IntegratingGoogleMapsEarthIntoanAutomatedOilSpillForecastSystemd的翻譯

1、集成谷歌地圖/地球變成一個(gè)溢油自動預(yù)報(bào)系統(tǒng)作者：侯先龍 霍奇斯本R 建筑與環(huán)境工程學(xué)院土木系，德州大學(xué)系奧斯汀分校摘要 使用谷歌地圖和谷歌地球的可視化實(shí)現(xiàn)對溢油的自動預(yù)測方法，已被融入了流體力學(xué)及溢油的Python（HyosPy）建模系統(tǒng)。HyosPy用于下載風(fēng)力和潮汐的觀測和預(yù)報(bào)，運(yùn)行水動力模型（半隱式歐拉拉格朗日有限元），鏈接到漏油模型（普通的NOAA（美國國家海洋和大氣局）操作建模環(huán)境），以及實(shí)現(xiàn)溢油預(yù)測軌跡的可視化。使用面向?qū)ο蠓椒ㄅcPython代碼，HyosPy可以運(yùn)行水動力溢油模型的多個(gè)實(shí)例，以提供一組由不同的風(fēng)能和潮汐預(yù)報(bào)控制的多個(gè)預(yù)測溢油軌道。HyosPy的自動化允許流體力學(xué)模

2、型被連續(xù)運(yùn)行在一個(gè)服務(wù)器上，使得流體動力預(yù)報(bào)能在泄漏的情況下立即可用。一旦漏油的大小，位置和時(shí)間提供給系統(tǒng)，不需要再有進(jìn)一步的人為干預(yù)。谷歌地圖/地球可視化方法使用了JavaScript工具和Keyhole標(biāo)記語言文件，以給Java功能的設(shè)備的Web瀏覽器提供快速顯示和動畫。HyosPy設(shè)計(jì)有松散耦合體系結(jié)構(gòu)，來達(dá)到快速的更新和適應(yīng)不同的模型和數(shù)據(jù)源。關(guān)鍵詞：溢油預(yù)測，谷歌/地圖/地球，溢油模型，水動力模型，自動化簡介 在沿海地區(qū)的石油泄漏對于環(huán)境和陸上經(jīng)濟(jì)都可能帶來災(zāi)難性的后果。數(shù)千萬加侖的海洋溢油特大事件，如?？松就郀柕掀澓陀凸旧钏仄骄€事故，受到了新聞，公眾和研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)

3、注（例如，馬拉科夫，2014年;里爾登，2011;布萊，2011年）。然而主要的石油泄漏（大于10000加侖）以下的災(zāi)難性水平發(fā)生更為頻繁，也可能導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境惡化。記錄顯示從1978年至1995年一共發(fā)生4100多這樣的泄漏（Etkin和韋爾奇，1997; Li等人，2014年）。這一類的典型溢出是2014年3月的加爾維斯頓灣（德克薩斯州，美國）的“得克薩斯城Y”事故，這被認(rèn)為是已經(jīng)釋放了168,000加侖重油，其中一些被運(yùn)出海灣，并且使得沿海沙灘遍布焦油球（陳，2014年，GLO，2014年;Suydam，2014年）。在美國，應(yīng)急計(jì)劃和應(yīng)對這樣的泄漏是整個(gè)地方，州和聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的共同責(zé)任。有

4、效的溢油應(yīng)急措施需要能及時(shí)的預(yù)測出預(yù)計(jì)溢出的動向和可能的登陸地點(diǎn)。時(shí)效性對于由于不同的風(fēng)和扭轉(zhuǎn)潮流可引起復(fù)雜和振蕩的溢油運(yùn)動的封閉或半封閉的海灣和河口尤為重要。知道是否海灣內(nèi)的油會迅速接近海灘或運(yùn)出海灣到近海水域是應(yīng)急設(shè)備有效定位的關(guān)鍵。對于可能溢油的軌跡來說，快速生成數(shù)據(jù)和傳播視覺預(yù)測是個(gè)挑戰(zhàn)。因?yàn)椴煌哪Ｐ皖愋投夹枰A(yù)測流體力學(xué)和溢油軌跡。德州水資源開發(fā)板（TWDB）和得克薩斯州土地辦公室（TGLO）已經(jīng)制定和隨即實(shí)施了溢油系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)馬上提供結(jié)果的反應(yīng)，并且應(yīng)對辦公室的回應(yīng)和美國國家海洋和大氣管理局的恢復(fù)政策。該TGLO/ TWDB系統(tǒng)采用水動力模型，通過觀測和預(yù)測的風(fēng)力，潮汐和河流流

5、量來預(yù)測表面水流。仿照已提供給溢油模型的電流和預(yù)測的大風(fēng)來預(yù)測石油的溢油運(yùn)動?，F(xiàn)有的系統(tǒng)需要人為干預(yù)來運(yùn)行模式，從一個(gè)模型翻譯數(shù)據(jù)到另一個(gè)，并且傳播預(yù)測結(jié)果。在此，我們提出了使用可視化的地理信息系統(tǒng)（GIS），用于改進(jìn)和形成自動系統(tǒng)。GIS軟件提供了先進(jìn)的工具，用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集的可視化（例如，Beegle - 克勞斯，1999年，價(jià)格等，2006;吳和Wilhite，2004年），它可以被應(yīng)用到溢油預(yù)測可視化。 隨著21世紀(jì)初創(chuàng)作的Keyhole標(biāo)記語言（KML）和谷歌地球在2005年發(fā)布（見表1，1和2），具有強(qiáng)大的基于網(wǎng)絡(luò)的地理信息系統(tǒng)模型集成的業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)模式已經(jīng)成為實(shí)用（如薩基等人，201

6、2; Li等，2010; Sun等，2012; Wang等，2013）。KML幾乎對于所有主要的地理信息系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)的腳本語言，提供了外部模型和谷歌地球之間關(guān)系的關(guān)鍵技術(shù)（例如，博格斯等，2012）。本文的GIS工具被用來模型的后處理方法，來實(shí)現(xiàn)多個(gè)溢油軌跡的可視化和動畫。這些工具的目的是用來提高溢油軌跡的更新能達(dá)到第一反應(yīng)的速度。嵌入式建模方法使用了標(biāo)準(zhǔn)的NetCDF格式的輸入/輸出（I/ O）的一個(gè)松散耦合體系結(jié)構(gòu)，使得其他海洋環(huán)境的應(yīng)用程序可能被開發(fā)作為模型擴(kuò)展。例如，搜索和救援行動，海嘯殘骸，或環(huán)境污染物的來源追蹤的追蹤是可以通過實(shí)時(shí)預(yù)測模型結(jié)果連接，加快各項(xiàng)任務(wù)?？焖偬峁┗赪eb的地

7、圖的能力可能有類似的模型框架，這將簡化溝通和協(xié)調(diào)不同的反應(yīng)任務(wù)。本文重點(diǎn)介紹的預(yù)測溢油軌跡使用谷歌地球和谷歌地圖自動投影，提供集成3-D和世界航空攝影，數(shù)字地圖數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的2-D交互式虛擬模型的能力（巴特勒，2006; Sun等人，2012）。雖然其他商業(yè)和開源GIS可能被用于類似的目的，我們選擇了谷歌地球和地圖的結(jié)合是因?yàn)樗菀撰@得和可以實(shí)現(xiàn)簡單的跨平臺。我們工作的總體目標(biāo)是提供自動溢油事件的預(yù)測,可以更方便的使用網(wǎng)絡(luò)，并不需要超出輸入時(shí)間，位置和泄漏規(guī)模的人工干預(yù)。方法Hyospy System一個(gè)自動化系統(tǒng)，水動力和溢油的Python（HyosPy），已經(jīng)發(fā)展到自動化與谷歌地圖的

8、可視化/地球模型和數(shù)據(jù)連接（杰士與侯，2013;侯等人，2014年）。HyosPy通過兩個(gè)主要的subwrappers（液力包裝和溢油封裝）和I/ O通道實(shí)現(xiàn)了松耦合結(jié)構(gòu)。單一流體動力學(xué)模型的代碼體系結(jié)構(gòu)與單個(gè)溢油模型的連接示于圖1。水動力包裝連接了網(wǎng)上最新環(huán)境預(yù)測系統(tǒng)（例如風(fēng)，潮汐，河流），并且進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以創(chuàng)建水動力學(xué)模型的邊界條件文件。在本系統(tǒng)中現(xiàn)在使用的水動力模型是半隱式歐拉拉格朗日有限元（SELFE）模型（SELFE開發(fā)人員，2013年）。從流體力學(xué)模型的輸出是通過一個(gè)I/O通道，這個(gè)通道通過一般的NOAA運(yùn)行模式環(huán)境（GNOME）溢油模式創(chuàng)建了以NetCDF格式的文件（Ze

9、lenke 等，2012）。GNOME的輸出轉(zhuǎn)換為超文本標(biāo)記語言（HTML）和KML格式分別在谷歌地圖和谷歌地球顯示。通過溢油圍堵和清理作業(yè)的操作，更新這兩個(gè)測量和預(yù)測的風(fēng)力和潮汐能在HyosPy用來驅(qū)動更新的溢油預(yù)測。此外，我們正在開發(fā)一種能力，提供一系列的預(yù)測產(chǎn)生溢出“信封”，而不是一個(gè)單一的溢出軌道單個(gè)風(fēng)/潮/流入預(yù)測。這些功能要求HyosPy同時(shí)處理多個(gè)模型，使用建立水動力/溢油耦合模型的多個(gè)“實(shí)例”面向?qū)ο蟮木幊碳s定完成。HyosPy的每個(gè)實(shí)例生成一個(gè)netCDF文件，提供以可視化層溢出的位置信息。谷歌地圖/地球可視化和動畫谷歌地圖和谷歌地球GIS工具已經(jīng)集成了HyosPy系統(tǒng)的可視

10、化和動畫中。從GNOME輸出的NetCDF文件從Python的使用netcdf4-Python模塊訪問（見表1，3）。工具從GNOME輸出該模塊提取時(shí)間歷程的溢出（緯度，經(jīng)度）。我們開發(fā)了一個(gè)PythonHTML工具，可自動生成一個(gè)基于JavaScript的谷歌地圖的HTML文件指定標(biāo)記的所有溢油軌跡。HTML文件可以經(jīng)由任何支持Java的Web瀏覽器打開，它允許Hyospy的結(jié)果作為2-D的溢出軌跡預(yù)測在一個(gè)網(wǎng)站上立即可用。HTML工具從臨時(shí)堆棧中復(fù)制整個(gè)溢出位置數(shù)據(jù)（緯度，經(jīng)度），并將其寫入到新的JavaScript變量。然后一個(gè)JavaScript的閉環(huán)隨著針對單個(gè)溢出（緯度，經(jīng)度）的G

11、oogle.Maps.Marker構(gòu)造函數(shù)指定標(biāo)記的初始屬性（例如，標(biāo)記的位置，標(biāo)記方式）產(chǎn)生（見表1，4）。谷歌地球通過允許時(shí)間作為第三個(gè)變量提供額外的功能，使得溢出的數(shù)據(jù)集可被顯示為隨著時(shí)間的推移的2維軌跡演進(jìn)和有效的3-D數(shù)據(jù)集。一個(gè)Python KML工具已經(jīng)建立，以動畫形式演示多漏油軌道。由此產(chǎn)生的KML文件，可以使用在所有支持的終端平臺谷歌地球軟件（例如，筆記本電腦，平板電腦和智能手機(jī)）和操作系統(tǒng)（Windows，Mac OSX版，Linux的，和Android）打開。該KML工具可復(fù)制按時(shí)間順序溢出（經(jīng)度，緯度）的時(shí)間歷程，并使用KML元素將其保存單獨(dú)，例如： 2014-02-0

12、4T00：00：00Z#1-97.2752,27.7366在和元素中分別標(biāo)識出單個(gè)溢出一步的準(zhǔn)確時(shí)間和位置。在元素指定不同的標(biāo)記方式，使不同的溢油軌跡可以當(dāng)他們的動畫在谷歌地球上時(shí)進(jìn)行區(qū)分。標(biāo)記樣式是使用元素來確定，在其中定義標(biāo)記刻度，顏色和圖標(biāo)樣式（見表1，5）。案例分析我們通過模擬一個(gè)假想的得克薩斯州（美國）的科珀斯克里斯蒂灣石油泄漏來展示HyosPy系統(tǒng)。水動力模型是v3.1dc并行SELFE與消息傳遞接口（MPI）協(xié)議（見表1，6）。GNOME的溢油模式是NOAA的Linux/ Python的版本 - PyGnome（見表1，7），在2013年九月初發(fā)布。該SELFE流體動力學(xué)模型所采

13、用的是2104節(jié)點(diǎn)和科珀斯克里斯蒂灣模式六種不同層（1.2105個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)）的垂直結(jié)構(gòu)的水平網(wǎng)格輸入。雖然水中運(yùn)動是在三維空間中仿照的，并通過不同的時(shí)間產(chǎn)生變化，漏油模型使用僅限于表面泄漏的PyGnome模擬，產(chǎn)生了隨時(shí)間變化的2-D空間的輸出數(shù)據(jù)集。使用了一臺具有64 bitUbuntu（12.04版）操作系統(tǒng)24邏輯內(nèi)核，64 GB的隨機(jī)存取存儲器（RAM）的英特爾至強(qiáng)處理器56702.93Ghz的臺式電腦對案例進(jìn)行研究。我們使用12 SELFE車型序列，以模擬從午夜2014年2月4日至午夜2014年2月6日的48小時(shí)流體力學(xué)預(yù)測。由于本地計(jì)算機(jī)（總共24邏輯核心）的硬件限制，每一個(gè)模型是

14、由兩個(gè)平行方式運(yùn)行的邏輯處理器MPI調(diào)用。該測試裝置被設(shè)計(jì)用來模擬未來作戰(zhàn)部署中的整個(gè)系列的得克薩斯州沿岸海灣建模和同時(shí)運(yùn)行的多型號多處理器系統(tǒng)。對于案例研究，一種新的模式以掛鐘時(shí)間上的每3小時(shí)開始。該模型的時(shí)間步長是180s。(The starting conditions were created by running the hydrodynamic model for 7 d of “spin-up” time using hindcast observations.)每3小時(shí)，一個(gè)新的模型開始使用最新風(fēng)能和潮汐的觀測數(shù)據(jù),使得運(yùn)行中得到預(yù)測數(shù)據(jù)的分配改變（表2）。更多可觀測的數(shù)據(jù)和更

15、少預(yù)測的數(shù)據(jù)驅(qū)動每個(gè)連續(xù)的模擬。新的溢油軌道在提出一個(gè)新的數(shù)據(jù)下載和模型運(yùn)行的20分鐘后可以使用。初始溢油分布示于圖2，其由圍繞一個(gè)中心位置分布13跟蹤顆粒在（27.836N，97.354W）與相鄰的顆粒之間有10米的距離。為了說明HyosPy的功能，12個(gè)GNOME溢油模型被具有不同風(fēng)或者潮汐或者水流的預(yù)測或者得到的數(shù)據(jù)的12SELFE的模型同時(shí)執(zhí)行。圖3顯示了谷歌地圖一系列的輸出，他們將被用來假想溢油軌跡。在漏油的同時(shí)（圖3a），只有一個(gè)軌道是完全基于預(yù)測的風(fēng)和潮汐的下一個(gè)24小時(shí)預(yù)測。圖3b通過3D分別描繪了在9，18，和36小時(shí)的原來的預(yù)測軌道和額外的預(yù)測曲目。圖4中包含的兩箱區(qū)的特寫影像從圖3d，這說明溢油模型預(yù)測以相對小的例子分散開來。通過谷歌地圖允許漏油預(yù)測通過時(shí)間進(jìn)行動畫處理。圖5顯示從12個(gè)不同漏油預(yù)測軌跡動畫形成的幀將會在漏油開始后的36個(gè)小時(shí)獲得。完整的動畫是從Web提供的鏈接上獲得在表1，#8。結(jié)論該HyosPy模型控制系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)出來，便于溢油預(yù)測的自動可視化。HyosPy自動