一种基于非结构网格的二维洪水过程多GPU模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种基于非结构网格的二维洪水过程多GPU模拟方法，该方法主要包括将三角形网格离散的计算区域划分为多个子区域；基于翼边数据结构对每个子区域进行运算生成第一类子区域网格拓扑关系；根据每个子区域与其相邻子区域在内部边界网格处数据交互生成第二类内边界网格拓扑关系；采用C++11的Thread类创建多线程，每个线程读取对应的控制参数及子区域地形、拓扑数据并初始化模型；根据内边界网格拓扑关系采用GPU间点对点通讯方式对相邻子区域进行水力要素信息的交互传输；在每个线程控制的GPU上求解二维浅水方程；本发明专利技术在非结构网格下对二维洪水过程进行多GPU加速模拟，与现有CPU多核并行和单GPU并行加速模拟方法相比，具有更高的计算效率。具有更高的计算效率。具有更高的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非结构网格的二维洪水过程多GPU模拟方法


[0001]本专利技术属于高性能数值模拟计算
，涉及一种基于非结构网格的二维洪水过程多GPU模拟方法。

技术介绍

[0002]洪水灾害危害巨大，世界上大部分国家每年均会受到洪水灾害的侵袭，从而造成严重的生命财产损失。为应对频发的水灾害问题，采用数值模型对洪水过程进行模拟预测，及时获取洪水可能造成的危害程度，将有利于减小甚至避免洪水造成的损失。由于洪水灾害具有尺度广、淹没面积大的特点，因此,以求解二维浅水方程为主的二维洪水模型在洪水灾害过程的预报模拟方面得到了广泛应用。
[0003]目前已有诸多学者建立了求解二维浅水方程的二维洪水模型，并且在计算稳定性及计算精度方面均取得了令人满意的结果。在计算效率方面，已有学者将CPU多核并行、自适应网格、单GPU并行等提升计算效率的加速技术应用到模型中，但面对大尺度的洪水过程模拟，这类方法的计算效率仍然较低。针对该问题，已有学者在结构网格离散的计算区域上实现了多GPU模拟，计算效率显著提升，但结构网格难以处理复杂的地形边界，并且在实现多GPU时必本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非结构网格的二维洪水过程多GPU模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、采用非结构三角形网格对计算区域进行空间离散；步骤2、对计算区域依据任务所用GPU数量分解出相应的子区域数量；步骤3、基于翼边数据结构对每个子区域进行运算生成第一类子区域网格拓扑关系；步骤4、根据每个子区域与其相邻子区域在内部边界网格处数据交互生成第二类内边界网格拓扑关系；步骤5、采用C++11的Thread类创建多线程模型，每个线程控制一个GPU，每个GPU上运算一个子区域；步骤6、通过读取控制参数、每个子区域地形数据、拓扑数据对多线程模型初始化；步骤7、通过第二类内边界网格拓扑关系采用GPU间点对点通讯方式对相邻子区域进行水力要素信息的交互传输；；步骤8、基于第一类子区域网格拓扑关系，在多线程模型的每一个线程控制的GPU上并行求解二维浅水方程得到洪水传播过程；所述二维浅水方程如下：行求解二维浅水方程得到洪水传播过程；所述二维浅水方程如下：式中：t为时间，q为变量矢量包括水深h，两个方向上的单宽流量q
x
和q
y
；u、v为x、y方向上的流速；f、g为x、y方向上的通量矢量；S为源项矢量，包括降雨下渗源项i、底坡源项及摩阻力源项；z
b
河床底面高程，单位：m；C
f
为床面摩擦系数，C
f
＝gn2/h
1/3
，其中n为曼宁系数；步骤9、对多线程模型的每个线程同步，并比较每个计算子区域中计算得到的局部时间步长dt，选取最小的dt用于下一时间步的全局时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：练继建，马利平，张大伟，侯精明，刘东明，王孝群，韩浩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：