[發(fā)明專利]基于分布式計算的城市暴雨內(nèi)澇模擬數(shù)據(jù)處理方法

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• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115618584A
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂振華
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州九張通算信息產(chǎn)業(yè)有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F9/50;G06T15/80;G06T17/05
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本發(fā)明公開了基于分布式計算的城市暴雨內(nèi)澇模擬數(shù)據(jù)處理方法，包括如下步驟：將數(shù)字地表模型上傳至控制節(jié)點服務(wù)器，控制節(jié)點服務(wù)器根據(jù)計算節(jié)點服務(wù)器的數(shù)量，將數(shù)字地表模型切分成與計算節(jié)點服務(wù)器數(shù)量相同的數(shù)據(jù)分塊，并將N個數(shù)據(jù)分塊分發(fā)給N個計算節(jié)點服務(wù)器執(zhí)行處理；計算節(jié)點服務(wù)器根據(jù)暴雨內(nèi)澇模型工具完成模擬演算，并反饋結(jié)果給節(jié)點服務(wù)器；控制節(jié)點服務(wù)器根據(jù)每個計算節(jié)點服務(wù)器的處理結(jié)果，匯總完成暴雨內(nèi)澇模擬結(jié)果的融合拼接。本發(fā)明為克服海量地理數(shù)據(jù)在應(yīng)用于城市暴雨內(nèi)澇模擬仿真計算中的高耗時問題，利用計算機集群提供的豐富計算資源，實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的并行預(yù)處理和計算結(jié)果匯集，解決內(nèi)澇仿真中最為耗時的計算環(huán)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市水文領(lǐng)域，尤其是涉及基于分布式計算的城市暴雨內(nèi)澇模擬數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)

城市洪澇模擬的理論基礎(chǔ)是城市水文循環(huán)規(guī)律，以及水動力學(xué)物理機制。相比于自然流域，城市內(nèi)密集的人類活動對水文過程和水動力過程帶來更大的復(fù)雜性和不確定性。

傳統(tǒng)的城市洪澇模型如SWMM模型、STORM模型、Wallingford模型等，主要用于城市排水管網(wǎng)的一維水動力模擬，其主要的不足在于無法模擬的地表二維積水過程。部分模型耦合了二維水動力模塊，發(fā)展出PC-SWMM(SWMM升級版)、InfoWorks(Wallingford升級版)、MIKE-Urban等新一代一維/二維耦合城市洪澇模型，以一維模塊的輸出結(jié)果作為二維模塊的輸入條件，可以實現(xiàn)城市洪澇全過程模擬。但是，該類模型需采用不規(guī)則網(wǎng)格構(gòu)建城市地形，建模較為復(fù)雜且模擬結(jié)果尚不夠理想。

城市洪澇災(zāi)害的應(yīng)急管理已經(jīng)成為國內(nèi)外熱點研究領(lǐng)域，隨著地理數(shù)據(jù)的精度越來越高、類型越來越豐富，城市暴雨內(nèi)澇的數(shù)值模擬的輸入數(shù)據(jù)規(guī)?？焖僭龃?，計算的時效性不能滿足實際生產(chǎn)要求。盡管單機的計算性能有所提升，但仍不能滿足快速增長的數(shù)據(jù)規(guī)模，必須有支持分布式計算的方法顯著提升計算性能，才能使得城市暴雨內(nèi)澇的數(shù)值模擬應(yīng)用到城市減災(zāi)防災(zāi)的現(xiàn)實應(yīng)用中。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供基于分布式計算的城市暴雨內(nèi)澇模擬數(shù)據(jù)處理方法，以克服海量地理數(shù)據(jù)在應(yīng)用于城市暴雨內(nèi)澇模擬仿真計算中的高耗時問題，利用計算機集群提供的豐富計算資源，實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的并行預(yù)處理和計算結(jié)果匯集，解決內(nèi)澇仿真中最為耗時的計算環(huán)節(jié)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下內(nèi)容：

本發(fā)明提供的基于分布式計算的城市暴雨內(nèi)澇模擬數(shù)據(jù)處理方法，包括如下步驟：

S1：將數(shù)字地表模型上傳至控制節(jié)點服務(wù)器，控制節(jié)點服務(wù)器根據(jù)計算節(jié)點服務(wù)器的數(shù)量，將數(shù)字地表模型切分成與計算節(jié)點服務(wù)器數(shù)量相同的數(shù)據(jù)分塊，并將N個數(shù)據(jù)分塊分發(fā)給N個計算節(jié)點服務(wù)器執(zhí)行處理；

S2：計算節(jié)點服務(wù)器根據(jù)暴雨內(nèi)澇模型工具完成模擬演算，并反饋結(jié)果給節(jié)點服務(wù)器；

S3：控制節(jié)點服務(wù)器根據(jù)每個計算節(jié)點服務(wù)器的處理結(jié)果，匯總完成暴雨內(nèi)澇模擬結(jié)果的融合拼接。

在實施中，所述步驟S1中，數(shù)字地表模型包括城市高精度地形數(shù)據(jù)、城市排水分區(qū)數(shù)據(jù)、城市高密度降水預(yù)測數(shù)據(jù)，對數(shù)字地表模型的切分是通過QGIS技術(shù)實現(xiàn)柵格文件的分塊，切分的具體步驟是：

S11、河流等線要素轉(zhuǎn)面：利用arcgis的toolbox工具，實現(xiàn)要素相交面的提取，并導(dǎo)出shp格式數(shù)據(jù)；

S12、切面分組：對需要進行切分的水域交叉面進行分組歸類；

S13、地形數(shù)據(jù)掩膜裁剪：基于python調(diào)用QGIS掩膜裁剪方法，輸入數(shù)字地表模型以及水域面，并導(dǎo)出asc格式的柵格文件。

在實施中，所述步驟S1中：控制節(jié)點服務(wù)器接收到模擬命令后，針對輸入的數(shù)字地表模型數(shù)據(jù)進行處理，包括文件格式轉(zhuǎn)化、坐標配準、加載至內(nèi)存、轉(zhuǎn)化為柵格形式。