分布式计算环境下地理空间模型接口及评价方法研究

随着跨学科研究的发展，模型集成的重要性日益凸显，特别是计算机网络为其提供了难得的实施环境。然而，目前对地学模型集成的研究还很薄弱，模型之间紧密耦合且调用方式不一致，严重依赖于人为干预，限制了模型的重用和分布式计算环境下的模型集成。本研究拟以模型接口作为研究对象，从共享和集成的角度，归纳地学模型调用的共性问题，并提出接口评价指标体系。通过分析典型地学模型的描述信息、数据交换和调用过程，提出一种地理空间模型接口。研究如何在分布式计算环境中实现该接口，为通过网络整合分散的数据和模型等资源、实现跨学科模型集成模拟提供依据。最后，基于模型接口评价指标体系开展评估和与其他模型接口的对比评价，并选择湿地生态系列模型开展典型模型共享实践。项目的研究成果对于开展跨学科地学模型共享、重用与集成具有重要意义，也可以为未来构建分布式地学科研环境开展前瞻性研究。

科学计算模型是重要的科研成果，现代科学研究需要跨学科模型的集成，但其共享和集成的复杂度和难度远高于数据和文献等资源类型。随着跨学科研究的发展，模型集成的重要性日益凸显，特别是计算机网络为其提供了难得的平台。本研究以模型接口作为研究对象，从共享和集成的角度，研究了模型建模周期和信息传播过程，从物理层、计算层和语义层等3个层次进行分析，归纳地学模型调用的共性问题，并提出接口体系。通过分析典型地学模型的描述信息、数据交换和调用过程，提出一种地理空间模型接口。探讨了地学模型接口的信息项要点，包括数值、参考系、语义标识方法、扩展方法等。针对分布式计算环境下的模型计算和共享，研究了地理空间模型共享的服务体系，并开展了对地学模型高性能计算的研究,构建了支持多种高性能计算技术的地学模型并行计算框架,包括:对多进程(多核CPU)、OpenGL(GPU)、MPI(高性能计算阵列)和Map/Reduce(云计算)等，并在“资源与环境信息系统国家实验室”和“国家地球系统科学共享平台”的高性能计算环境进行了实验。课题组构建了地学模型共享平台原型，在理论研究的基础上，实现对地学模型的共享支持。该平台完全由课题负责人和参与人员自主开发，避免了对任何商业软件的使用。平台在技术上提供了一套便捷的模型标识和共享支持，仅需要对模型代码进行简单的标识，既可以实现对模型的在线共享发布。针对地学模型的特点，该平台采用了一系列的优化技术，提高模型共享的效率。在模型共享平台的基础上，开展了模型共享应用。在与领域科学家充分讨论的基础上，提出了“陆地表层系统模型分类体系”，并以遥感和生态领域的典型模型开展了模型共享应用研究，发表了相关的论文。共享模型也已经得到了中国科学院、研究所以及“资源与环境信息系统国家实验室”的关注和支持，尝试开展了相关的信息化集成研究，包括与地学e-Science平台的集成、与中科院“生态领域云”的集成等。项目的研究成果对于开展跨学科地学模型共享、重用与集成具有重要意义，也可以为未来构建分布式地学科研环境开展前瞻性研究。在课题资助下，发表SCI论文3篇，发表中文核心论文5篇，参加了AIM, IGARSS等国际会议。