[發明專利]一種多中心流域水環境分布式集群管理系統及方法

有效

• 申請號: 201410506093.5
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104268695A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 張萬順;彭虹;王永桂
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/00;G06F17/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 薛玲

技術領域

本發明屬于流域水環境管理技術領域，涉及一種多中心流域水環境分布式集群管理系統及方法，尤其是涉及一種基于流域水環境數值模型的適用于流域不同管理單位使用的流域水環境動態監控、風險預警評價和突發事件應急響應的管理決策支持系統及管理方法。

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背景技術

隨著人類獲取信息的技術手段不斷變化、個人或單位作為個體在網絡世界的參與度不斷加深，同時加之以云計算、物聯網、移動等技術的興起，人們所獲取的數據和有意向發布的數據不斷增加，人類已經進入數據大爆炸的全新的大數據時代。隨著大數據時代的到來，人類在大數據領域的數據存儲、數據管理和數據計算技術也取得了進步；數據存儲硬件容量不斷得到提升、存儲器數據吞吐量增加、網絡間數據傳輸速度加快、并行計算、分布式集群計算以及云計算的出現，使得不應用高性能大型計算機通過pc機的集群共享實現高速運算成為可能。

在大數據領域內，google采用MapReduce并行計算編程模型、BigTable分布式結構化數據存儲以及GFS分布式文件系統等核心技術，使得google在面對互聯網大容量、多類型、高時效的數據處理中，異軍突起；2004年其公開發表了這三大核心技術，同時基于分布式集群計算和并行計算的MPI標準與OPENMP的發展與廣泛應用，更進一步促進了分布式并行計算在互聯網領域、計算機領域的快速發展；我國互聯網和計算機的領軍企業阿里巴巴、騰訊、中國移動、華為等相繼構建了自身企業級別的集群計算服務體系，向全世界提供優質計算和信息服務。分布式集群計算，通過整合集群內的軟硬件資源、構建云中心，在并行計算數據模型的支持下，成為人類在當前和未來以相對低廉的代價滿足大數據、大環境的需求的重要手段，這是一套新興的技術，正處在蓬勃而快速的發展之中。

在流域環境領域，環境問題越來越呈現出大流域、大范圍的普遍性問題，流域內上下游左右岸之間的環境聯系越來越緊密，單純從局部探討環境問題解決環境問題已經無法滿足現實的需要。自從人們認識到環境問題的嚴峻性后，從科學研究、政府行為等方面開展了一系列的工作。隨著環境監測管理部門和科學研究者在環境監測上的持續投入，環境監測技術取得了重大的發展且在實際中不斷應用；我國各流域相繼建立了流域管理機構以及下級環境保護與管理機構，這些機構在流域內布設了大量的自動監測站、開展了一系類的環境研究，流域內獲取的環境數據不斷增加、人工監測調查的頻率不斷加大、積累了大量的流域地理地貌、社會經濟、氣質水文水質等數據；同時，環境監測手段的發展、遙感技術、航拍技術、立體掃描技術等獲得的環境數據的種類不斷增多、在傳統的結構化關系表數據的基礎上，流域DEM、遙感影像、圖片視頻等非結構化數據也呈現出爆炸式的增長；為處理這些數據、各級環境管理部門購置了大量的存儲設備和硬件計算設備；并針對不同的環境問題，開發了各種模擬環境中某一或多種環境現象現狀、趨勢預測的環境數值模型，這些模型包括氣象模型、面源污染模型、點源模型、水動力模型、水質水生態模型和突發事件模型等。

無論從硬件資源、數據資源還是計算模型資源上，環境領域已經迎來了大環境數據的時代；但在這樣的時代背景下，各級環境管理研究機構仍各自為政、對同一流域的研究管理，上下級機構和不同的研究部門之間缺乏有效地信息共享資源共享機制，數據的重復收集、硬件資源的盲目布設和軟件系統的重復開發等現象普遍存在；流域各級部門之間的數據缺乏統一的管理和規范、軟件之間缺乏有效合理的接口、硬件設施無法互聯共享；給流域的統一管理、共同行動造成了較大的困難。如何合理科學的管理環境領域的大數據并從中分析出有用的信息以進行高速高效的應用，避免數據的重復收集、盲目建設、無效生產和低效利用是解決當前環境大數據的生產問題、共享問題、管理問題以及應用問題的難點和關鍵。

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發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種多中心流域水環境分布式集群管理系統及方法。

本發明的集群管理系統所采用的技術方案是：一種多中心流域水環境分布式集群管理系統，其特征在于：包括系統作業管理中心、數據分布式集成中心、數值模擬中心、環境決策支持服務中心和客戶端業務中心；

所述的系統作業管理中心(簡稱管理中心，NodeMaster)為集群管理系統的業務分配管理與系統狀態評估中心，是進行系統業務部署與作業分配的主節點，使集群管理系統中的服務器和工作站、計算器能協同分工合作，并實時記錄接收與可視化展現集群管理系統中運行計算機的工作狀態，快速發現定位運行故障、恢復系統正常運行，實現集群管理系統的自動化、智能化業務處理；