Web环境下水文地理模型共享与动态耦合方法研究

Sharing and integration of geographic models in Web environment provides a distributed approach to solve complex geographic problems. It is also an important trend that geographic information service develops from data service to function service. Different from traditional GIS models (e.g., buffer, overlay, map algebra), hydrological models are a kind of complex geographic models, which usually run based on time-step computations. Such models communicate in a dynamic and bi-direct way, which brings a great challenge to model integration in Web environment. This project provides a flexible method to support dynamic interactions for hydrological model sharing and integration in Web environment. First, hydrological model sharing approach that supports dynamic interactions will be studied. Standard-based service interfaces, structural description and invocation methods will be designed to meet the requirements of time-step based integration. Then, a workflow-based approach will be proposed to compose the model services and geoprocessing services, and manage the complex dependencies. This project also introduces a method based on publish-subscribe mechanism to support dynamic interactions among hydrological models in Web environment. The research results will improve the sharing and resuability of the hydrological models and the interoperability of geoprocessing functions in Web environment. They also can help advance the distributed modelling in geographic domain.

Web环境下地理模型的共享与耦合是地理问题分布式求解的重要途径，也是地理信息服务从数据服务走向功能服务的重要趋势。与传统GIS中的缓冲、叠置、地图代数等简单处理分析模型不同，水文模型作为一类复杂的地理模型，多基于时间步长运行，其耦合具有动态、双向交互等特点，这对Web环境下模型共享和耦合方法提出了挑战。本项目从水文地理模型运行机制和动态耦合需求出发，研究水文地理模型的服务机理与交互机制，结合地理信息服务规范，设计支持互操作的服务接口、服务结构化描述和调用方法；在此基础上，提出基于科学工作流的水文模型服务与处理服务耦合方法，突破传统地理信息服务难以处理模型复杂依赖关系的约束，建立基于发布订阅通讯机制的耦合机理，实现Web环境下水文模型间复杂的数据交互。研究成果对于促进分布式环境下水文地理模型的共享和复用，提升地理信息处理分析模型的互操作能力，实现分布式地理建模等具有重要意义。

Web环境下地理模型的共享与耦合是地理问题分布式求解的重要途径，也是地理信息服务从数据服务走向功能服务的重要趋势。与传统GIS中的缓冲、叠置、地图代数等简单处理分析模型不同，水文模型作为一类复杂的地理模型，多基于时间步长运行，其耦合具有动态、双向交互等特点，这对Web环境下模型共享和耦合方法提出了挑战。针对此，本项目研究Web环境下水文地理模型共享与动态耦合方法，包括支持动态交互的水文地理模型共享方法、基于科学工作流的水模型服务耦合表达方法、基于发布订阅通讯机制的耦合机理。. 本项目按照研究计划，总体进展顺利，已完成拟定的研究内容，发表期刊论文3篇，申请发明专利1项。首先，扩展了国际开放地理信息协会（OGC）推出的空间处理服务（Web Processing Service，WPS）标准，支持水文模型服务分阶段、基于时间步长运行，为Web环境下水文模型的动态交互奠定了基础；其次，提出了基于科学工作流的水文模型服务耦合的表达方法，从概念层、实例层和溯源层组织水文模型服务、处理服务等，为服务间耦合提供了关联；最后，提出了Web环境下基于发布订阅通讯机制的水文模型与观测数据实时耦合方法，提升了水文模型服务的时效性，为服务协同提供了运行机制。为验证方法的有效性，本项目研发了一套水文模型共享与耦合的原型系统，实现了流域径流模拟模型TOPMODEL、暴雨洪涝模型SWMM在Web环境下的共享，以及模型与物联网数据的实时耦合。. 研究成果促进了分布式环境下水文地理模型的共享和复用，提升了水文模型的互操作能力，对实现分布式地理建模等具有重要意义；本项目方法是对OGC WPS标准的扩展，将传统的处理服务标准提升为兼容水文地理模型的标准，对OGC WPS的进一步发展具有借鉴意义；本项目实现了Web环境下观测数据与水文模型的实时、动态耦合，提升了水文模型实时服务能力。