[發(fā)明專利]GPU流域徑流模擬分布式調(diào)度系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810088247.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-30
• 公開（公告）號(hào): CN108196951B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳軍;文軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都信息工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/48
• 分類號(hào): G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

1.一種流域徑流模擬分布式調(diào)度方法，該方法適用于包括服務(wù)器端、客戶端的分布式系統(tǒng)上，所述服務(wù)器端包含若干個(gè)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、將流域數(shù)據(jù)分為若干個(gè)子塊，并將徑流匯流計(jì)算過程分為時(shí)間間隔相等的時(shí)間片；所述子塊能夠被單臺(tái)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理；

步驟2、將所述若干個(gè)子塊分別發(fā)送至服務(wù)器上不同的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通用計(jì)算；

步驟3、所述服務(wù)器上不同的計(jì)算機(jī)在接收到一子塊處理任務(wù)后，始終負(fù)責(zé)對(duì)該子塊的徑流模擬作迭代處理；在迭代處理中，子塊在每一次迭代后，與相鄰子塊交換邊緣數(shù)據(jù)；

其中負(fù)責(zé)一子塊計(jì)算的所述計(jì)算機(jī)作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

所述的交換邊緣數(shù)據(jù)，通過邊緣數(shù)據(jù)更新實(shí)現(xiàn)，所述邊緣數(shù)據(jù)更新指在每一幀徑流匯流計(jì)算完成后，每一子塊從相鄰子塊讀取更新后的邊緣數(shù)據(jù)；所述邊緣數(shù)據(jù)更新采用客戶端數(shù)據(jù)交換或服務(wù)器上不同節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換，或者采用客戶端數(shù)據(jù)交換和服務(wù)器上不同節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換相結(jié)合的方式；

所述服務(wù)器上不同節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換包括：每一個(gè)所述節(jié)點(diǎn)記錄子塊位置，并建立與相鄰子塊計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)連接；每一節(jié)點(diǎn)完成單幀徑流匯流計(jì)算后，讀取邊緣數(shù)據(jù)，并將所述邊緣數(shù)據(jù)發(fā)送至相鄰子塊的節(jié)點(diǎn)；當(dāng)一節(jié)點(diǎn)接收到所有更新后的邊緣數(shù)據(jù)后，進(jìn)入下一時(shí)間片的徑流匯流計(jì)算；

所述客戶端數(shù)據(jù)交換包括：將客戶端作為邊緣數(shù)據(jù)聚合中心，在各節(jié)點(diǎn)完成徑流匯流計(jì)算后，讀取邊緣數(shù)據(jù)，一次性傳輸給客戶端；客戶端在接收到全部邊緣數(shù)據(jù)后，將各節(jié)點(diǎn)所需的新的邊緣數(shù)據(jù)一次性發(fā)送給對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)；

所述邊緣數(shù)據(jù)更新的方式為：若內(nèi)部分塊在四個(gè)方向上同時(shí)存在邊緣數(shù)據(jù)，則從相鄰的8個(gè)分塊中讀取邊緣數(shù)據(jù)并更新，其中，上、下、左、右相鄰分塊讀取一行或一列，其余相鄰分塊則讀取一個(gè)像元。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，每個(gè)子塊的數(shù)據(jù)量滿足單臺(tái)計(jì)算機(jī)能夠存儲(chǔ)和處理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述邊緣數(shù)據(jù)更新還包括顯存和內(nèi)存的邊緣數(shù)據(jù)更新：當(dāng)節(jié)點(diǎn)的子塊數(shù)據(jù)計(jì)算完成后，將邊緣數(shù)據(jù)從顯存讀回內(nèi)存，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至客戶端或相鄰的子塊所在的節(jié)點(diǎn)；

若通過網(wǎng)絡(luò)直接傳輸至相鄰的子塊所在的節(jié)點(diǎn)，則當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到新的邊緣數(shù)據(jù)后，將其存儲(chǔ)在內(nèi)存，隨后在將其更新至顯存；此后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一時(shí)間片的徑流匯流計(jì)算；

若通過網(wǎng)絡(luò)直接傳輸至客戶端，則客戶端負(fù)責(zé)將匯總后的邊緣數(shù)據(jù)發(fā)送至各個(gè)相鄰的子塊所在的節(jié)點(diǎn)，則當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到新的邊緣數(shù)據(jù)后，將其存儲(chǔ)在內(nèi)存，隨后在將其更新至顯存；此后，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行下一時(shí)間片的徑流匯流計(jì)算。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述子塊包括若干個(gè)網(wǎng)格單元，所述徑流匯流計(jì)算以網(wǎng)格為單元進(jìn)行，包括網(wǎng)格單元水量收支計(jì)算、網(wǎng)格單元受力計(jì)算。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)格單元水量收支計(jì)算包括：

在時(shí)間片上，計(jì)算任意網(wǎng)格單元c的水量收支，其中t_n+1時(shí)刻的網(wǎng)格水深為：

其中，和分別為時(shí)間片上的降水量、下滲量、蒸發(fā)量、流入量和流出量；

網(wǎng)格的初始水速和終止水速滿足：

其中，t_n時(shí)刻的網(wǎng)格水深為網(wǎng)格單元b為網(wǎng)格單元c的相鄰網(wǎng)格單元，為網(wǎng)格單元b水流流入網(wǎng)格單元c的速度分量，ΔL為網(wǎng)格單元b和網(wǎng)格單元c的中心距離，為流出量，Δt為匯流時(shí)間。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述網(wǎng)格單元受力計(jì)算包括：

以中心網(wǎng)格和鄰域網(wǎng)格水體高度差來模擬水體在重力和壓力梯度的作用下產(chǎn)生的速度增量；

依據(jù)地表水流的河床摩擦力，確定水流速度衰減。