调控平台
虚拟仿真教学平台
1 虚拟仿真教学平台简介
水资源与水环境虚拟仿真教学平台是在综合集成平台基础上，针对水文水资源、水环境学科日常教学的特点和需求研发的。平台由水文、水资源和水环境3大模块构成，包括5大类实验：水文预报与水利计算虚拟仿真实验、水库与水电站调度虚拟仿真实验、水环境模拟与保护虚拟仿真实验、水资源调配虚拟仿真实验和水灾害事件应急应对虚拟仿真实验，内容涵盖径流预测、洪水预报、水文水利计算、水库调节计算、水电站水能计算、河流水质模拟、水量水质传递影响、水资源调配、应急决策管理等领域。
2 基于平台的仿真教学特点
虚拟仿真教学实验针对的核心人群为老师和学生，基于虚拟仿真教学平台，采用组件技术、知识可视化技术搭建的虚拟仿真教学实验系统能方便老师教学及学生自主学习。
（1）老师教学
基于平台的仿真实验系统是将教学实验的流程以可视化的方式展现，老师在教学的过程中能直观的给学生讲解实验的基本流程；针对不同的实验，平台提供组件库来支撑教学实验的可视化仿真，老师能在教学时对实验进行仿真计算，同时以多种方式展现仿真结果，使学生直观的了解教学实验流程以及实验结果。
基于平台的仿真实验系统可以实现系统的二次开发，由于虚拟仿真应用系统是采用组件，知识图搭建而成，因此老师可以对已有的教学实验流程进行调整，同时可以按照标准的组件开发流程开发新的模型组件，搭建不同情境下的虚拟仿真实验，完善虚拟仿真应用系统。
（2）学生自主学习
可视化的仿真实验系统能使学生充分了解仿真实验的流程及原理，学生可以跟着仿真实验流程一步步学习，包括实验的输入，实验用到的模型方法、模型参数以及最终的仿真结果，同时学生可以手动调整模型参数来模拟不同计算条件下的仿真实验。
由于平台能实现个性化的搭建仿真实验应用，同时有组件库，知识图库作为支撑，因此学生可以在实验教师的指导下，自主选择实验项目、设计实验方案、完成实验内容、撰写实验报告，使学生在实验活动中由被动变为主动，由“要我做实验”变为“我要做实验”，培养学生的自主创新能力。
3 在线实验
在虚拟仿真实验中心网站上，老师或同学可以开展在线实验，开始实验首先需要安装知识平台，点击网页中的“点击下载平台”可下载知识平台，平台安装完成后选择要开展的实验，点击对应的“开始实验”按钮，弹出下载框，下载完成后双击即可进行实验，下图是虚拟仿真教学中心在线实验模块的界面。
以“多模型组合洪水预报仿真实验”为例说明在线实验的步骤
（1）实验目的
1）了解多模型洪水预报过程，掌握多模型洪水预报的基本原理和方法。
2）掌握多个优化算法，将其应用于洪水预报模型的参数率定，实现多模型组合下的洪水拟合和参数率定。
3）熟悉洪水预报模型的结构和逻辑特性，能够运用洪水预报模型组件库搭建洪水预报模型。
4）能够根据多模型洪水预报的特殊性，确定出以多个模型预报值中的最大值和最小值为准的预报区间，最终生成带有范围的预报方案。
（2）实验流程
（3）实验过程
在虚拟仿真实验中心网站的在线实验界面，选择“多模型组合洪水预报仿真实验”点击开始实验，弹出下载框，如图所示
点击保存，选择路径将实验保存在电脑中。双击下载好的实验，打开后如下图所示。
本次实验针对洪水预报模型在结构和逻辑上的特性，搭建出多模型组合的洪水预报仿真系统。通过分析洪水预报的基本原理与方法，筛选出能够满足应用需求的模型进行实验，并在优化算法的基础上对预报模型的参数进行优选和率定，最终实现基于新安江模型、萨克纳门托模型、水箱模型、陕北模型的洪水预报过程，并对多模型洪水预报结果进行对比分析。如下图所示，左起第一个图为多模型洪水预报结果的对比，依次分别为单一模型的洪水预报结果。
预报方案涉及洪峰流量、峰现时间和径流量三个指标，针对多模型的特殊性，我们选取每个模型预报洪水的特征值，再以这些特征值的区间作为预报方案。依据此思路，我们对东洋河流域多模型洪水预报进行评价并给出推荐流量和预报方案。如上图所示，左上部分为洪水预报流程，图中右边从上往下依次为推荐预报流量、预报流量可信度、预报方案评定及生成的预报方案。从预报可信度的表中我们可以看出，新安江模型可信度为0.798，萨克拉门托模型为0.773，陕北模型为0.77，水箱模型为0.752。因此，可以将新安江模型的预报流量过程作为推荐的预报流量。
