云环境下的水质安全服务平台关键技术-研究

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1、摘要近年来，随着社会经济的快速发展，江河湖泊水质污染和饮用水安全问题频频发生。利用先进的信息技术，构建水质监控预警系统，分析预测水质变化规律和趋势，对突发性水质事故和渐变性污染事故进行及时预警，可以有效减少污染造成的损失，保障饮用水安全。在水质监控预警系统的建设过程中，现有系统无法满足水质数据日益增长和水质模型高性能计算的要求，亟需建立一种有效的水质数据信息服务和高性能计算服务的新模式，为解决海量、异构和分布式水质数据集成与分析多样和复杂水质模型的集成与计算应用提供技术支持。鉴于这一需求，本文利用云计算技术构建水质安全服务

2、平台，通过分布式数据资源层、虚拟化计算资源层和可视化水质模拟渲染模块的构建实现异构水质信息数据的整合、水质模型的高性能并行计算和远程仿真、水质信息和预警信息的可视化。论文主要的研究内容和成果有：(1)进行了水质安全服务平台功能需求分析，完成了基于云计算技术的水质安全服务平台整体架构设计。基于SaaS模式，设计了服务平台的数据资源层、计算资源层、应用服务层和用户层结构和功能。数据资源层可将数据资源作为服务，通过虚拟化接口提供给用户；计算资源层可在满足运行条件情况下自动执行水质数据计算服务，并将计算结果通过可视化渲染模块呈现给

3、用户。用户通过用户层与系统进行交互获得水质计算与数据服务。(2)设计并实现了水质安全服务平台数据资源层。通过桥接模式初步统一了水质数据调用规范。为解决数据异构问题，提出了基于中央数据库和各检测站数据库集成的数据资源层设计方法，并应用反射和Java数据库连接等技术，实现了基于ORM思想的异构数据集成，为数据库访问操作提供支持。j(．3)通过对计算资源虚拟化研究，设计了水质安全服务平台的计算资源层。为j了解决计算资源层中虚拟资源的配置问题，提出了虚拟机控制器设计方案，开发了基于XenServerAPI的虚拟器控制模块；为解决大

4、量任务处理顺序确定问题，研究提出了基于经济模式的任务调度策略，实现了计算资源层的虚拟化计算服务。(4)研究了基于SaaS技术的水质数据可视化渲染技术。通过对用户层、应用层●和数据层实现方法的分析，研究提出了基于三角划分河道动态分段方法和渲染技术，Xl实现了水质污染扩散过程在云端GIS环境下的动画模拟和动态渲染。最后以某河道化学品污染事故为例，进行模拟仿真计算和渲染展示，实现了水质信息数据表现与动态发布。平台通过对上述关键技术的研究，现已初步完成平台的搭建，并实现了水质仿真计算服务、水质数据与水质仿真可视化渲染功能。最终利用

5、突发性水质污染事件对水质安全服务平台进行了测试工作。关键词：SaaS；水质数据；水质仿真；可视化渲染XIIAbstractIntherecentyears，waterpollutioneventsoccurfrequentlywiththedevelopmentofsocietyandeconomy．Establishingwaterqualitymonitoringandearlywarningsystemtoguaranteedrinkingwatersecurityisimportantandnecessary．Do

6、mesticresearchonthisfieldhasjuststarted，andtheexistingsystemCannotmeettherapidgrowingwaterqualitydataandthehighperformancerequirements，SOanewcomputingmodelisurgentlytobeputforward．Inthisthesis，investigationshavebeenconductedontheheterogeneousanddistributedwaterqua

7、litydata，andahigh—performancecomputingmodelonHydrodynamicisbroughtup．Thispapermakesuseofcloudcomputingtechnologytobuildsecurityserviceplatformbyconstructingdistributeddataresourcelayer,virtualizedcomputingresourcelayerandvisualwaterqualitysimulationandrenderingmod

8、ules．Themaincontentsandinnovationsofthethesisareasfollows：(1)Accordingtotheanalysisofthisfield，aWaterQualitySecurityServicePlatform(WQSP)basedoncloudcom