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水利数字孪生实验二

2026-06-04 09:05:40

来源：本站编辑

阅读量：

中小水库预报调度系统 — C4 组件图（Component）中小水库预报调度系统 — C4 容器图（Container）title 中小水库预报调度系统 - C4 组件图(Component)title 中小水库预报调度系统 - C4 容器图(Container)外部数据 → 数据接入组件 → 预报 / 调度组件1. 绘制 **中小水库预报调度数字孪生系统 C4 上下文图**中小水库预报调度系统 — C4 上下文图（Context）> **中小水库预报调度数字孪生系统**title 中小水库预

# 基于**中小水库预报调度（水利数字孪生）** C4 模型绘制系统架构图

## 实验要求：
1. 参照[实验报告模板](/u/cms/www/202605/28064747qjhh.docx)撰写实验报告，内容填写完整，实验时间填写为上实验课的时间
2. 每个练习中绘制的图形截图到实验报告中
3. 实验报告以“学号-姓名-水利数字孪生平台设计架构实验二”命名，按时提交到雨课堂**水利数字孪生平台设计架构实验二**
4. 使用指南参考[PlantUML绘制C4Model](https://star.jmhui.com.cn/p1/1161.html "PlantUML绘制C4Model")

> 前置统一环境（全体学生通用离线模板，直接复用）
> 所有绘图基于本地 C4 库 + 图标库，**纯离线运行**，头部统一模板：
> 实验部署plantUML server地址：https://daf.jmhui,com.cn
> 也可以使用https://app.diagrams.net/ 画图工具中的C4 模型绘制
下面是采用PlantUML的示例代码

```plantuml
@startuml
' 离线C4全局配置（所有题目共用，无需修改）
!include <C4/C4_Context>
!include <C4/C4_Container>
!include <C4/C4_Component>
' 技术图标库
!include devicons/java.puml
!include devicons/mysql.puml
!include devicons/redis.puml
' 统一默认布局：从上到下
top to bottom direction
SHOW_LEGEND()
@enduml
```

> 业务背景统一说明（所有题目共用）
> **中小水库预报调度数字孪生系统**：面向水利管理人员、巡检人员，实现水库**实时水情监测、水文预报、洪水调度方案计算、三维孪生可视化、闸门远程控制**；对接外部水文监测站、气象系统、水利上级平台。
> 
>

---
---

#  练习1：中小水库预报调度系统 — C4 上下文图（Context）

### 对应知识点

C4 第一层：**上下文视图**。只描述**使用角色、目标系统、外部依赖系统**，不拆解内部结构，用于定义系统整体边界与外部交互关系。

### 题目要求

1. 绘制 **中小水库预报调度数字孪生系统 C4 上下文图**；

2. 梳理角色与系统：

- 角色：**水库管理人员**（日常监测、下发调度指令、查看预报结果）

- 内部系统：**中小水库预报调度数字孪生系统**

- 外部系统：
    ① 自动水文监测站（实时采集水位、雨量、流量数据）
    ② 气象预报系统（提供降雨、气温气象数据）
    ③ 上级水利监管平台（上报调度结果、水情数据）

3. 使用标准 C4 元素：`Person` / `System` / `System_Ext`；

4. 连线标注交互行为，布局为 `top to bottom`；

5. 标题规范，开启图例。

### 作答提示

1. 内部整体系统用 `System`，外部第三方系统统一用 `System_Ext`；

2. 连线方向遵循**数据 / 请求流向**；

3. 不拆分系统内部任何模块。

### 参考代码

```plantuml
@startuml
!include <C4/C4_Context>

title 中小水库预报调度系统 - C4 上下文图(Context)
top to bottom direction

' 系统使用角色
Person(Manager, "水库管理人员")

' 核心内部系统
System(ReservoirSys, "中小水库预报调度数字孪生系统","水情监测、水文预报、调度计算、三维可视化")

' 外部依赖系统
System_Ext(HydraStation, "自动水文监测站", "采集水位、雨量、实时流量")
System_Ext(WeatherSys, "气象预报系统", "提供区域降雨、气象数据")
System_Ext(SupervisePlatform, "上级水利监管平台", "接收上报数据与调度方案")

' 交互关系
Rel(Manager, ReservoirSys, "查看水情、执行调度、查询预报")
Rel(HydraStation, ReservoirSys, "推送实时水文监测数据")
Rel(WeatherSys, ReservoirSys, "同步气象预报数据")
Rel(ReservoirSys, SupervisePlatform, "上报水情、调度执行结果")

SHOW_LEGEND()
@enduml
```
---

# 练习2：中小水库预报调度系统 — C4 容器图（Container）

### 对应知识点

C4 第二层：**容器视图**。在上下文基础上，将系统拆分为**独立部署、独立进程**的容器单元（前端、网关、后端服务、缓存、数据库、三维孪生引擎等），标注技术栈、功能，划分系统边界。

### 题目要求

基于练习 1 的业务场景，绘制 **C4 容器图**：

1. 保留原有角色、3 个外部系统；

2. 在系统边界内拆分以下容器（部署单元），标注**名称、技术栈、功能**，可选搭配图标：

- 管理端 Web 前端（Vue，管理人员操作界面 \+ 三维孪生展示）

- 统一 API 网关（Spring Boot，请求鉴权、路由、流量控制）

- 预报调度业务服务（Spring Boot，核心预报、调度计算逻辑）

- 实时数据缓存（Redis，缓存短时水情、气象数据）

- 三维孪生可视化引擎（独立服务，水库场景渲染、态势展示）

- 业务数据库（PostgreSQL，存储历史水情、调度记录、基础台账）

3. 所有内部容器放入 `System\_Boundary` 边界内；

4. 完整绘制**全链路调用 / 数据流向**；

5. 纵向布局，格式规范。

### 作答提示

1. 前端、网关、业务服务、引擎用 `Container`；数据库用 `ContainerDb`；

2. 外部系统仍使用 `System_Ext`，放在边界外；

3. 数据流向：监测站 / 气象 → 业务服务 → 缓存 / 数据库；人员操作：前端 → 网关 → 业务服务。

### 参考代码

```plantuml
@startuml
!include <C4/C4_Context>
!include <C4/C4_Container>

title 中小水库预报调度系统 - C4 容器图(Container)
top to bottom direction

Person(Manager, "水库管理人员")

' 系统整体边界
System_Boundary(ReservoirBoundary, "中小水库预报调度数字孪生系统"){
    Container(WebFront, "管理Web前端", "Vue", "操作界面+三维孪生展示", $sprite="vue")
    Container(Gateway, "API网关", "Spring Boot", "请求鉴权、路由转发", $sprite="spring")
    Container(BizService, "预报调度业务服务", "Spring Boot", "水文预报、调度方案计算", $sprite="spring")
    Container(VisualEngine, "三维孪生引擎", "图形服务", "水库场景渲染、态势可视化")
    Container(DataCache, "实时数据缓存", "Redis", "缓存短时水情、气象数据", $sprite="redis")
    ContainerDb(BizDB, "业务数据库", "PostgreSQL", "存储历史数据、台账、调度记录", $sprite="postgresql")
}

' 外部系统
System_Ext(HydraStation, "自动水文监测站", "采集水位、雨量、流量")
System_Ext(WeatherSys, "气象预报系统", "同步气象、降雨数据")
System_Ext(SupervisePlatform, "上级水利监管平台", "接收上报数据")

' 交互链路
Rel(Manager, WebFront, "登录、查询、下发调度指令")
Rel(WebFront, Gateway, "HTTP 请求")
Rel(Gateway, BizService, "转发业务请求")
Rel(BizService, VisualEngine, "推送数据，驱动三维场景")
Rel(BizService, DataCache, "读写实时监测数据")
Rel(BizService, BizDB, "读写历史数据与台账")

Rel(HydraStation, BizService, "推送实时水文数据")
Rel(WeatherSys, BizService, "同步气象预报数据")
Rel(BizService, SupervisePlatform, "上报水情与调度结果")

SHOW_LEGEND()
@enduml
```

---

# 练习 3：中小水库预报调度系统 — C4 组件图（Component）

### 对应知识点

C4 第三层：**组件视图**。对**单个核心容器（后端业务服务）** 进一步拆分内部代码模块 / 功能组件，体现服务内部模块化设计、组件间调用关系。

### 题目要求

在练习 2 容器图基础上，针对 **预报调度业务服务** 做组件拆解，绘制 **C4 组件图**：

1. 保留角色、前端、网关、缓存、数据库、所有外部系统；

2. 将「预报调度业务服务」拆分为**5 个核心功能组件**，每个组件标注功能：

- 数据接入组件：统一接收水文、气象外部数据，数据清洗校验

- 水文预报组件：基于模型计算来水、洪峰、径流预报结果

- 调度方案组件：生成多套水库闸门调度方案、模拟推演

- 指令下发组件：下发闸门控制指令、记录执行状态

- 数据上报组件：整理报表，向上级监管平台上报数据

3. 组件统一放入独立边界内，绘制**组件之间、组件与缓存 / 数据库 / 外部系统**的调用关系；

4. 纵向布局，逻辑分层清晰。

### 作答提示

1. 组件使用关键字 `Component`；

2. 数据流：外部数据 → 数据接入组件 → 预报 / 调度组件；

3. 所有内部组件属于同一个后端服务，逻辑上聚合。

### 参考代码

```plantuml
@startuml
!include <C4/C4_Context>
!include <C4/C4_Container>
!include <C4/C4_Component>

title 中小水库预报调度系统 - C4 组件图(Component)
top to bottom direction

Person(Manager, "水库管理人员")

System_Boundary(ReservoirBoundary, "中小水库预报调度数字孪生系统"){
    Container(WebFront, "管理Web前端", "Vue", "操作界面+三维孪生展示", $sprite="vue")
    Container(Gateway, "API网关", "Spring Boot", "请求鉴权、路由转发", $sprite="spring")

' 业务服务内部组件拆分
    System_Boundary(ServiceBoundary, "预报调度业务服务"){
        Component(DataReceive, "数据接入组件", "数据接收、清洗、校验")
        Component(HydraForecast, "水文预报组件", "水文模型计算、径流预报")
        Component(SchedulePlan, "调度方案组件", "调度方案生成、模拟推演")
        Component(CommandSend, "指令下发组件", "闸门指令下发、状态记录")
        Component(DataReport, "数据上报组件", "报表整理、向上级上报")
    }

Container(VisualEngine, "三维孪生引擎", "图形服务", "水库场景渲染")
    Container(DataCache, "实时数据缓存", "Redis", "缓存短时监测数据", $sprite="redis")
    ContainerDb(BizDB, "业务数据库", "PostgreSQL", "存储历史数据、台账", $sprite="postgresql")
}

' 外部系统
System_Ext(HydraStation, "自动水文监测站")
System_Ext(WeatherSys, "气象预报系统")
System_Ext(SupervisePlatform, "上级水利监管平台")

' 外层链路
Rel(Manager, WebFront, "操作、查询、下发指令")
Rel(WebFront, Gateway, "HTTP请求")
Rel(Gateway, DataReceive, "转发前端请求")
Rel(Gateway, SchedulePlan, "调度方案查询与操作")

' 组件内部链路
Rel(HydraStation, DataReceive, "推送水文监测数据")
Rel(WeatherSys, DataReceive, "推送气象数据")
Rel(DataReceive, HydraForecast, "传递清洗后数据")
Rel(HydraForecast, SchedulePlan, "预报结果驱动调度计算")
Rel(SchedulePlan, CommandSend, "下发闸门调度指令")
Rel(DataReceive, DataCache, "写入实时数据")
Rel(DataReceive, BizDB, "写入历史监测数据")
Rel(SchedulePlan, BizDB, "保存调度方案与推演记录")
Rel(DataReport, SupervisePlatform, "上报水情与调度数据")

SHOW_LEGEND()
@enduml
```
---

# 练习 4：全层级绘图 \+ 架构分析

### 一、业务扩充

在原有基础上新增：**移动端巡检 APP**（水库巡检人员现场打卡、现场上报异常水情），整体系统面向两类角色：**水库管理人员、现场巡检人员**。

### 二、绘图要求（必做，共 3 张独立 C4 图）

1. **图 1：C4 上下文图**
包含两类角色、整套数字孪生系统、三大外部系统，梳理整体交互。

2. **图 2：C4 容器图**
在原有容器基础上，新增「移动端巡检 APP」容器，完善全链路。

3. **图 3：C4 组件图**
对「预报调度业务服务」完成组件拆分（沿用练习 3 组件结构），补充移动端相关数据流。

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