留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析

尹灵芝 朱军 王金宏 李毅 徐柱 曹振宇

尹灵芝, 朱军, 王金宏, 李毅, 徐柱, 曹振宇. GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
引用本文: 尹灵芝, 朱军, 王金宏, 李毅, 徐柱, 曹振宇. GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
YIN Lingzhi, ZHU Jun, WANG Jinhong, LI Yi, XU Zhu, CAO Zhenyu. Real-time Simulation and Analysis of Dam-break Flood Routing Based on GPU-CA Model[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
Citation: YIN Lingzhi, ZHU Jun, WANG Jinhong, LI Yi, XU Zhu, CAO Zhenyu. Real-time Simulation and Analysis of Dam-break Flood Routing Based on GPU-CA Model[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302

GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析

doi: 10.13203/j.whugis20140302
基金项目: 国家重点基础研究发展计划资助项目(2015CB954101);国家自然科学基金资助项目(41271389,41001252);长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT13092);测绘地理信息公益性行业科研专项项目支持资助项目(201412010);西南交通大学研究生创新实验实践资助项目(YC201414233)
详细信息
    作者简介:

    尹灵芝,博士生,主要从事虚拟地理环境、三维GIS研究。

    通讯作者: 朱军,博士,副教授。
  • 中图分类号: P208

Real-time Simulation and Analysis of Dam-break Flood Routing Based on GPU-CA Model

Funds: The National Key Basic Research Program of China,No.2015CB954101;the National Natural Science Foundationof China,Nos.41271389,41001252;the Program for Changjiang Scholars and Innovative Research Team in University,No.IRT13092; Special Fund by Surveying & Mapping and Geoinformation Research in the Public Interest,No.201412010;the Graduate Innovation Fund of Southwest Jiaotong University,No.YC201414233.
More Information
    Author Bio:

    YIN Lingzhi,PhD candidate,specializes in virtual geographic environment and 3DGIS.

    Corresponding author: ZHU Jun,PhD,associate professor.
  • 摘要: 基于元胞自动机(CA)的局部并行计算特性和统一计算设备架构(CUDA)并行计算架构,提出了GPU-CA的溃坝洪水演进计算模型,重点探讨了溃坝洪水演进元胞自动机模型、GPU模型映射、计算优化、CPU/GPU协同的溃坝洪水演进模拟与分析等关键问题,研发了原型系统,并选择了案例进行初步试验。试验结果表明,在保证溃坝洪水演进模拟结果有效性的情况下,与基于CPU-CA串行计算模式相比,基于GPU-CA的溃坝洪水演进模型计算可提高计算效率,加速比随着元胞格网分辨率的提升而增加,当元胞格网的大小为10m时,模型计算效率的加速比可以达到15.9倍,可支持实时溃坝洪水演进模拟分析与风险评估。
  • [1] Li Xia,Li Dan,Liu Xiaoping,et al.GeographicalSimulation and Optimization System(GeoSOS)andIts Cutting-edge Researches[J].Progress in Geog-raphy,2009,24(8):899-907(黎夏,李丹,刘小平,等.地理模拟优化系统 GeoSOS及前沿研究[J].地球科学进展,2009,24(8):899-907)[2] Zhou Chenghu,Sun Zhanli,Xie Yichun.Geograph-ic Cellular Automata Research[M].Beijing:SciencePress,2001(周成虎,孙战利,谢一春.地理元胞自动机研究[M].北京:科学出版社,2001)[3] Zhang Shanshan.CA-based Modeling of Spatio-tem-poral Process Simulation[J].Geomatics and Infor-mation Science of Wuhan University,2004,29(2):175-178(张山山.基于CA的时空过程模拟建模方法[J].武汉大学学报·信息科学版,2004,29(2):175-178)[4] SantéI,García A M,Miranda D,et al.CellularAutomata Models for the Simulation of Real-WorldUrban Processes:A Review and Analysis[J].Landscape and Urban Planning,2010,96(2):108-122[5] Liu Yilun,Li Xia.Knowledge Transfer and Adap-tation for Urban Simulation Cellular AutomataModel Base on Multi-source Trada Boost Algorithm[J].Geomatics and Information Science of WuhanUniversity,2014,39(6):695-700(刘轶伦,黎夏.利用多源领域知识迁移CA的城市建设用地模拟[J].武汉大学学报·信息科学版,2014,39(6):695-700)[6] Yang Qingsheng,Li Xia,Shi Xun.Cellular Autom-ata for Simulating Land Use Changes Based on Sup-port Vector Machines[J].Computers &Geosci-ences,2008,34(6):592-602[7] Yang Xiaoxiong,Liu Yaolin,Wang Xiaohong,et al.Land Utility Planning Layout Model Based onConstrained Conditions Cellular Automata[J].Geo-matics and Information Science of Wuhan Univer-sity,2007,32(12):1 164-1 167(杨小雄,刘耀林,王晓红,等.基于约束条件的元胞自动机土地利用规划布局模型[J].武汉大学学报·信息科学版,2007,32(12):1 164-1 167)[8] Fang Weifeng,Yang Lizhong,Fan Weicheng.Sim-ulation of Bi-direction Pedestrian Movement Using aCellular Automata Model[J].Physica A:Statisti-cal Mechanics and its Applications,2003,321(3):633-640[9] Wang Haijun,Zhang Wenting,Chen Yingying,etal.Fire Spreading Model Based on CA Scope[J].Geomatics and Information Science of Wuhan Uni-versity,2011,36(5):575-578(王海军,张文婷,陈莹莹,等.利用元胞自动机作用域构建林火蔓延模型[J].武汉大学学报·信息科学版,2011,36(5):575-578)[10] Li Zonghua,Ye Zhengwei.Study on Flood Sprea-ding Model Hongze Lake Based on Cellular Automa-ta[J].Journal of Computer Applications,2007,27(3):718-720(李宗花,叶正伟.基于元胞自动机的洪泽湖洪水蔓延模型研究[J].计算机应用,2007,27(3):718-720)[11] Wang Wei,Li Xin,Chen Nengcheng,et al.Com-puting River Storage Based on Cellular Automata [J].Geomatics and Information Science of WuhanUniversity,2013,38(2):235-239(王伟,李欣,陈能成,等.利用元胞自动机计算河道槽蓄量[J].武汉大学学报·信息科学版,2013,38(2):235-239)[12] Li Yi,Gong Jianhua,Zhu Jun,et al.Spatiotempo-ral Simulation and Risk Analysis of Dam-breakFlooding Based on Cellular Automata[J].Interna-tional Journal of Geographical Information Sci-ence,2013,27(10):2 043-2 059[13] Li Yi,Gong Jianhua,Zhu Jun,et al.Efficient DamBreak Flood Simulation Methods for Developing aPreliminary Evacuation Plan After the WenchuanEarthquake[J].Natural Hazards &Earth SystemSciences,2012,12(1):97-106[14] Humberto A G,Jochen E S,Brett F S.Two-di-mensional,High-resolution Modeling of Urban Dam-break Flooding:a Case Study of Baldwin Hills,California[J].Advances in Water Resources,2009,32(8):1 323-1 335[15] Zhu Jun,Hu Ya,Li Yi,et al.Risk Assessment ofDam-break in Barrier Lake Based on Virtual Geo-graphic Environment[J].Chinese High TechnologyLetters,2012,22(3):276-281(朱军,胡亚,李毅,等.基于虚拟地理环境的堰塞湖溃坝风险评估[J].高技术通讯,2012,22(3):276-281)[16] Lu Fengshun,Song Junqiang,Yin Fukang,et al.Survey of CPU/GPU Synergetic Parallel Computing[J].Computer Science,2011,38(3):5-9(卢风顺,宋君强,银福康,等.CPU/GPU 协同并行计算研究综述[J].计算机科学,2011,38(3):5-9)[17] Li Dan,Li Xia,Liu Xiaoping,et al.GPU-CAModel and Large-scale Land-use Change Simulation[J].Chinese Science Bulletin,2012,57(11):959-969(李丹,黎夏,刘小平,等.GPU-CA模型及大尺度土地利用变化模拟[J].科学通报,2012,57(11) :959-969)[18] Xiao Han.Research on High Efficiency Heteroge-neous Parallel Computing Based on CPU+GPU inImage Matching[D].Wuhan:Wuhan University,2011(肖汉.基于CPU+ GPU的影像匹配高效能异构并行计算研究[D].武汉:武汉大学,2011)[19] Yang Jingyu,Zhang Yongsheng,Li Zhengguo,etal.GPU-CPU Cooperate Processing of RS ImageOrtho-rectification[J].Geomatics and InformationScience of Wuhan University,2011,36(9):1 043-1 046(杨靖宇,张永生,李正国,等.遥感影像正摄纠正的GPU-CPU协同处理研究[J].武汉大学学报· 信息科学版,2011,36(9):1 043-1 046)[20] Liu Junzhi,Zhu Axing,Qin Chengzhi,et al.Re-view on Parallel Computing of Distributed Hydro-logical Models[J].Progress in Geography,2013,32(4):538-547(刘军志,朱阿兴,秦承志,等.分布式水文模型的并行计算研究进展[J].地理科学进展,2013,32(4):538-547)[21] Chen Zhaoxi,Meng Xiaohong,Guo Lianghui,etal.Three-dimensional Fast Forward Modeling andthe Inversion Strategy for Large Scale Gravity DataBased on GPU[J].Chinese Journal of Geophysics,2013,55(12):4 069-4 077(陈召曦,孟小红,郭良辉,等.基于GPU并行的重力、重力梯度三维正演快速计算及反演策略[J].地球物理学报,2013,55(12) :4 069-4 077)[22] Yang Mujin,Yu Ce,Sun Jizhou,et al.GAISP:GPU Accelerated Astronomical Image SubtractionPhotometry Algorithm[J].Application Researchof Computers,2011,28(10):3 940-3 943(杨沐津,于策,孙济洲,等.GAISP:一种GPU加速的天文图像相减测光算法倡[J].计算机应用研究,2011,28(10):3 940-3 943)[23] Jin Hailiang,Lu Xiaoping,Liu Huijie.Large-scaleTerrain Realistic Rendering Based on ProgrammableGPU Hardware[J].Geomatics and InformationScience of Wuhan University,2010,35(2):143-146(靳海亮,卢小平,刘慧杰.利用可编程GPU硬件进行大规模真实感地形绘制[J].武汉大学学报·信息科学版,2010,35(2):143-146)[24] Zhang Shu,Chu Yanli.GPU High PerformanceComputing of CUDA[M].Beijing:China Water-Power Press,2009(张舒,褚艳利.GPU高性能运算之 CUDA[M].北京:中国水利水电出版社,2009)[25] Shane Cook.CUDA Programming:A Developer’sGuide to Parallel Computing with GPUs[M].Bei-jing: Mechanical Industry Press,2014 (ShaneCook.CUDA并行程序设计:GPU编程指南[M].北京:机械工业出版社,2014)[26] Xiao Han,Zhou Qinglei,Zhang Zuxun.ParallelAlgorithm of Haris Corner Detection Based onMulti-GPU[J].Geomatics and Information Scienceof Wuhan University,2012,37(7):876-881(肖汉,周清雷,张祖勋.基于多GPU的 Harris角点检测并行算法[J].武汉大学学报·信息科学版,2012,37(7):876-881)
  • [1] 李贤炮, 钟波, 刘滔.  GNSS垂直位移反演区域地表质量变化的模拟分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2022, 47(1): 45-54. doi: 10.13203/j.whugis20190257
    [2] 陈逸敏, 黎夏.  机器学习在城市空间演化模拟中的应用与新趋势 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2020, 45(12): 1884-1889. doi: 10.13203/j.whugis20200423
    [3] 刘金硕, 李扬眉, 江庄毅, 邓娟, 眭海刚, PANJeff.  基于PMVS算法的大规模数据细粒度并行优化方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(4): 608-616. doi: 10.13203/j.whugis20160186
    [4] 张强, 赵齐乐.  OpenMP并行计算在全球电离层反演中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(2): 227-233, 240. doi: 10.13203/j.whugis20160065
    [5] 唐丽玉, 杨怡斐, 侯璨, 陈崇成.  利用三维体素遍历和GPU进行辐射度加速计算——以虚拟植物冠层辐射模拟为例 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2018, 43(8): 1256-1263. doi: 10.13203/j.whugis20160319
    [6] 王海军, 夏畅, 张安琪, 张文婷.  利用生物地理学优化算法获取城市扩展元胞自动机模型参数 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2017, 42(9): 1323-1329. doi: 10.13203/j.whugis20160438
    [7] 张鑫龙, 陈秀万, 李怀瑜, 李飞.  一种改进元胞自动机的人员疏散模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2017, 42(9): 1330-1336. doi: 10.13203/j.whugis20150763
    [8] 惠珊, 芮小平, 李尧.  一种耦合元胞自动机的改进林火蔓延仿真算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(10): 1326-1332. doi: 10.13203/j.whugis20140811
    [9] 李坚, 李德仁, 邵振峰.  一种并行计算的流数据Delaunay构网算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(7): 794-798.
    [10] 刘金硕, 程力, 王丽娜, 郑勇.  利用CUDA的剪切波数据三维可视化 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(11): 1271-1275.
    [11] 王伟, 李欣, 陈能成, 刘静波.  利用元胞自动机计算河道槽蓄量 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(2): 235-239.
    [12] 王海军, 贺三维, 张文婷, 邓羽.  顾及障碍空间距离和区域差异的元胞自动机城市扩展模型构建 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(8): 999-1002.
    [13] 王海军, 张文婷, 陈莹莹, 贺三维.  利用元胞自动机作用域构建林火蔓延模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(5): 575-578.
    [14] 王海军, 邓羽, 张文婷, 贺三维.  利用元胞自动机和遗传算法的Voronoi图生成 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(7): 778-781.
    [15] 王海军, 张文婷, 贺三维, 邓羽.  利用元胞自动机和模糊C均值进行图像分割 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(11): 1288-1291.
    [16] 喻永平, 陈晓勇, 刘经南, 都洁.  状态扩展元胞自动机模型在时空数据挖掘中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(6): 592-595.
    [17] 杨小雄, 刘耀林, 王晓红, 段滔.  基于约束条件的元胞自动机土地利用规划布局模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2007, 32(12): 1164-1167.
    [18] 张山山.  基于CA的时空过程模拟建模方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(2): 175-178.
    [19] 罗平, 杜清运, 雷元新, 王涛.  地理特征元胞自动机及城市土地利用演化研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(6): 504-507,512.
    [20] 刘耀林, 刘艳芳, 明冬萍.  基于灰色局势决策规则的元胞自动机城市扩展模型 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(1): 7-13.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  874
  • HTML全文浏览量:  27
  • PDF下载量:  313
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2014-04-14
  • 修回日期:  2015-08-05
  • 刊出日期:  2015-08-05

GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析

doi: 10.13203/j.whugis20140302
    基金项目:  国家重点基础研究发展计划资助项目(2015CB954101);国家自然科学基金资助项目(41271389,41001252);长江学者和创新团队发展计划资助项目(IRT13092);测绘地理信息公益性行业科研专项项目支持资助项目(201412010);西南交通大学研究生创新实验实践资助项目(YC201414233)
    作者简介:

    尹灵芝,博士生,主要从事虚拟地理环境、三维GIS研究。

    通讯作者: 朱军,博士,副教授。
  • 中图分类号: P208

摘要: 基于元胞自动机(CA)的局部并行计算特性和统一计算设备架构(CUDA)并行计算架构,提出了GPU-CA的溃坝洪水演进计算模型,重点探讨了溃坝洪水演进元胞自动机模型、GPU模型映射、计算优化、CPU/GPU协同的溃坝洪水演进模拟与分析等关键问题,研发了原型系统,并选择了案例进行初步试验。试验结果表明,在保证溃坝洪水演进模拟结果有效性的情况下,与基于CPU-CA串行计算模式相比,基于GPU-CA的溃坝洪水演进模型计算可提高计算效率,加速比随着元胞格网分辨率的提升而增加,当元胞格网的大小为10m时,模型计算效率的加速比可以达到15.9倍,可支持实时溃坝洪水演进模拟分析与风险评估。

English Abstract

尹灵芝, 朱军, 王金宏, 李毅, 徐柱, 曹振宇. GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
引用本文: 尹灵芝, 朱军, 王金宏, 李毅, 徐柱, 曹振宇. GPU-CA模型下的溃坝洪水演进实时模拟与分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
YIN Lingzhi, ZHU Jun, WANG Jinhong, LI Yi, XU Zhu, CAO Zhenyu. Real-time Simulation and Analysis of Dam-break Flood Routing Based on GPU-CA Model[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
Citation: YIN Lingzhi, ZHU Jun, WANG Jinhong, LI Yi, XU Zhu, CAO Zhenyu. Real-time Simulation and Analysis of Dam-break Flood Routing Based on GPU-CA Model[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(8): 1123-1129. doi: 10.13203/j.whugis20140302
参考文献 (1)

目录

    /

    返回文章
    返回