一种集群环境下分布式水文模拟的并行化方法技术

一种集群环境下分布式水文模拟的并行化方法，对分布式水文模拟并行计算中的限制因子——汇流过程计算与并行性较好的坡面过程计算区分对待，研发了一种集群环境下的并行算法，以提高计算效率。技术方案为：进行子流域划分和分级；以子流域为模版，将输入数据进行剖分并存入数据库；以子流域面积为计算量的衡量指标，同时考虑子流域间的拓扑关系进行计算任务划分；以子流域为单元，在集群环境下进行并行计算，其中，坡面过程计算采用静态调度，河道过程计算采用动态调度；计算完成后，将结果写入数据库。本发明专利技术突破了集群环境下现有分布式水文模拟并行化方法的性能瓶颈，显著提高了并行性能，在大流域高分辨率分布式水文模拟方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，技术应用领域为水文模拟。
技术介绍
分布式水文模拟考虑了各种地理要素的空间异质性，与集总式模拟相比能更准确地表达流域水文过程，从而能更好地预测自然和人为因素对流域水资源和水环境的影响。随着遥感和地理信息技术的发展，高分辨率的地形、植被、土壤和降水数据的获取日益方便。基于这些高空分辨率的数据进行精细水文模拟成为一个重要的发展方向。但是由于计算能力的限制，当前高分辨率精细模拟一般仅限于小流域短历时模拟。要进行大流域长时段的精细模拟需要借助并行计算的支持。集群是当前并行计算的主流平台。在集群环境下进行分布式水文模型的并行化一般采用以子流域为单元进行区域分解的方式。子流域是流域的自然划分单元，基于子流域进行并行计算只需在子流域出口与相邻子流域进行数据交换，并行执行的任务之间通信量很小，因此在集群环境下，基于子流域的并行计算是一种合理的分布式水文模拟并行化方式。现有基于子流域的并行化方法将坡面过程与河道过程的计算作为一个整体进行调度，调度规则如下:不存在上下游关系的子流域可以并行计算，存在上下游关系的子流域需串行执行。将流域用树型结构表示，则树型结构中从叶子节点(代表源头子流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集群环境下分布式水文模拟的并行化方法，其特征在于实现步骤如下：（1）根据栅格DEM（Digital?Elevation?Model）将流域按照应用目标和流域特点划分成多个子流域，子流域划分过程包括填洼、提取流向、流量累积、河网提取、河网编码、子流域提取和子流域分级；所述子流域分级的方法为：源头子流域为第一级，非源头子流域的级别为其上游河段的最大级别加1；子流域分级信息将用于下面步骤中子流域计算顺序的确定；（2）从DEM、土地利用图、土壤图、遥感影像等基础信息中提取模型运行所需要的空间参数（以栅格方式存储）；（3）以子流域为模版，对分布式水文模拟所需的栅格数据进行剖分，得到按子流域组织的空间...

【技术特征摘要】
1.一种集群环境下分布式水文模拟的并行化方法，其特征在于实现步骤如下: (1)根据栅格DEM(Digital Elevation Model)将流域按照应用目标和流域特点划分成多个子流域，子流域划分过程包括填洼、提取流向、流量累积、河网提取、河网编码、子流域提取和子流域分级；所述子流域分级的方法为:源头子流域为第一级，非源头子流域的级别为其上游河段的最大级别加I ;子流域分级信息将用于下面步骤中子流域计算顺序的确定； (2)从DEM、土地利用图、土壤图、遥感影像等基础信息中提取模型运行所需要的空间参数(以栅格方式存储); (3)以子流域为模版，对分布式水文模拟所需的栅格数据进行剖分，得到按子流域组织的空间数据，并以二进制格式存入数据库，以便进行以子流域为单元的高效数据读写； (4)以子流域面积作为计算量的衡量指标，同时考虑子流域间的拓扑关系进行并行计算任务划分； (5)在集群环境下，对坡面和河道过程分别采用不同的并行策略进行并行计算:坡面过程的计算相互独立，计算时不需要进行通信，可采用静态任务调度的方式；而河道过程的计算则必须按照从上游到下游的顺序依次进行，而且下游子流域的汇流计算需要上游子流域的流量作为输入，需要考虑子流域的计算顺序和进程间的通信，进行动态任务调度；并行计算采用主从式架构，由一个管理进程和多个计算进程组成； 所述管理进程负责任务的分发、计算进程间的协调以及计算结果的汇总；计算开始时，管理进程读取子流域信...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱阿兴，刘军志，吴辉，刘永波，秦承志，
申请(专利权)人：中国科学院地理科学与资源研究所，
类型：发明
国别省市：