1.一种降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法,其特征在于,所述降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法包括以下步骤:
步骤一,利用mpi对栅格数据进行初次划分后,使用openmp对每个进程负责的栅格数据再次划分,并行线程级别;
步骤二,使用mpi分别对主程序中的文件写入部分和用于计算径流渗透并输出实际渗透率的子程序rnoff部分进行并行;
步骤三,通过三组不同数据集并行策略的有效性进行验证,并对验证区域的最小安全系数进行可视化展示。
2.如权利要求1所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法,其特征在于,步骤一中,利用trigrs并行程序进行输入、计算、输出,对栅格数据再次划分,具体包括:
(1)主进程对输入文件进行读取,将所读取数据存储到对应的变量、数组;然后,主进程通过mpi_bcast函数将数据广播给其他进程,实现所有进程都拥有计算所需要的数据;
(2)对栅格单元进行分块,使每个进程负责计算一部分的栅格数据,每个进程的计算并行进行,读取步骤(1)存储到一维数组中的栅格数据,对栅格数据进行idsp和isct数组数据分块,idsp存储每个进程所负责数据在数组中的起始位置,isct存储每个进程所负责的数据量大小;当每个进程计算结束后,通过mpi_gatherv和mpi_reduce将结果整合到主进程中;
(3)主进程负责将结果写入输出文件。
3.如权利要求2所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法,其特征在于,trigrs的输入数据包括数字高程、坡度、降雨强度栅格数据,和土质、水文物理参数和模型所需的控制参数;
所述trigrs包括入渗模型、水文模型和边坡稳定性模型;
水文模型模拟地表径流,在当前时间内无法及时入渗的降雨都以地表径流的方式直接流向当前栅格的下游栅格中,使径流在每个运算时间域内的质量守恒;
入渗模型包括稳定入渗和瞬时入渗,在瞬时降雨入渗模型基础上耦合降雨入渗和瞬态孔隙水压力的变化模型,用于分析底层处于饱和或接近饱和时发生的滑坡,或用于分析非饱和地层由于雨水入渗导致地下水位抬升时发生的滑坡;
边坡稳定性模型,用于计算不同降雨阶段每个栅格的安全系数,预测边坡的稳定性。
4.如权利要求3所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法,其特征在于,入渗模型计算两种基岩边界:(1)基岩渗透性与土体相同(2)基岩渗透性小于土体渗透性,第(2)类基岩边界在有限深度随不同降雨强度和历时变化的孔隙水压力关系函数,表达式为:
式中,t为计算ψ的总时间;z为竖直方向上的土层厚度,z=z/cosα,z为垂直于坡面方向的土层厚度;d为稳定状态下测量得到的竖向地下水位埋深;ks为饱和竖直渗透系数;inz为第n时段的降雨强度下对应的地表入渗量;β=cos2α-(izlt/ks),izlt为稳定(初始)的地表入渗量,一般可以根据近几周或几个月的平均降雨量来获得;d1=d0/cos2α,d0为饱和水力扩散系数(d0=ks/ss,ss为比储水系数);n为降雨历时间隔总数;h(t-tn)为海维塞德阶跃函数,tn为降雨期内第n阶段的降雨历时;
ierfc(η)函数的表达式为:
式中,erfc(η)为互补误差函数。第一类的计算过程可参考baumr.l的研究。
边坡稳定性模型,结合地下水孔隙水压力的变化,得到不同深度z处栅格单元体稳定性的表达式为:
式中,c′为土壤有效黏聚力,
5.如权利要求1所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法,其特征在于,步骤二中,所述主程序中的文件写入部分和子程序rnoff部分都有一个do循环,前者的循环次数由参数nout决定,后者的循环次数由nper决定,nout是在初始化文件中设置的需要输出的降雨时刻的数量;nper是降雨阶段的个数;
利用mpi对循环进行并行,优化后的程序,进程数大于nout时,则文件写入就是一次循环所花费时间;进程数小于nout时,文件写入时间缩短进程数倍。
6.如权利要求1所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法,其特征在于,步骤三中,所述实验评价指标包括:
(1)加速比
加速比是衡量程序并行化性能和效果的一个基本指标,其公式定义为:
其中,t1为并行前程序的运行时间,tp指当有p个处理器时并行程序的运行时间;
(2)效率
效率是由加速比派生出的一个并行性能度量指标,定义为:
效率体现的是并行后的程序在解决问题时,相比于在通信于同步上的花费,参与计算的处理器利用的程度;随着进程数的增加,通信所花费的时间占比越来越大,并行程序的效率会逐渐下降。
7.一种实施权利要求1~6任意一项所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化系统,其特征在于,所述降雨型滑坡模型trigrs的并行优化系统包括:
线程级别并行划分模块,用于利用mpi对栅格数据进行初次划分后,使用openmp对每个进程负责的栅格数据再次划分,实现线程级别的并行;
并行处理模块,用于使用mpi分别对主程序中的文件写入部分和用于计算径流渗透并输出实际渗透率的子程序rnoff部分进行并行;
可视化展示模块,用于通过三组不同数据集并行策略的有效性进行验证,并对验证区域的最小安全系数进行可视化展示。
8.如权利要求7所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化系统,其特征在于,线程级别并行划分模块包括:
对于输入模块,主进程对输入文件进行读取,将所读取数据存储到对应的变量、数组;主进程通过mpi_bcast函数将数据广播给其他进程,所有进程都拥有计算所需要的数据;
计算模块,对栅格单元进行分块,使每个进程负责计算一部分的栅格数据,每个进程的计算并行进行,读取输入模块已经被存储到一维数组中的栅格数据对栅格数据进行分块,当每个进程计算结束后,通过mpi_gatherv和mpi_reduce将结果整合到主进程中;
输出模块,由主进程负责将结果写入输出文件。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品,包括计算机可读程序,供于电子装置上执行时,提供用户输入接口以实施如权利要求1~6所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法。
10.一种计算机可读存储介质,储存有指令,当所述指令在计算机上运行时,使得计算机执行如权利要求所述的1~6所述的降雨型滑坡模型trigrs的并行优化方法。