实验名称

基于立体感知的智慧水利大数据系统

虚拟仿真实验

实验日期

院 系

专 业

班 级

姓 名

文本空5

一、实验目的

本实验通过“虚实结合”的智慧水利大数据系统开发实验过程，培养学生掌握大数据系统开发技术，深入理解大数据技术在智慧水利场景中的应用，在实践中逐步形成服务祖国发展的责任担当，切实发挥实践教育在立德树人中的重要作用。通过实验达到以下教学目标：

（1）培养学生树立正确数据时代信息处理理念，理解大数据技术的优势与局限性，开拓学生在数据科学领域视野，为其在科学研究、工作实践过程中有效地应用大数据技术解决相关问题提供必要基础，培养学生卓越工程师意识。

（2）掌握物联网大数据的管理方法，能够开发一个大数据系统，通过“端-管-云-用”的物联网架构，从复杂数据中获取准确的信息需要分析数据属性和发现不同数据点之间的关联，培养学生的大数据思维能力。

（3）掌握完整的大数据系统设计流程，培养学生的创新能力，能够将所学设计技术与方法综合运用于具体的大数据工程案例中，培养学生解决复杂工程问题的能力。

（4）了解大数据领域发展的前沿动态与趋势，培养学生具有良好的人文社会科学素养、职业道德，团结合作精神和终身学习能力。

二、实验器材

（1）PC电脑：CPU Intel i3 以上，内存 4G 以上，本虚拟仿真实验使用硬盘容量不低于1G。

（2）温湿度传感器、PH值传感器、水位传感器等。

（3）路由器、交换机。

三、实验原理

基于立体感知的智慧水利控制系统虚拟仿真实验项目，根据气象变化、作物需水等情况，以“灌溉控制智能化、灌区管理信息化”为总体要求，以“农田灌排工程、智能监控工程”工程建设为基础，立足于多源异构数据，以灌区灌溉用水为研究对象，从智慧水利灌区数据层、传输层、应用层等实验内容入手，通过水利感知设计、水务现场管理、水务云端管理、大数据应用部署等实现智慧水利控制系统的实时数据采集和远程监视与控制。（实验原理如图1所示）实验将物联网开发技术、大数据分析、挖掘、可视化技术等应用到水利灌区自动控制系统中，学生综合运用程序设计语言、算法与分析、通信与网络、计算机接口控制等专业知识设计并实现“端-管-云-用”大数据系统，培养学生解决复杂工程问题的能力。

本虚仿实验考察的知识点共有 7个：

1）智慧水利系统的基本组成和架构原理；

2）水利感知设计；

3）水务现场管理；

4）水务云端管理；

5）配水网络设计；

6）抽水调度优化；

7）大数据应用部署。

四、实验过程及步骤

（1）基础认知实验”-理论学习：了解实验原理、目标，完成预习题。

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（2）基础认知实验”-设备认知：查看实验所需水利设备和装置。

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（3）水利感知”-拓扑搭建：水闸场景下完成水利感知系统的拓扑搭建。

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（4）水利感知”-协议编写：查阅所选择的协议文档，完成相关协议编写

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（5）水利感知”-习题测试

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（6）水务现场管理”-最短路径规划：最短路径规划算法学习预习与测试

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（7）水务现场管理”-最短路径基础算法：智慧水利系统中Dijsktra算法设计

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（8）水务现场管理”-最短路径进阶算法：智慧水利系统中LP和MapRuduce算法设计

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（9）水务云端管理”-河道漂浮物识别：基于深度学习目标识别预习

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（10）水务云端管理”-河道漂浮物识别：视觉分析算法设计

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（11）“配水网络设计”基础：配水网络预习和习题测试

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（12）“配水网络设计”进阶：现场水利关系配置传感器设计

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（13）“抽水调度优化”基础：强化学习与服务器部署预习与测试

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（14）抽水调度优化”算法：优化抽水调度设计

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（15）智慧水利大数据应用部署：Docker容器化部署应用

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（16）导出实验报告与课程反馈分析

五、实验总结

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六、教师评价

文本空8