基于模型实体规范的水环境解析解模型库管理分析与应用-management analysis and application of analytical solution model base for water environment based on model entity specification.docx

1 绪论1.1 课题研究的背景及意义三峡库区地处我国中西结合部的长江咽喉地带，上联青、藏、云、贵、川、渝，百 川汇集，下控鄂、湘、皖、赣、江、浙、沪诸省市水源，是实施西部大开发战略的枢纽 和西部经济对外开放的前沿，是全国极为重要的敏感生态经济区，库区的水环境问题受 到国内外的广泛关注。随着三峡库区经济的跨越式发展，以及三峡水库竣工后库区水文 状态的改变，水环境安全面临越来越大的压力，水污染事件逐年增多。自三峡水库2003 年6月开始蓄水135米以来，每年的3~5月或9~10月，库区的大宁河、神女溪、大溪河、 抱龙河、梅溪河、草堂河、澎溪河等支流回水区都出现了藻类异常增殖的“水华”现象， “水华”的频繁爆发给库区经济及城镇饮用水源带来不同程度的危害。此外，城市生活 废水和农村面源污染的排放量仍呈增长的趋势，工业生产或交通运输事故造成的污染物 泄露事件、突发性水污染事件也时有发生，水环境安全面临严峻的挑战。三峡库区水环境安全管理受到重庆市委市政府的广泛关注。截至目前，已经初步建 立了对水污染重大事件进行预警和应急决策的智能平台，以解决政府难以当机立断选择 最佳应急方案的问题。在发生突发性水污染重大事件时，决策者综合各种实际环境信息， 根据专业知识对事件的发展态势，依据该智能平台，作出较为精准的判断，并迅速拟定 处理方案和下达指令。模型库系统作为水环境预警和应急决策智能平台的基础。水质模型开发与应用是实 现三峡库区水环境安全预警的关键所在，在预警和应急决策过程中，起着十分重要的作 用，具有一定的研究意义。现有平台，已经实现了对模型的开发和调用，但在一定程度 上，尚缺乏对模型的开发、管理和应用三者的有效管理，模型系统运行效率低、可扩充 性较差，难以在系统开发完成后添加、删除或修改模型。当面对其它领域的信息管理系 统时，需要对模型库系统重新开发，从而造成人力、物力的巨大浪费。同时由于水质变 化涉及的各类模型较多，相应地水环境解析解模型存在模型种类多、专业性强、状态参 数相对较多等特点，使得使用者根据实际需求选择合适的模型的难度增加。决策者对信 息的掌握不全面，依据个人经验对事件作出较为主观的估计和得出处理方案，容易贻误 处理时机，导致盲目和错误处置，这将直接影响到人民生命财产的安全保护。并且现有 平台存在信息资源共享难的问题，容易造成资源的极大浪费。本课题依托实验室重庆市科技攻关项目“三峡库区水环境安全预警平台建设与科学 决策关键技术研究 ” 项目 （ 基金项目：重庆市科委科技计划攻关项目（ CSTC ， 2006AA7024））的子课题“三峡库区重庆段水环境安全预警系统建设”，以现有的三峡库区重庆段水质解析解模型为基础，探索一种模型管理的新技术和新方法，以 实现模型管理标准化，加强模型库的重用性，进行模型的合理选择，实现模型资源的共享，以利 于三峡库区重庆段水环境安全预警系统进行合理的预警和决策。 1.2 国内外研究现状1.2.1 模型库管理随着科学技术的不断发展，不同领域、不同学科积累了大量的模型。伴随模型系统 规模的日益扩大，实现模型库资源的可重用变得越来越迫切，模型库及其管理系统的需 求也越来越明确。为了能更好地利用模型、共享模型，国内外许多学者从模型库管理系 统的结构体系、模型的表示、存储到模型运行都做了大量的工作。在国内，赵银军等人利用面向对象方法来描述模型，实现了模型的查询、生成、运 行、维护等功能。把模型当作1个对象来处理，利用面向对象的开发语言开发了模型库 管理系统[1]。黄明等人提出了模型的元组表示方法，1个模型被看作是模型数据库中的1 个元组[2]。王劲松通过对模型概念及模型特点的分析，回顾了决策支持系统的两种模型 表示方法和它们的优缺点，提出了在决策支持系统中面向对象的模型表示方法[3]。刘科 研等人根据协同仿真中对于模型管理的需求，提出了基于模型字典和模型结构相结合的 改进面向对象的模型表示方法，研究和实现了模型的版本、配置、操作等管理技术，最 后以汽车姿态控制系统为例，对以上设计思想的可行性加以验证[4]。 在国外，美国国防建模与仿真办公室（Defense Modeling and Simulation Office， DMSO）、美国国防部（DOD）、MEL等多个研究机构已在建模与仿真资源库（Modeling and Simulation Resource Reponsitory，MSRR）系统方面作了大量工作[5]，MSRR中的资 源分布于各军兵种和相关组织机构，包括：陆军建模与仿真办公室（Army Modeling and Simulation Office，AMSO）、空军建模与仿真代理局（Air Force Agency for Modeling and Simulation，AFAMS）、