水文学及水资源专业优秀论文 机群环境下水环境并行数值模拟系统建立及应用研究.doc

水文学及水资源专业优秀论文 机群环境下水环境并行数值模拟系统建立及应用研究关键词：机群环境 水环境 并行数值模拟 COM技术 任务调度 水量水质模型摘要：当前主流农业非点源商业模型与GIS的结合大都是采用ESRI公司可编程控件系列中功能最为简单的Arcview，而功能最强的ArcEngine仍未有与模型结合的成果。 本文基于ESRI公司功能强大的3D空间分析控件ArcEngine，采用经纬式系统结构设计方法及COM技术，研发了水环境并行数值模拟系统。 当前主流并行平台MPI，PVM尚未实现进程迁移功能，当进行并行计算时，网络中某客户端异常退出计算将导致脏数据的产生：本文自主开发了并行模型计算平台，采用CS方式，服务器端对网络环境进行监控和控制，为模型计算提供数据交换及进程迁移等功能，网络发生故障时实时将未完成计算的河道转移到其它客户端继续计算。同时，为使资源达到最大的利用效率，本文提出了应用蚂蚁算法进行任务调度的新方法，提高了整个调度器的负载均衡能力。 河道一维圣维南方程组采用Preissmann四点隐格式有限差分方法求解，采用任务主从型并行编程模型，将迭代求解节点水位方程组系数进行并行求解。在求解节点水位方程组时，结合“上海浦东新区调水改善水环境”项目，根据机群负载平衡的调度方案，制定了针对一维水量水质模型的通讯协议，将河道按权重分配到各客户端进行节点水位求解：河道二维浅水方程通过有限体积方法显式求解，采用任务SPMD型并行编程模型，将求解区域网格分成若干部分，对每部分进行单独求解。模型成功应用于镇江内江水流数值模拟，并得到较高的加速比和并行效率。 对一、二维分别进行并行数值模拟，结果表明当河道(网格)数一定时，存在一最优客户端数，当客户端数小于最优客户端数时，并行算法所需时间小于串行算法时间，并随着客户端数增加，所需时间也逐渐减少；反之，所需时间则逐渐增大。正文内容 当前主流农业非点源商业模型与GIS的结合大都是采用ESRI公司可编程控件系列中功能最为简单的Arcview，而功能最强的ArcEngine仍未有与模型结合的成果。 本文基于ESRI公司功能强大的3D空间分析控件ArcEngine，采用经纬式系统结构设计方法及COM技术，研发了水环境并行数值模拟系统。 当前主流并行平台MPI，PVM尚未实现进程迁移功能，当进行并行计算时，网络中某客户端异常退出计算将导致脏数据的产生：本文自主开发了并行模型计算平台，采用CS方式，服务器端对网络环境进行监控和控制，为模型计算提供数据交换及进程迁移等功能，网络发生故障时实时将未完成计算的河道转移到其它客户端继续计算。同时，为使资源达到最大的利用效率，本文提出了应用蚂蚁算法进行任务调度的新方法，提高了整个调度器的负载均衡能力。 河道一维圣维南方程组采用Preissmann四点隐格式有限差分方法求解，采用任务主从型并行编程模型，将迭代求解节点水位方程组系数进行并行求解。在求解节点水位方程组时，结合“上海浦东新区调水改善水环境”项目，根据机群负载平衡的调度方案，制定了针对一维水量水质模型的通讯协议，将河道按权重分配到各客户端进行节点水位求解：河道二维浅水方程通过有限体积方法显式求解，采用任务SPMD型并行编程模型，将求解区域网格分成若干部分，对每部分进行单独求解。模型成功应用于镇江内江水流数值模拟，并得到较高的加速比和并行效率。 对一、二维分别进行并行数值模拟，结果表明当河道(网格)数一定时，存在一最优客户端数，当客户端数小于最优客户端数时，并行算法所需时间小于串行算法时间，并随着客户端数增加，所需时间也逐渐减少；反之，所需时间则逐渐增大。当前主流农业非点源商业模型与GIS的结合大都是采用ESRI公司可编程控件系列中功能最为简单的Arcview，而功能最强的ArcEngine仍未有与模型结合的成果。 本文基于ESRI公司功能强大的3D空间分析控件ArcEngine，采用经纬式系统结构设计方法及COM技术，研发了水环境并行数值模拟系统。 当前主流并行平台MPI，PVM尚未实现进程迁移功能，当进行并行计算时，网络中某客户端异常退出计算将导致脏数据的产生：本文自主开发了并行模型计算平台，采用CS方式，服务器端对网络环境进行监控和控制，为模型计算提供数据交换及进程迁移等功能，网络发生故障时实时将未完成计算的河道转移到其它客户端继续计算。同时，为使资源达到最大的利用效率，本文提出了应用蚂蚁算法进行任务调度的新方法，提高了整个调度器的负载均衡能力。 河道一维圣维南方程组采用Preissmann四点隐格式有限差分方法求解，采用任务主从型并行编程模型，将迭代求解节点水位方程组系数进行并行求解。在求解节点水位方程组时，结合“上海浦东新区调水改善水环境”项