基于非均匀网格的高效高精度洪涝过程模拟 被引量：11

1

作者 侯精明 王俊珲 +4 位作者 同玉 张兆安 郭敏鹏 苏锋 高徐军 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期53-62,共10页

随着计算机技术的发展,网格划分技术日趋成熟。针对变化环境下洪涝灾害频发以及实际地形范围广泛,且通常存在狭长沟道与广阔泛洪区等问题,本文建立了一套具有层次拓扑关系的结构化非均匀网格划分模型,并与基于GPU加速的高分辨率数值模... 随着计算机技术的发展,网格划分技术日趋成熟。针对变化环境下洪涝灾害频发以及实际地形范围广泛,且通常存在狭长沟道与广阔泛洪区等问题,本文建立了一套具有层次拓扑关系的结构化非均匀网格划分模型,并与基于GPU加速的高分辨率数值模型相结合模拟地表水流动过程。高质量网格影响着模型计算精度与计算效率,非均匀网格划分技术以地形高程的梯度变化为基础设计网格划分原则,在需要高分辨率网格的计算域中检测关键地形特征以可靠地求解浅水方程,并对局部区域网格静态加密,从而在较准确捕获水位计算敏感区的同时减少计算网格数量,降低计算成本。数值模型采用Godunov格式有限体积法进行空间离散,利用TVD–MUSCL格式将模型时间与空间精度提高至2阶,通过GPU并行技术在不降低计算精度基础上大幅提高模型运行速度。使用理想和实际案例来演示基于GPU加速的高分辨率模型在非均匀网格上的流量模拟性能,以较为准确获取洪水淹没时间及淹没面积等信息。结果表明,基于非均匀网格的高分辨率数值模型具有良好的稳定性,与均匀网格相比,在保证模拟精度的前提下,其运行速度约为均匀网格的2~3倍,计算效率在GPU加速基础上进一步提高。新模型适用于模拟复杂区域的大规模洪水演进及城市内涝过程,在实际大尺度洪水模拟中具有一定潜力。 展开更多

关键词 浅水方程 非均匀网格 洪水模拟 Godunov型 TVD-MUSCL gpu并行技术

下载PDF 职称材料

局部时间步长与GPU加速的非均匀网格模型在内涝模拟中的应用 被引量：2

2

作者 王俊珲 侯精明 +6 位作者 同玉 张大伟 李东来 唐君言 马鑫 梁鑫 王婕妤 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2023年第5期718-728,共11页

近年来,受极端暴雨影响导致城市内涝等自然灾害频发,洪涝模型在预测地表水流动及相关过程中起着重要作用。为了进一步提高数值模型的计算效率,该文将GPU并行技术、非均匀网格划分技术及局部时间步长(LTS)算法耦合,开发了一套基于GPU加... 近年来,受极端暴雨影响导致城市内涝等自然灾害频发,洪涝模型在预测地表水流动及相关过程中起着重要作用。为了进一步提高数值模型的计算效率,该文将GPU并行技术、非均匀网格划分技术及局部时间步长(LTS)算法耦合,开发了一套基于GPU加速与局部时间步长算法的非均匀网格模型。模型根据不同的土地利用类型,制定不同的网格优化准则来划分网格,从而较精确地描述复杂的城市地形特征。模型在水力要素敏感区加密网格以进行高分辨率计算,利用HLLC近似黎曼求解器计算界面通量,将模型分别应用到理想与实际算例中,结果表明:模型可有效捕捉干湿边界情况,具有一定的稳定性,模拟结果与均匀网格模型及解析解接近,可有效模拟降雨-地表产汇流过程;在沣西新城的城市内涝模拟中,模拟结果与实测及均匀网格模型相比,积水面积平均误差分别为4.1%和10.2%,计算效率较常规均匀网格模型和整体时间步长非均匀模型可分别提高4.5倍与2.3倍。综上所述,模型在非均匀网格、GPU加速和局部时间步长算法三者基础上大幅提高模型的计算效率,为解决实际复杂地形的大尺度城市内涝模拟遇到的计算效率较低等问题提供了相关参考。 展开更多

关键词 非均匀网格 局部时间步长 gpu并行技术 城市内涝 Godunov型

原文传递

“地-电离层”波导结构中媒质变化对VLF电波场强的影响 被引量：2

3

作者 蒲玉蓉 辛楠 +1 位作者 李毅 席晓莉 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2019年第4期427-433,共7页

甚低频(VLF)无线电波被广泛应用于超远程导航与通信,而其传播信道内电离层与地层媒质的复杂非均匀变化成为影响其传播特性的主要因素。本文采用二维球坐标时域有限差分(FDTD)方法,结合基于GPU的并行加速策略,仿真分析了电离层参数变化... 甚低频(VLF)无线电波被广泛应用于超远程导航与通信,而其传播信道内电离层与地层媒质的复杂非均匀变化成为影响其传播特性的主要因素。本文采用二维球坐标时域有限差分(FDTD)方法,结合基于GPU的并行加速策略,仿真分析了电离层参数变化、地质类型改变等对电波传播性能的影响。同时,针对“地-电离层”波导中媒质的突变不均匀性,采用局部复杂区域的非均匀网格剖分技术,仿真分析了跨昼夜路径以及陆海混合路径下的甚低频电波传播特性,在保证计算精度的同时,大大减少计算机消耗、缩短计算时间。 展开更多

关键词 FDTD方法 非均匀网格 gpu并行技术 甚低频电波传播

下载PDF 职称材料

三维自由面流动模拟中GPU并行计算技术 被引量：2

4

作者 李海州 唐振远 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2016年第5期20-29,39,共11页

MPS(Moving Particle Semi-implicit)法能够有效地处理溃坝、晃荡等自由面大变形流动问题。在三维MPS方法中,粒子数量的急剧增加会导致其计算效率的降低并限制其在大规模流动问题中的应用。基于自主开发的MPS求解器MLParticleSJTU,本文... MPS(Moving Particle Semi-implicit)法能够有效地处理溃坝、晃荡等自由面大变形流动问题。在三维MPS方法中,粒子数量的急剧增加会导致其计算效率的降低并限制其在大规模流动问题中的应用。基于自主开发的MPS求解器MLParticleSJTU,本文对求解过程中耗时最多的邻居粒子搜寻和泊松方程求解两个模块采用了GPU并行加速,详细探讨了CPU+GPU策略。以三维晃荡和三维溃坝这两种典型的自由面大变形流动为例,比较了CPU+GPU相对于MLParticle-SJTU串行求解时的加速情况,结果表明CPU+GPU在邻居粒子和泊松方程这两个模块中的加速比最高能达到十倍左右。此外,采用CPU+GPU并行能够较准确地模拟溃坝、晃荡等自由面大变形问题。 展开更多

关键词 MLParticle-SJTU求解器 邻居粒子搜索 gpu并行技术 稀疏矩阵求解 溃坝 晃荡

下载PDF 职称材料

固体火箭发动机射线检测仿真系统

5

作者 任晓双 王冬 陈平 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期112-118,共7页

针对固体火箭发动机,尤其是在其新型号产品的高能X射线照相检测中,缺少先验知识,工艺参数的确定和优化需要通过系列试验,时间长、花费大等问题,研究了固体火箭发动机X射线检测仿真系统。根据实际X射线检测物理系统建立了X射线源仿真模... 针对固体火箭发动机,尤其是在其新型号产品的高能X射线照相检测中,缺少先验知识,工艺参数的确定和优化需要通过系列试验,时间长、花费大等问题,研究了固体火箭发动机X射线检测仿真系统。根据实际X射线检测物理系统建立了X射线源仿真模型、固体火箭发动机模型、胶片仿真模型,重点研究了基于STL样本模型的非点光源与多能谱投影的成像算法,其中针对求交速度问题提出了三维空间投影约束方法,并利用GPU并行技术实现了硬件加速,该方案相对于CPU投影计算有500～1000倍左右的加速比。实验结果表明,仿真投影与实际检测胶片影像结构性完全吻合,在10 GY剂量条件下仿真胶片与实际胶片测量黑度值曲线的趋势和数值范围吻合,黑度最大差值0.23。该系统能够应用于实际工程,为优化检测工艺参数和确定最佳检测方案提供技术支撑。 展开更多

关键词 固体火箭发动机 X射线检测仿真 STL样本 gpu并行技术

下载PDF 职称材料

耦合高效高精度水动力模型的多组分污染物输移及衰减反应模型 被引量：8

6

作者 栾广学 侯精明 +4 位作者 杨露 李丙尧 郭敏鹏 杜颖恩 马鑫 《水资源保护》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期131-137,161,共8页

为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移及衰减反应过程,全面耦合了基于图形处理器(GPU)加速技术的二维水动力模型与多组分污染物输移及衰减反应模型,通过改进模型源代码并在污染物输移控制方程中嵌入衰减项与反应项,建立了一个可应... 为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移及衰减反应过程,全面耦合了基于图形处理器(GPU)加速技术的二维水动力模型与多组分污染物输移及衰减反应模型,通过改进模型源代码并在污染物输移控制方程中嵌入衰减项与反应项,建立了一个可应用于大区域复杂地形河道洪水演进全过程及多组分污染物输移和衰减反应的高性能耦合模型,同时引入GPU技术提升计算效率。将耦合模型应用于理想地形静水和两个复杂地形河道入流与溃坝算例的水质模拟,结果表明:多组分污染物输移及衰减反应过程在理想算例中的数值解与解析解基本吻合,在入流与溃坝算例中的模拟结果符合实际物理过程,模型运行速度快且计算效率高,可高效地模拟各类突发水污染事件并进行预警和评估。 展开更多

关键词 多组分污染物 衰减反应 输移过程 gpu并行计算技术 二维水动力模型

下载PDF 职称材料

河道水质高效高分辨率数值模拟及评估模型研究 被引量：6

7

作者 栾广学 侯精明 +4 位作者 杨露 李欣怡 吕佳豪 张文晴 孙学良 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2022年第3期372-382,共11页

为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移衰减反应过程并对水质指标进行快速评估,该文全面耦合了二维水动力模型与多组分水质模拟及评估模型,根据GB3838-2002地表水环境质量标准,同时引入图形处理器GPU(graphics processing unit)加... 为更好地模拟水污染事件中多组分污染物输移衰减反应过程并对水质指标进行快速评估,该文全面耦合了二维水动力模型与多组分水质模拟及评估模型,根据GB3838-2002地表水环境质量标准,同时引入图形处理器GPU(graphics processing unit)加速技术,构建了一个可对多种水质变量输移及相互反应过程模拟评估的河道水质高效高分辨率数值模拟及评估模型。采用理想地形算例与规则水渠地形算例,验证模型的精度和稳定性,同时根据银川市西大沟COD和NH3-N等水质变量的监测数据对其一级衰减反应系数进行率定,模拟评估城市溢流污染在海绵改造和生态修复等拟建工程措施建设前后对西大沟断面水质的影响。结果表明,该模型可模拟高分辨率地形的多种水质变量输移及相互反应过程,两个验证算例纳什系数分别为1和0.984,模型具有较好的可信度。在旱天无溢流污染情况下,西大沟断面水质均为准Ⅳ类水质;在雨天,城市溢流污染对西大沟影响较大,是导致西大沟水体发生黑臭的一个重要因素,但水环境工程措施对黑臭水体的治理效果明显。模型对城市沟渠水质模拟预测及评估效果较好,以期可为城市水环境工程建设提供相关参考。 展开更多

关键词 数值模拟 gpu并行计算技术 衰减反应 水质模拟评估 耦合模型

原文传递

GAST-SWMM耦合数值模型在大尺度城区致涝风险评估中的应用 被引量：1

8

作者 银雅伦 侯精明 +5 位作者 李欣怡 栾广学 高徐军 王添 沈健 乔梦曦 《环境工程》 CAS CSCD 2024年第4期82-90,共9页

开展城区暴雨致涝风险评估对内涝整治及城市安全发展至关重要,以银川市310 km^(2)主城区为例,建立基于GPU加速技术的城市地表积涝及地下管网排水过程的GAST-SWMM高效高分辨率耦合模型。通过实测内涝积水点信息对模型进行验证,分别模拟2... 开展城区暴雨致涝风险评估对内涝整治及城市安全发展至关重要,以银川市310 km^(2)主城区为例,建立基于GPU加速技术的城市地表积涝及地下管网排水过程的GAST-SWMM高效高分辨率耦合模型。通过实测内涝积水点信息对模型进行验证,分别模拟20年和30年一遇24 h长历时暴雨条件下研究区域规划前后的内涝区位及风险等级,并分析其内涝削减情况,绘制内涝风险图。结果表明:与实测值相比,模型模拟误差<6%,具有较高的模拟精度;规划后与规划前相比,积水面积峰值削减率的平均值分别达到41.6%和45.03%,积水水深峰值削减率的平均值分别达到51.74%和56.05%,且高风险积水点全部降低为中风险与低风险。耦合数值模型在大尺度城区暴雨致涝风险评估中应用效果较好,研究结果对银川市暴雨易涝点防治及消除具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 一二维耦合模型 数值模拟 gpu并行计算技术 内涝风险评估 大尺度城区

原文传递

南沙中业群礁地区中生代残留盆地GPU重力异常三维反演 被引量：5

9

作者 林巍 张健 李家彪 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期36-42,共7页

近年来,三维重力反演方法成为位场反演研究的热点。反演过程由大量的正演计算组成,随剖分单元增加,传统中央处理器(central processing unit,CPU)串行算法的耗时呈指数递增。本文利用图形处理器(graphic processing unit,GPU)并行处理... 近年来,三维重力反演方法成为位场反演研究的热点。反演过程由大量的正演计算组成,随剖分单元增加,传统中央处理器(central processing unit,CPU)串行算法的耗时呈指数递增。本文利用图形处理器(graphic processing unit,GPU)并行处理技术提出一种新的反演计算方法,即把每个地面观测点的重力异常计算分配到GPU并行线程中,充分发挥GPU计算数量级的加速性能,因此,反演效率得到极大的提升。作者将该方法应用到南沙靶区三维重力异常遗传算法反演中。研究结果表明,在遗传600代的情况下,使用GPU并行方法可以将反演耗时从超过17天降至7小时,大大减少计算时间。靶区重力异常反演结果和实际观测结果进一步说明了该方法的有效性。通过计算确定三维密度分布,并给出了NH973-1测线上的密度剖面,分析认为地震剖面乱反射区密度在2.24—2.53g·cm-3,可能是中生代沉积地层。最后通过提取地层界面深度及厚度,发现靶区部分区域中生代沉积地层埋深在1.5km以内、厚度大于2.5km,具有较高的油气前景和勘探价值。 展开更多

关键词 重力反演 gpu并行处理技术 三维密度分布 中生代沉积地层

下载PDF 职称材料

基于MPS方法的固定半潜式平台波浪爬升数值模拟

10

作者 吴萌萌 王尼娜 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第4期44-56,共13页

在波浪与半潜式平台相互作用的情况下,波浪会沿着平台立柱爬升,并对平台立柱产生砰击作用。在极端情况下,波浪甚至可能砰击至平台下甲板,严重影响平台的安全。因此,对于半潜式平台设计来说,准确预测平台在波浪中的波浪爬升和砰击效应具... 在波浪与半潜式平台相互作用的情况下,波浪会沿着平台立柱爬升,并对平台立柱产生砰击作用。在极端情况下,波浪甚至可能砰击至平台下甲板,严重影响平台的安全。因此,对于半潜式平台设计来说,准确预测平台在波浪中的波浪爬升和砰击效应具有重要意义。采用无网格粒子法求解器MPSGPU-SJTU对波浪作用下的固定半潜式平台问题进行了数值研究,将MPS(moving particle semi-implicit)方法与GPU(graphics processing unit)并行加速技术相结合,并将其应用于规则波作用下的固定半潜式平台波浪爬升与波浪砰击问题的数值模拟。3种不同波高的规则波波浪被应用于半潜式平台数值模拟中,随着波高的增加,平台下甲板更多区域受到了波浪的砰击,同时平台设置的测压点处压力峰值也随之增大。 展开更多

关键词 MPS方法 固定半潜式平台 gpu并行加速技术 波浪爬升 波浪砰击

下载PDF 职称材料

GPU并行三维遗传重力反演算法在南海西沙海槽盆地的应用 被引量：1

11

作者 于磊 张健 +1 位作者 林巍 李业 《地球物理学进展》 CSCD 北大核心 2017年第5期2253-2260,共8页

近年来,GPU并行处理技术成为地球物理数据处理方面的研究热点,但在三维位场的反演应用方面有待完善和推广.本文以西沙海槽盆地为例,将计算机GPU(图形处理器)并行处理技术应用于三维遗传重力异常反演,充分发挥了GPU计算的加速性能.研究... 近年来,GPU并行处理技术成为地球物理数据处理方面的研究热点,但在三维位场的反演应用方面有待完善和推广.本文以西沙海槽盆地为例,将计算机GPU(图形处理器)并行处理技术应用于三维遗传重力异常反演,充分发挥了GPU计算的加速性能.研究结果表明:在大规模的三维重力位场计算中,采用GPU并行处理技术能使计算过程得到60倍以上的加速,反演结果精度达到3.45×10^(-5)m/s^2,证明了反演方法的高效性和可靠性;通过分析西沙海槽盆地三维密度结构获得了该区的区域地质构造特征及形成演化史,为盆地构造运动研究与油气前景分析提供参考依据.成熟的GPU并行三维遗传重力反演有望成为固体矿产、油气资源与构造运动研究中必不可少的手段. 展开更多

关键词 gpu并行处理技术 遗传重力反演 西沙海槽盆地 三维密度结构

原文传递