实施例中，在上述的28万个高程点插值入断面后，打开断面图层的属性表，地图选取或通过属性表选取对应断面，可查看断面的高程地形数据。用户通过断面列表修改或右侧断面地形图拖动及增删点进行修改。

基于断面图层属性表，可选取首断面或首末双断面进行断面地形的陂降地形制作或内插地形制作，具体的，断面属性表的地形制作工具有两种：一是根据首末断面地形生成中间断面地形(内插工具)；二是根据前一个断面地形和河道坡降生成后续断面地形(外延工具)；断面属性表的地形制作工具针对同一条河流的诸多断面，使用前先选择河流，在断面属性表左上角选择河流，即可显示该河流上所有断面，且断面按里程从小到大依次排序显示；同时会显示按里程查找一栏，输入里程可以查看距离该里程最近的断面，断面列表里会勾选该断面，地图上高亮显示并跳转到屏幕中心。根据首末断面地形生成中间断面：在上述选择河流操作后，点击勾选框，选择首末断面以及需要插值的中间断面，默认断面列表从上往下数第一个和最后一个断面为首末断面，输入将要插值的中间断面高程点的个数，点击【断面地形制作】，完成中间断面的地形制作。根据前一个断面和坡降生成后续断面：在上述选择河流操作后，点击勾选框，选择作为参照的首断面和后续断面，在坡降一栏输入坡降，点击【断面地形制作(坡降)】完成后续断面的生成。

针对于所选断面、河流或所有断面，本实施例可以设置河宽缩放系数、高程沉降系数、高程沉降比例进行断面地形的批量自动化修改。在断面地形图上右键，可触发右键菜单，对当前断面进行截断、翻转、修正等一系列操作；点击属性表下方的地形检查按钮，可自动检查所有断面的地形设置是否正确，如检查到异常断面则自动提示并地图跳转。检查地形工具按钮主要检查断面地形起点距问题和断面地形高程点数量问题。如果有问题将会提示，并自动勾选、跳转至该断面。当检查断面起点距出现问题断面时，可选择仅修正当前断面起点距或选择修正所有断面起点距，修正原理为：在上一个地形点的左堤距基础上增加0.01m。

本实施例中，汊点用于连接不同河段，汊点图层主要包含的功能有绘制汊点、导入导出汊点、清空要素、修改汊点名称、高亮显示、全局定位、自动生成汊点拓扑关系等。如图7a所示为汊点图层导入的河流效果图。本实施例汊点图层中，通过汊点图层属性表，可修改汊点名称、查看汊点连接断面数和连接的河道，还可以自动生成汊点拓扑关系等，如图7b所示。

另外还包括其他要素图层，例如湖库图层、泵站图层、线源/旁侧入流图层、水文响应单元图层、汇水区图层、水闸图层，其中：

针对于湖库图层中的湖库要素，通过横向或侧向的方式连接河网，横向连接又分为湖库与边界断面的直接连接，湖库通过水闸与边界断面的间接连接。侧向连接指湖库通过水闸与河流连接，湖库的拓扑关系只有湖库与边界断面的直接连接这一种，其余连接方式归类到水闸的拓扑关系中，基于湖库图层属性表可以记录并且修改湖库名称。

泵站图层属性表可以记录并且修改泵转名称以及查看泵站的抽出与排入状态，如图8a所示，针对于各泵转可以设置泵站的抽出断面和排入断面，具体的可以在用户界面地图上右击泵站要素，弹出对话框，点击抽出旁的【+】，单击开始框选非边界断面，双击结束框选，此时与多边形相交的非边界断面设为泵站的抽出断面，点击排入右侧的【+】，单击开始框选非边界断面，双击结束框选，此时与多边形相交的非边界断面设为泵站的排入断面，如图8b所示，以此能够生成泵站拓扑关系，如图8c所示。

线源/旁侧入流用于定义某一河段的侧向汇入流量过程，通过线源图层属性表可以记录并且修改线源名称。在用户界面上单击勾选线源可在地图上选中线源，高亮显示，双击某线源，该线源在地图上高亮显示

水文响应单元图层中水文响应单元图例为多边形，同汇水区可以用颜色区别。通过水文响应单元图层属性表可以记录并且修改水文响应单元名称、流出对象和面积等。水文响应单元用于计算区域产汇流，包含三种连接方式：与湖库连接、与河流连接、与边界断面连接。

汇水区图层中汇水区图例为多边形，通过汇水区图层属性表可以记录并且修改汇水区名称、出口断面以及汇面积等。其中汇水区只能与河流断面连接，且不能连接边界断面，如图8d所示，在用户界面地图上右击汇水区，点击【+】，单击选择出口断面，完成拓扑关系生成，如图8e所示。

通过水闸图层属性表可记录和修改水闸名称、上下游连接情况，并且记录水闸信息，包括闸顶高程、闸底高程、闸孔数量和总净宽等信息。水闸是一种复杂的水工建筑物，按上下游连接对象的不同通常分为七种：横向节制闸、湖泊横向边界闸、湖泊侧向闸、边界水位水闸、湖泊-湖泊闸、河段-河段闸、河段水位侧向闸。其中横向节制闸为：水闸上下游连接两个不同的河道断面；湖泊横向边界闸为：水闸上下游分别连接湖库和边界断面；湖泊侧向闸为：水闸上下游分别连接湖库和河流；边界水位水闸为：水闸只有一侧连接边界断面，另一侧设为水位过程；湖泊-湖泊闸为：水闸上下游连接两个不同的湖库；河段-河段闸为：水闸上下游连接两个不同的河流。河段水位侧向闸为：水闸只有一侧连接河流另一侧设为水位过程，基于上述生成水闸拓扑关系。

3)要素操作为：接收用户基于地图工具触发的要素操作指令，根据操作指令进行对要素进行相应操作，包括针对图层中的各类要素进行要素编辑、线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询、要素平移、距离测量、面积测量、坐标低档位和全图视角操作。

在本实施例中，在用户界面上设置有地图工具单元，以工具条的形式包含了线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询、全图视角功能，通过工具条中对应按钮触发上述功能；如图9中所示。

基于地图制作、图层管理和要素操作，如图10中所示，本实施例标准化建模的具体过程如下：

(1-1)根据图层要素建立指令，在各图层中分别导入和/或绘制建模要素，并且导入或者录入高程点信息；所述建模要素至少包括河流要素、断面要素和汊点要素，根据河网实际情况可以增加湖库图层、泵站图层、线源/旁侧入流图层、水文响应单元图层、汇水区图层、水闸图层等。在建模要素导入图层后，通过上述图层管理过程管理各图层并且生成对应的拓扑关系，通过上述要素操作行为过程实现各图层中要素的相应操作。

如图4中标准化建模界面，基于界面中数据导入可以实现图层要素的导入，导入的数据可以是.shp、.prj、.dbf格式文件，基于图层名称后面的要素绘制按钮，可以在图层中手动绘制要素。

(1-2)针对于图层中的汊点要素，根据搜索阈值对汊点周围河流与断面进行搜索，自动将多个断面耦合至汊点，实现汊点的自动连接，或者进行汊点的手动连接，从而生成汊点拓扑关系。

(1-3)在汊点连接完成后，分析并且提取河流中未被设置为汊点的首尾断面，将其设置为边界断面；或者根据导入的shp数据文件自动寻找距离阈值内最近的断面，然后设置为边界断面；或者通过手动方式在断面中选择出边界断面；

(1-4)导入地形高程点图层，地形高程点图层包含点位置及点高程数据，将导入的地形高程点图层与断面进行耦合，使得地形高程点根据设定的距离阈值插值到断面中，以左堤距-高程的形式进行描述及存储，从而实现断面地形配置，其中断面地形耦合效果图如图6d所示。

在本实施例中，在如图4所示的标准化建模界面，点击【①数据导入】或者点击【④断面地形配置】下拉框中的DM_Point导入，弹出导入文件对话框，可输入高程点与断面的距离阈值，浏览选中有关断地形数据的Shape数据文件(至少选择.shp、.prj、.dbf格式文件)，点击【导入】，完成地形数据的导入。

(1-5)检查：针对构建的河网拓扑关系进行自动检查，针对各图层中的要素属性进行自动检查；

(1-6)模型方案暂存：

S11、将所有建模要素序列化为GeoJSON格式数据；

将模型方案所需参数而非建模要素数据序列化为JSON格式数据；

S12、将S11中得到的各项GeoJSON格式数据和JSON格式数据依次经过URICode、Base64、GZiP三次加密压缩，形成网页前端表单结构体，通过Ajax或Axios接口发送至云端服务器；

S14、云端服务器接收表单数据，直接存储于硬盘空间中；

(1-7)模型方案恢复：

S21、接收客户端发送Ajax或者Axios请求，云端服务器基于用户、工作空间、模型方案三参数寻址所需恢复的数据压缩结构体；

S22、云端服务器读取文件并返回数据压缩结构体至客户端；

S23、客户端将压缩结构体依次经过GZiP、Base64、URICode三次解密解压，获得原始数据；

S24、客户端将其中的GeoJSON格式数据反序列化为各图层建模要素，将JSON格式数据反序列化为模型参数实体载入前端浏览器内存。

(2)模型方案配置为：在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成。本实施例中，如图11所示，在模型方案配置界面中包含水位/流量边界设置、监测断面设置、糙率设置、线源设置、湖库设置、泵站设置、水闸设置、水文响应单元设置、汇水区设置、初始场设置、统计设置、运行参数设置等触发按钮，基于上述各触发按钮触发对应的设置。

本实施例中，模型方案中的模型方案配置包括地图制作、图层管理和要素操作，其中：

1)地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；

2)图层管理为：以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了要素的显示和藏。

3)要素操作为：通过地图工具针对图层中的各类要素进行线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，模型方案配置的具体过程如下：

(2-1)模型边界时序配置：针对标准化建模中设置为边界的断面进行水位、流量、水位-流量关系的边界类型设置，同时配置其相应的时间序列数据或关系数据。

在本实施例中，点击模型方案配置界面中的【水位/流量边界设置】，打开边界时序设置表，如图12所示，左侧显示已设置的边界断面，右侧边界的时间序列关系图，界面能够编辑边界名称，选择边界类型，手动输入或者直接导入边界时序文件，查看导入的边界时序图并支持直接在图上改动；单击某一边界，在地图上选中该边界，高亮显示，双击某边界，在地图上选中该边界，高亮显示并跳转到屏幕中心。其中边界条件可选择的类型有三种：流量边界、水位边界、水位流量关系边界，与湖库、水闸直接相连的边界会自动设置为水位边界。其中如图12中显示的自动插值是针对边界时序数据，如时刻-流量数据、时刻-水位数据，基于自动插值按钮，驱动本实施例模型方案配置过程中自动生成起始时刻与结束时刻之间的时刻及其对应的流量/水位数据。

(2-2)建模要素参数配置：针对水工建筑、线源、水文响应单元、子汇水区要素的参数及相关时序数据进行配置，包括了监测断面设置、断面糙率设置、线源设置、湖库设置、泵站设置、水闸设置、水文响应单元设置、汇水区设置、初始场、统计设置和运行参数设置等。

本实施例中，监测断面即采样断面，模型能够根据用户设置的任意采样步长作为时间间隔输出其水位、流量、流速过程。本实施例中，可以通过以下方式实现监测断面设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【监测断面设置】，打开监测断面设置界面，当前界面左侧显示监测断面列表，右侧是相关功能按钮，如图13a所示。该界面能够修改监测断面名称、手动排序监测断面，删除、清空边界断面，导入验证站点分布图用于设置监测断面，根据用户自己的设置导出验证站点分布图(分布图格式均为Shape数据文件，与边界文件类似)。单击某一监测断面，在地图上选中该断面，高亮显示；双击某监测断面，在地图上选中该断面，高亮显示并跳转到屏幕中心。在本实施例中，可以根据实际请将断面设置为监测端，具体监测断面的设置可以为：在地图上右击断面，选择设为监测断面。如有验证站点分布图，可先导入分布图，然后根据分布图自动选择相近的断面设为监测断面。

本实施例中，糙率是反映对水流阻力影响的一个综合性无量纲数，应尽量参照本地和外地同类型的渠道实测资料和运行情况，使糙率选择切合实际。本实施例中，可以通过以下方式实现糙率设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【糙率设置】，打开糙率设置界面，默认打开常用糙率表，点击【启用水位分级糙率】打开分级糙率表。如图13b所示为模型方案配置中断面糙率设置界面图，图中表格为3866个断面的糙率信息列表，在高级糙率设置模式下，其可分为糙率、低水位、中水位、低水位糙率、中水位糙率、高水位糙率。用户可通过地图线选、框选，或者通过河流下拉框来选择相应断面，对其进行糙率属性的赋值。赋值的模式包含统一赋值，根据缩放系数、增减系数进行赋值等。通过用户界面中点击糙率统计按钮，可对所有断面的糙率进行统计分析；另外可对糙率进行渲染，在糙率渲染后，可依据糙率的最大值、最小值依据选择色带进行断面的分级渲染，效果如图13c地图中断面所示。糙率设置中实现了各个断面基于地形数据的低、中水位自动估算，为用户边界化的分级糙率设置提供智能化保障。

本实施例中，可以通过以下方式实现线源设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【线源设置】，打开线源设置界面，从左往右依次是线源列表，线源时序数据，线源时序图，本界面主要用于线源时间序列数据的输入，如图13d所示。

本实施例中，可以通过以下方式实现湖库设置，具体为：点击模型方案配置界面中的点击【湖库设置】，打开湖库设置界面，左侧显示湖库列表，右侧显示初始状态、水位/容积关系和入流/出流时间序列，如图13e至图13g所示。其中

湖库列表：单击某一湖库，在地图上选中湖库并高亮显示；双击某一湖库，在地图上选中湖库、高亮显示并跳转到屏幕中心。

湖库初始状态：湖库初始状态有两种：水位和流量，选择初始状态后填入初始值，默认为10(m或m³/s)。

水位-容积关系：水位容积关系是湖库一项重要属性，指明不同水位时湖库的容积大小。用户可通过【插入】和【删除】完成水位-容积关系的输入，或者通过粘贴功能完成数据导入，右侧会显示水位-容积关系曲线图。

入流/出流时间序列：用户可通过【插入】和【删除】完成入流/出流时间序列的输入，或者通过粘贴功能完成数据导入，右侧会显示入流/出流时间序列折线图。

本实施例中，可以通过以下方式实现泵站设置，具体为：点击【泵站设置】，打开泵站设置界面，左侧显示泵站列表，右侧显示泵站的控制对象、起排水位、止排水位、抽排时间序列，如图13h所示，其中：泵站列表：单击某一泵站，在地图上选中泵站并高亮显示(若存在控制对象则一并选中)；双击某一泵站，在地图上选中泵站、高亮显示并跳转到屏幕中心。其中：

泵站控制对象包括四种：1＝湖库，2＝河段，3＝单元网格，4＝外部；分别以湖库、断面、单元网格(二维模型涉及)、水闸标记，若为断面ID,则代表ID～ID+1对应的河段。

控制对象选择：点击【从地图上选择】，自动隐藏泵站设置界面，单击选择控制对象(一维系统可选有湖库、断面、水闸)，选择完成后泵站设置界面自动显示(如选择失败，泵站界面不会自动显示)，此时泵站设置界面会显示控制对象的类型和ID。

泵站的起排水位默认为5.0m，止排水位默认为1.0m，均可自行修改。

抽排时间序列：通过【插入】和【删除】以及粘贴功能完成编辑，如图13i所示。

本实施例中，可以通过以下方式实现水闸设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【水闸设置】，打开水闸设置界面，左侧显示水闸列表，右侧显示水闸状态、水位过程、水闸状态时间序列。其中：

水闸列表：单击某一水闸，在地图上选中水闸并高亮显示；双击某一水闸，在地图上选中水闸、高亮显示并跳转到屏幕中心。

水位过程：通过【插入】与【删除】完成数据的导入，或者通过隐藏的粘贴功能将数据集体导入，如图13j所示。

水闸状态maxID：显示水闸状态ID最大值。

水闸状态时间序列：点击水闸状态时间序列下【编辑】按钮，打开相应界面，从左往右依次时间状态设置、4-7状态控制对象设置、状态时间序列折线图和参数标识，如图13k所示。其中：

水闸状态ID从0-7，目前支持八种水闸状态。

0：关闸；1：开闸；2：只进不出，即水流由闸上游对象->闸下游对象时开闸，否则关闸；3：只出不进，即水流由闸上游对象<-闸下游对象时开闸；否则关闸；4：只进不出+控制水位，即闸下水位上涨至控制水位后关闸，即水流由闸上游对象->闸下游对象，且控制对象的水位小于控制水位时开闸，否则关闸；5：只出不进+控制水位，即闸下水位下降至控制水位后关，即水流由闸上游对象<-闸下游对象，且控制对象的水位大于控制水位时开闸，否则关闸；6：进水时达到控制水位即关闸，退水时开闸，即水流由闸上游对象->闸下游对象，且控制对象的水位大于控制水位时关闸，否则开闸；7：调蓄控制，开闸时，控制对象水位小于控制值时，水闸关闭(蓄水)，关闸时，控制对象水位超过控制值时，水闸开启(泄洪)。

水闸时间状态设置通过【新增】与【删除】按钮，以及常用的粘贴功能输入数据。例：0时状态1，1000时状态0，2000时状态1，即代表从0到1000h，水闸处于1开闸状态，从1000h到2000h水闸处于0关闸状态。状态4-7需要设置控制对象，因此在界面中间部分状态选择一列提供4-7状态的设置。以状态4为例，在状态选择栏选择状态4，点击【从地图选择】，该界面自动隐藏，单击选择控制对象(断面、湖库、网格单元)，随后水闸状态时间序列界面自动弹出，控制对象和类型自动填入，用户还需要输入控制水位。

水闸参数标识有六种：无、流量、开度加孔度、水位-流量关系、坝顶高程、上游水位&&下游流量，参数标识＝0：表示水闸按照全开/全闭进行控制。参数标识＝1：表示水闸按照给定的流量过程进行控泄。参数标识＝2：表示水闸按照给定的开度+孔数进行控制。参数标识＝3：表示水闸按照给定的水位-流量关系进行控制。参数标识＝4：表示水闸按照给定的坝顶高程进行控制【橡胶坝】。参数标识＝5：表示水闸按照给定的水位/流量过程进行控泄。

本实施例中，可以通过以下方式实现水文响应单元设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【水文响应单元设置】，打开水文响应单元设置界面，左侧显示水文响应单元列表，右侧显示产汇流计算方法及参数设置和降雨蒸发数据，如图13l所示。其中：

水文响应单元列表：单击某一水文响应单元，在地图上选中水文响应单元并高亮显示；双击某一水文响应单元，在地图上选中水文响应单元、高亮显示并跳转到屏幕中心。

产流计算提供两种计算方法选择：三水源新安江和SCS，均提供默认的参数设置，用户可自行修改。

汇流计算提供马斯京根法，默认蓄量常数KE＝0.08，流量比重因子KE＝0.02，用户根据需求可自行修改。

降雨蒸发数据：打开降雨蒸发数据界面，利用【插入】、【删除】和【粘贴】功能输入降雨量和蒸发量，右侧显示降雨蒸发量柱状图，默认时间间隔1分钟，用户可自行修改，如图13m所示。

本实施例中，可以通过以下方式实现汇水区设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【汇水区设置】，打开汇水区及雨站设置界面，从左往右依次是雨站列表、子流域列表、降雨差值系数，如图13n所示。

子流域列表(汇水区列表)：单击某一汇水区，在地图上选中汇水区并高亮显示，双击某一汇水区，在地图上选中水汇水区、高亮显示并跳转到屏幕中心，同时需要设置该汇水区的产流系数(产流系数在0-1之间)。

雨站列表：有汇水区必须设置雨站，通过【新增】和【删除】完成雨站的添加。

降雨差值系数：新增雨站后，该列会显示所有新增的雨站，用户需编辑各雨站系数，输入原则为各雨站降雨差值系数总和为1。

点击【雨站雨强时间序列】，打开雨强时间序列表，通过【新增】和【删除】以及粘贴功能完成数据的输入。

本实施例中，可以通过以下方式实现初始场设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【启动设置】，进入冷启动和热启动，用于设置模型运行初始条件。冷启动设置包括两种，一种是初始流量+初始水位设置，另一种是初始流量+初始水深设置，如图13o所示。热启动：选择热启动后，在模型方案配置界面下一个按钮【初始场设置】里设置，如图13p所示，包括初始水位、初始流量和初始流速设置，其中右上角快速设置，选择水位、流量、流速分别快速设置选中对象对应的初始值。

本实施例中，可以通过以下方式实现统计场设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【统计设置】，打开统计设置界面，左侧是进出水总量统计，右侧是河涌涌容统计，如图13q所示。进出水总量统计：统计某一河段进出水量情况。点击进出水量统计最下方的【+】新增统计对象，勾选新增的统计对象，然后点击断面选择，在地图上线选断面，所有与直线相交的对面均被选中，并在统计设置里显示单个统计对象最大断面数量以及当前统计对象所涉及的断面。河涌涌容统计：点击河涌涌容统计最下方的【+】新增统计对象，勾选新增的统计对象，然后点击河段统计范围选择，在地图上线选断面。

(2-3)模型运行参数配置：配置模型运行相关参数，包括配置模拟时长、起始时刻、输出间隔、计算步长、采样步长、CFL数、重力加速度以及求解方法；

本实施例中，可以通过以下方式实现运行参数设置，具体为：点击模型方案配置界面中的【运行参数设置】，默认求解方法为有限体积法，其余参数均设定默认值，用户可自行修改。求解方法除有限体积法还有三级联解法、四级联解法、四级联解+压缩矩阵法，如图13r所示，在本实施例中模拟总时长：默认值24h，点击右侧按钮，自动调整至水位/流量边界时间长度最小值。采样步长为监测断面输出的时间步长。

(2-4)模型方案暂存和恢复，参见上述标准化建模过程中的步骤(1-6)和步骤(1-7)，此处不再赘述。本实施例中，模型方案暂存是将用户在模型方案配置里所有的操作进行保存。

(2-5)生成模型：将建模文件自动化转换为一维水动力模型计算所需文件并发送至云端服务器的。本实施例中，在模型方案配置完成后，点击模型方案配置界面中的【生成模型】，跳转至工作空间界面，进行模型方案的计算触发与状态实时自动监控。其中在生成模型后，会触发模型方案中的检查机制，检查通过然后生成可供计算的完整模型。本实施例中，生成模型的具体过程如下：

S1、对河网三要素进行空间拓扑分析，将河流根据汊点及边界截断为河段，将各个河段及其断面、高程数据、汊点依次转换为模型所需河网拓补结构数据；其中河网三要素包括河流、汊点和断面；

将水工建筑、线源、水文响应单元、子汇水区要素及其拓补关系拼装为前端数据子结构体；

将断面糙率、初始场、监测断面、统计设置数据拼装为前端数据子结构体；

将模型运行参数拼装为前端数据子结构体；

根据河网三要素生成模型矢量图数据；

S2、将S1中得到的数据经过URICode、Base64、GZiP三次加密压缩，形成网页前端表单结构体，通过Ajax或Axios接口发送至云端服务器；

S3、云端服务器对压缩结构体进行解压解密，写入到硬盘空间存储为水动力模型文件，供后续模型运行计算；将模型矢量图存储至云空间，供后续成果管理恢复数据所用；

S4、云端服务器返回浏览器任务执行状态，告知用户模型生成成功与否。

(3)成果管理为：在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。本实施例中，通过在模型方案完成后，点击模型方案下的【进入成果管理界面】，如图14a所示，打开成果管理。成果管理界面，包含断面水位流量过程、水面线、监测断面计算结果、河涌涌容统计、进出水总量统计、湖库统计成果、水闸统计成果、泵站统计成果。

本实施例中，模型方案中成果管理包括；地图制作、图层管理和要素操作，其中：

1)地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；其中通过电子地图承载了模型矢量图的可视化、断面的选取、水面线的绘制；

2)图层管理为：以树状管理器的形式对模型矢量图中各类要素图层进行管理，包含了要素的显示和藏；

3)要素操作为：通过地图工具针对模型矢量图中各图层中的各类要素进行线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述成果管理的具体过程包括：

(3-1)断面水位流量过程查看：接收用户在地图上运用选择工具选取一个或多个断面的指令，接收用户断面水位流量查看指令，在接收到查看指令后，根据用户通过选择工具所选取的断面，查看对应断面的水位流量计算结果数据，并且针对水位流量计算结果进行检查，确定检查是否有断面计算结果超过允许最大流速，

本实施例中，断面水位流量过程主要展示任意选中断面的水位、流量、流速计算结果，并根据计算的结果自动生成潮量报表、潮差报表、水位特征报表、流量特征报表以及分流比统计。断面水位流量过程界面从左往右依次是断面列表、断面水位/流量计算结果数据、导入实测数据表、数据时间折线图，如图14b所示。

(3-2)水面线绘制和查看：接收用户在地图上的水面线绘制指令，根据水面线绘制直流进行水面线的绘制，接收水面线查看指令，根据查看指令查看各个时刻河流水面线成果数据。

本实施例中，绘制水面线需先点击加号添加水面线河段。水面线界面主要功能是绘制河段水面线，显示漫堤河段位置。水面线界面从左往右依次是河段列表、河段上的断面信息、所有断面的相关水位/水深信息、左右堤高，下方是水面线绘制图，如图14c所示。其中在点击绘制水面包络线，即可绘制当前河段的水面包络线，右下角可打开漫堤显示，地图上会将模型计算过程中被水淹过的堤岸标红，如图14d所示。

本实施例中，用户基于线条绘制工具，在地图上绘制了水面线后，选取成果时刻，可查看任意时刻的水面线表格及曲线成果数据。表格展示了水面线的断面组成，各断面的计算水位、深泓高程、左堤高、右堤高。曲线图中则与表格数据相对应，以各个断面ID或里程为横轴，绘制了水面线、深泓线、左堤线与右堤线。水面线界面还可查看水面包络线，查看各个断面的极值统计信息，实现了水面线所有数据的导入导出功能。

(3-3)监测断面查看、分析和报表生成：接收用户针对监测断面的查看指令，根据查看指令查看监测断面水位流量数据成果；对监测断面的计算数据与实测数据进行对比分析；根据监测断面的水位流量数据，生成监测断面潮量验证报表、潮差验证报表、水位验证报表和流量验证报表；所述监测断面为模型方案中被设置为监测断面的断面。

本实施例中，监测断面供使用者进行重点断面水位、流量过程查看，各种计算结果报表查看，并与实测值进行对比，提供Echart大图配置和查看功能，支持一件导出计算与实测结果，并绘制对比图功能，如图14e所示。

本实施例中，监测断面成果界面，子窗体左侧列表为用户设置的监测断面，右侧为监测断面的计算成果图。用户通过导入实测数据，可实现实测水位/流量/流速与计算值的对比分析。同时，监测断面成果界面实现了潮量验证报表、潮差验证报表、流量验证报表、水位验证报表等统计报表功能；实现了多个监测断面计算及实测水位流量数据的多表、多图Excel文件输出功能。

(3-4)河涌涌容统计：针对于模型方案配置中被配置为河涌的，进行各个时刻进出水量以及总涌容的统计，河涌涌容统计显示统计河段的水量随时间变化过程。

(3-5)湖库统计：针对湖库水位及进出水量进行统计；本实施例中，如图14f所示，湖库统计界面包含湖库水位/水量过程曲线，入库/出库流量。

(3-6)水闸统计：针对水闸启闭状态以及过闸流量进行统计，如图14g所示。

(3-7)泵站统计：针对泵站启闭状态及抽排流量进行统计，如图14h所示。

(3-8)导出成果作为初始场：具体为按照用户设定的输出步长提供模型每一步计算结果的导出功能，计算结果可用作模型热启动初始场设置导入文件。成果管理中，

(3-9)保存参数设置：具体针对断面水位/流量/流速过程以及水面线设置，在断面水位/流量/流速过程界面保存用户选择的断面，便于下次计算后直接查看计算结果；在水面线界面，保存用户新建的水面线，便于下次计算后直接查看该水面线。

由上述可知，本发明方法包含常见的模型构建、参数设置、模型计算、成果管理，系统简化了建模和率定验证过程，实现了模型标准化建模，自动生成河网拓扑关系，实现模型数据输入与输出的规范化；实现了计算成果的可视性，自动绘制水面线，自动生成涨落潮量、潮位潮差等报表；提供河涌涌容统计，进出水总量统计，湖库、水闸、泵站成果统计等功能。

标准化建模模块主要是在处理一维河网及湖库、水闸、泵站等的拓扑关系。界面内包含了一维水动力模型建模的各类基础数据，是用于分析计算的基础，如一维河流、断面、汊点、湖库、水闸、泵站、水文响应单元、汇水区、线源/旁侧入流等数据；实现了河网全要素自动编号、汊点拓扑关系可视化并自动生成功能，制定了建模数据统一格式，显著提高了模型建模效率，实现了一维水动力模型标准化建模。

计算方案配置即方案相关参数设置和数据导入。界面内包含了水位/流量边界设置、监测断面设置、糙率设置、线源设置、湖库设置、泵站设置、水闸设置、水文相应单元设置、汇水区设置、初始场设置、统计设置、运行参数设置等；利用导入的基础数据和的参数设置可以生成不同的模型，形成不同的计算方案。

成果管理负责将计算结果可视化。界面内包含断面水位流量流速过程、监测断面计算结果、水面线、河涌涌容统计、进出水总量统计、湖库统计成果、水闸统计成果、泵站统计成果等；在断面水位流量流速过程和监测断面界面提供各类报表查询，如潮差、潮位等，提供一键导出excel及出图功能，便于率定。用户也可以编辑某些计算结果，使之变得更加合理。

实施例2

本实施例公开一种基于云平台的河网水动力模拟实现系统，基于B/S架构实现，包括工作空间管理模块、模型方案生成模块、标准化建模模块、模型方案配置模块和成果管理模块，其中：

工作空间管理模块，用于在云端搭建供用户访问与管理的工作空间；

模型方案生成模块，用于在工作空间中设置对应的模型方案，各模型方案下包括标准化建模模块、模型方案配置模块和成果管理模块分别对应实现的准化建模、模型方案配置和和成果管理；

标准化建模模块：用于基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置模块：用户在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理模块：用于在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。

本实施例上述各个模块的具体实现可以参见上述实施例1，在此不再一一赘述。需要说明的是，本实施例提供的装置仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

实施例3

本实施例公开了一种存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现实施例1所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，如下：

在云端搭建供用户访问与管理的工作空间，基于搭建的工作空间设置对应的模型方案；

在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置以及成果管理；其中：

标准化建模为：基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置为：在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理为：在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。

本实施例中，上述各个步骤实现过程截图如实施例1中所述，此处不再一一赘述。

在本实施例中，存储介质可以是磁盘、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、U盘、移动硬盘等介质。

实施例4

本实施例公开了一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现实施例1所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，如下：

在云端搭建供用户访问与管理的工作空间，基于搭建的工作空间设置对应的模型方案；

在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置以及成果管理；其中：

标准化建模为：基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置为：在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理为：在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。

本实施例中，上述各个步骤实现过程截图如实施例1中所述，此处不再一一赘述。

本实施例中，计算设备可以是台式电脑、笔记本电脑、PDA手持终端、平板电脑等终端设备。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于云平台的河网水动力模拟实现方法，其特征在于，该方法基于B/S架构实现，该方法包括步骤：

在云端搭建供用户访问与管理的工作空间，基于搭建的工作空间设置对应的模型方案；

在工作空间设置的模型方案下分别进行标准化建模、模型方案配置以及成果管理；其中：

标准化建模为：基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置为：在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理为：在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出；

在云端所搭建的工作空间包括了工作空间名称、投影坐标系、高程基面和工作空间说明，基于上述内容进行工作空间的查询；

工作空间的管理包括工作空间的新增、删除、模板选择和/或信息编辑功能；在工作空间中模板选择指的是：将选择的已有工作空间内的模型方案复制一份到新建的工作空间内；

在每个工作空间内配置一个或多个模型方案，所述模型方案新建时包括模板导入、建模名称录入和方案说明录入，基于模型方案名称和方案说明进行工作空间内的模型方案的查询；

所述模板指的是工作空间中完成了标准化建模以及模型方案配置的模型方案；在新建模型方案时，若导入模板，则新建的模型方案中自动加载了模板对应模型方案中的图层及配置的参数；

所述模型方案中标准化建模包括地图制作、图层管理和要素操作，其中：

地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；其中电子地图承载了地图及建模中的各类要素及其拓扑关系的可视化功能；

图层管理为：接收图层建立指令，根据建立指令建立各类要素图层，并且以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了图层中建模要素的导入、显示、隐藏和删除的操作；针对各图层分别建立属性表，通过属性表对图层中的要素进行属性编辑和设置；其中包括：

针对于断面图层，在高程点插入断面后，通过断面图层属性表显示断面的高程地形数据，基于断面图层属性表触发断面地形的陂降地形制作或内插地形制作，基于图层属性表针对所选断面、河流或所有断面，设置河宽缩放系数、高程沉降系数、高程沉降比例进行断面地形的批量自动化修改；基于断面图层属性表触发针对断面进行截断、翻转、修正操作；基于断面图层属性表触发针断面检查，确定断面的地形设置是否正确；

要素操作为：接收用户基于地图工具触发的要素操作指令，根据操作指令进行对要素进行相应操作，包括针对图层中的各类要素进行要素编辑、线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询、要素平移、距离测量、面积测量、坐标低档位和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述标准化建模的具体过程如下：

根据图层要素建立指令，在各图层中分别导入和/或绘制建模要素，并且导入或者录入高程点信息；所述建模要素至少包括河流要素、断面要素和汊点要素；在建模要素导入图层后，通过上述图层管理过程管理各图层，通过上述要素操作行为过程实现各图层中要素的相应操作；

针对于图层中的汊点要素，根据搜索阈值对汊点周围河流与断面进行搜索，自动将多个断面耦合至汊点，实现汊点的自动连接，或者进行汊点的手动连接，从而生成汊点拓扑关系；

在汊点连接完成后，分析并且提取河流中未被设置为汊点的首尾断面，将其设置为边界断面；或者根据导入的shp数据文件自动寻找距离阈值内最近的断面，然后设置为边界断面；或者通过手动方式在断面中选择出边界断面；

导入地形高程点图层，地形高程点图层包含地形数据点位置及点高程数据，将导入的地形高程点图层与断面进行耦合，使得地形高程点根据设定的距离阈值插值到断面中，以左堤距-高程的形式进行描述及存储，从而实现断面地形配置。

2.根据权利要求1所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，其特征在于，所述标准化建模的具体过程还包括检查以及模型方案暂存和恢复，其中：

检查为：针对构建的河网拓扑关系进行自动检查，针对各图层中的要素属性进行自动检查；

模型方案暂存的步骤为：

S11、将所有建模要素序列化为GeoJSON格式数据；

将模型方案所需参数而非建模要素数据序列化为JSON格式数据；

S12、将S11中得到的各项GeoJSON格式数据和JSON格式数据依次经过URICode、Base64、GZiP三次加密压缩，形成网页前端表单结构体，通过Ajax或Axios接口发送至云端服务器；

S14、云端服务器接收表单数据，直接存储于硬盘空间中；

模型方案恢复的步骤为：

S21、接收客户端发送Ajax或者Axios请求，云端服务器基于用户、工作空间、模型方案三参数寻址所需恢复的数据压缩结构体；

S22、云端服务器读取文件并返回数据压缩结构体至客户端；

S23、客户端将压缩结构体依次经过GZiP、Base64、URICode三次解密解压，获得原始数据；

S24、客户端将其中的GeoJSON格式数据反序列化为各图层建模要素，将JSON格式数据反序列化为模型参数实体载入前端浏览器内存。

3.根据权利要求1所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，其特征在于，所述模型方案中的模型方案配置包括地图制作、图层管理和要素操作，其中：

地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；

图层管理为：以树状管理器的形式对标准化建模中各类要素图层进行管理，包含了要素的显示和藏；

要素操作为：通过地图工具针对图层中的各类要素进行线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述模型方案配置的具体过程如下：

模型边界时序配置：针对标准化建模中设置为边界的断面进行水位、流量、水位-流量关系的边界类型设置，同时配置其相应的时间序列数据或关系数据；

建模要素参数配置：针对水工建筑、线源、水文响应单元、子汇水区要素的参数及相关时序数据进行配置，包括了监测断面设置、断面糙率设置、初始场和统计设置；

模型运行参数配置：配置模型运行相关参数，包括配置模拟时长、起始时刻、输出间隔、计算步长、采样步长、CFL数、重力加速度以及求解方法；

模型方案暂存和恢复；

生成模型：将建模文件自动化转换为一维水动力模型计算所需文件并发送至云端服务器的。

4.根据权利要求3所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，其特征在于，模型方案配置过程中，生成模型的具体过程如下：

S1、对河网三要素进行空间拓扑分析，将河流根据汊点及边界截断为河段，将各个河段及其断面、高程数据、汊点依次转换为模型所需河网拓补结构数据；其中河网三要素包括河流、汊点和断面；

将水工建筑、线源、水文响应单元、子汇水区要素及其拓补关系拼装为前端数据子结构体；

将断面糙率、初始场、监测断面、统计设置数据拼装为前端数据子结构体；

将模型运行参数拼装为前端数据子结构体；

根据河网三要素生成模型矢量图数据；

S2、将S1中得到的数据经过URICode、Base64、GZiP三次加密压缩，形成网页前端表单结构体，通过Ajax或Axios接口发送至云端服务器；

S3、云端服务器对压缩结构体进行解压解密，写入到硬盘空间存储为水动力模型文件，供后续模型运行计算；将模型矢量图存储至云空间，供后续成果管理恢复数据所用；

S4、云端服务器返回浏览器任务执行状态，告知用户模型生成成功与否。

5.根据权利要求4所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，其特征在于，所述模型方案中成果管理包括；地图制作、图层管理和要素操作，其中：

地图制作为：基于浏览器前端开源GIS中间件OpenLayers为基础，进行在线遥感影像、电子地图的实时加载、坐标系转换、矢量图形的导入显示及实时绘制；其中通过电子地图承载了模型矢量图的可视化、断面的选取、水面线的绘制；

图层管理为：以树状管理器的形式对模型矢量图中各类要素图层进行管理，包含了要素的显示和藏；

要素操作为：通过地图工具针对模型矢量图中各图层中的各类要素进行线选要素、点选要素、多边形选要素、要素查询和全图视角操作；

基于地图制作、图层管理和要素操作，所述成果管理的具体过程包括：

断面水位流量过程查看：接收用户在地图上运用选择工具选取一个或多个断面的指令，接收用户断面水位流量查看指令，在接收到查看指令后，根据用户通过选择工具所选取的断面，查看对应断面的水位流量计算结果数据；并且针对水位流量计算结果进行检查，确定检查是否有断面计算结果超过允许最大流速；

水面线绘制和查看：接收用户在地图上的水面线绘制指令，根据水面线绘制直流进行水面线的绘制，接收水面线查看指令，根据查看指令查看各个时刻河流水面线成果数据；

监测断面查看、分析和报表生成：接收用户针对监测断面的查看指令，根据查看指令查看监测断面水位流量数据成果；对监测断面的计算数据与实测数据进行对比分析；根据监测断面的水位流量数据，生成监测断面潮量验证报表、潮差验证报表、水位验证报表和流量验证报表；所述监测断面为模型方案中被设置为监测断面的断面；

河涌涌容统计：针对于模型方案配置中被配置为河涌的，进行各个时刻进出水量以及总涌容的统计；

湖库统计：针对湖库水位及进出水量进行统计；

水闸统计：针对水闸启闭状态以及过闸流量进行统计；

泵站统计：针对泵站启闭状态及抽排流量进行统计。

6.一种基于云平台的河网水动力模拟实现系统，其特征在于，基于B/S架构实现，应用于上述1-5中任一项所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法，包括工作空间管理模块、模型方案生成模块、标准化建模模块、模型方案配置模块和成果管理模块，其中：

工作空间管理模块，用于在云端搭建供用户访问与管理的工作空间；

模型方案生成模块，用于在工作空间中设置对应的模型方案，各模型方案下包括标准化建模模块、模型方案配置模块和成果管理模块分别对应实现的准化建模、模型方案配置和和成果管理；

标准化建模模块：用于基于网页遥感或电子底图，结合图层管理，进行建模要素的创建以及河网拓扑关系构建；

模型方案配置模块：用户在创建的建模要素以及构建的拓扑关系基础上，进行要素边界、参数和时序的配置以及模型的生成；

成果管理模块：用于在模型生成后进行成果可视化查询与展示、河网数据成果的统计与分析以及各类报表数据成果生成与导出。

7.一种存储介质，存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1~5中任一项所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法。

8.一种计算设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行程序的存储器，其特征在于，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现权利要求1~5中任一项所述的基于云平台的河网水动力模拟实现方法。

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