利用GPU技术及分块策略加速地震波场模拟

传统的利用有限差分方法模拟地震波场需要耗费较大的机时.为了提高地震波场的模拟效率,采用GPU并行计算技术是一种非常好的方法.文章基于一阶应力-速度声波方程的交错网格有限差分法,采用分块策略,将一个地质模型分解成多个小规模的地质子块,每个子块交由一个线程块负责,并利用常数存储器、块内共享存储器和寄存器减少对全局存储器的访问,实现了波场模拟的GPU加速.单CPU和GPU/CPU下不同规模网格的波场模拟结果表明:利用GPU加速可以将模拟效率提高数倍.尤其是当模拟大规模网格且炮点个数较多时,可以更加显著的提升模拟效率.     

体积CT投影数据的模拟方法

体积CT是目前研究的热点,也是医疗CT和工业CT的发展方向。在研究体积CT重建算法的过程中,模拟投影数据是必不可少的一部分。本文提出一种体积CT投影数据的模拟方法。这种方法的特点是准确、适用性广,模拟得到的投影数据能够准确反映各断层的细节信息,一方面可以为后继体积CT重建算法提供可靠的投影数据,另一方面也可以根据需要有选择地模拟失真的投影数据。我＇ffJN用此方法对人脑部及某工件的CT投影数据进行了模拟,并对模拟得到的数据采用滤波反投影算法进行重建,将重建后的断层图像与原始图像进行比较,得到了很好的重建结果,进一步验证了该投影数据模拟方法的可行性。     

CT在体部肿瘤适形放疗中的应用价值

目的：探讨CT在适形放射治疗中的应用价值。材料与方法：对47例接受适形放疗的体部肿瘤患者的治疗前后CT影像资料进行对比分析。结果：CT于治疗前可以明确肿瘤大小部位及毗邻关系和定位标记体表轮廓，治疗后CT可以明确肿瘤大小变化及并发症发生情况。结论 CT技术在适形放疗的肿瘤定位。疗效评价和并发症的观察中有重要的应用价值。     

子结构地震模拟振动台混合试验原理与实现

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,本文提出了子结构地震模拟振动台混合试验方法、试验过程及实时数值积分方法,并给出了试验子结构边界条件的两种模拟形式.通过一个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题.混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性.     

位移控制的子结构地震模拟振动台混合试验方法

为了解决地震模拟振动台承载能力及台面尺寸对大型结构试验的限制,扩展振动台的功能,提出了位移控制子结构地震模拟振动台混合试验方法,包括试验原理、试验过程及数值积分方法,并给出了2种子结构边界条件的模拟形式.通过1个简单框架结构的地震模拟振动台试验和子结构混合加载试验验证了该方法的可行性,并指出了该试验方法的主要技术问题.混合试验方法通过子结构技术和振动台试验相结合,解决了目前的地震模拟振动台试验和拟动力试验在设备规模和加载速度上的局限性.     

微观剩余油研究现状分析

微观剩余油形成机理、赋存量以及空间分布是油田评价储层不同开发阶段含油性、提高采收率的重要研究内容,由于微观剩余油尺寸较小,影响因素复杂,需要借助特殊的方法进行研究.本文从微观剩余油研究的手段入手,将微观剩余油研究分为物理实验技术和数值模拟方法,并探讨了各种方法的优缺点.物理实验技术主要包括传统光学技术、扫描电镜技术、激光共聚焦技术、CT技术、核磁共振成像技术;数值模拟方法主要包括基于网格化方法、无网格化方法、孔隙网络方法等.结合国内外研究现状的综合评述,对两类微观剩余油方法进行展望,指出微观剩余油研究对探勘和开发的重要性,认为CT技术、核磁共振成像技术、格子玻尔兹曼方法和孔隙网络方法是未来微观剩余油研究的主要手段.     

食管癌放疗后并发食管-纵隔瘘的多层螺旋CT诊断

目的: 分析食管癌放疗后食管-纵隔瘘的CT表现,探讨螺旋CT对食管癌放疗后继发食管-纵隔瘘的诊断价值.方法: 对10例临床确诊为食管癌.经放射治疗后发生食管瘘患者行CT扫描,并进行多平面重建和仿真内镜,总结其CT表现,并与内窥镜检查作比较.结果: CT成功显示了食管-纵隔瘘的瘘口,并显示了瘘口的并发症;纵隔炎,仿真内镜显示了瘘口的形状,并与消化内镜相符合.结论: 螺旋CT断层扫描与仿真内镜能显示食管瘘的瘘口及其并发的纵隔炎症,为食管癌放疗后并发食管-纵隔瘘的治疗提供可靠的影像学依据.     

构造应力场模拟-有限元理论、方法和研究进展

采用有限元数值模拟方法对构造地质问题进行描述和定量化求解是当前地质学领域的研究的一个热点,该方法近10年以来取得了重要进展,形成了比较完整的理论和技术体系,并在一些典型的地质构造带获得了重要的研究成果,已成为当前定量研究构造应力场的主要方法.文中以有限元数值模拟方法理论作为出发点,总结分析了国内外有限元数值模拟方法在构...     

知识发现及地理元胞自动机

提出了将数据挖掘技术应用于元胞自动机(CA)进行地理模拟的新方法. CA具有很强的模拟复杂系统的能力. CA的核心是如何定义转换规则, 但目前还没有很好定义转换规则的方法. 主要是采用启发式的方法来定义转换规则, 受主观因素影响很大. 而且, 这些转换规则基本是通过数学公式来隐含表达, 在反映复杂关系时有一定的局限性. 利用数据挖掘技术从GIS和遥感数据中发现知识, 自动找到CA的转换规则, 大大缩短了建模所需要的时间, 并改善了模拟效果.     

层状导电介质中地面核磁共振响应特征理论研究

水平层状导电大地中层状含水层地面核磁共振响应的数值计算技术涉及到导电介质中回线源 磁场的计算以及地下含水层中质子磁矩在线圈中产生感应信号的体积积分. 文中采用直接数 值积分技术,对具有振荡核函数的Hankel变换进行积分,以求取回线源磁场的径向与垂向分 量,计算并研究了回线产生的径向与垂向磁场分量随空间位置的变化规律. 基于磁场空间分 布特点,利用不等间距空间剖分技术计算地面核磁共振的体积积分,模拟了不同模型的地面 核磁共振响应并讨论了其影响因素. 结果表明,结合能对任意层状导电介质中磁场进行稳定 快速计算的直接数值积分技术与不等距空间模型剖分技术,可正确模拟地面核磁共振响应. 导电性是产生地面核磁共振信号相位的先决条件,但影响响应振幅强度与相位的因素还有含 水层的埋深、厚度以及装置大小等.     

仿真技术与地震工程

系统仿真是以系统科学、相似技术、信息技术与应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或设想中的系统进行动态研究的一门多学科的综合性技术。它具有可行、安全、经济、方便等特点，因而在许多领域得到了广泛地应用。由于强烈地震的罕遇性、突发性、瞬时性、破坏性和复杂性，观测、试验和分析等方法在实际应用中受到了一些限制。仿真方法能够解决一些其他方法不易解决的问题，可以作为上述方法的有益补充。分析了仿真技术在地震工程中应用的必要性和可行性，并对其适用问题和应用前景进行了简要的说明。     

地震工程研究的科学大平台

始于十九世纪末的地震工程研究,在其100多年的历史中积累了大量的理论和实践经验,随之而建设起来的各类地震工程实验设施分布于世界各地。近20年来,信息技术的飞速发展使得分布于世界各地的实验设施通过网络实现协同实验和资源共享。基于以上的信息,为了更好更快地和国际接轨,本文提出了建设一个地震工程研究领域的科学大平台设想。这个大平台包括三个方面的内容:数值模拟,网络协同实验系统和基础信息系统,将形成本领域开放性的综合科学平台。在数值模拟方面,这个科学平台将利用最新的信息技术将本领域的科学研究结果和方法集成起来,形成一个模块式的科学研究平台系统。在网络协同实验方面,将采纳美国NEES的思路,并对其改进和提高之后应用于中国。在基础数据方面,将利用最为先进的数据仓储技术,建设一个可以服务于地震工程科学研究的数据平台。最后,文章给出了建设这个科学平台的规划,以及目前的进展和资金支持等情况。     

地震模拟系统的人机交互设计

当前的地震模拟系统存在用户指令传达不及时、系统反馈不准确的问题,针对这些问题,提出一种改进的地震模拟系统人机交互设计方法,构建地震模拟系统的整体交互流程。通过设计4×4按键电路、LCD接口电路,完成键盘与显示器之间的数据传输、用户指令的传递;同时引入虚拟现实技术设计人机交互的脚本、代码。实验结果表明,所设计的地震模拟系统人机交互模式的稳定性高达98.9%,准确率高达99.6%,能够有效实现地震模拟的人机交互。     

Evaluation of typhoon‐induced rainfall using nonparametric Monte Carlo simulation and locally weighted polynomial regression

Typhoons in Korea are the major causes of natural disasters in the Korean peninsula. In this study, rainfall generated by typhoons was quantitatively analysed using various statistical methods. First, the frequency analysis of rainfall induced by typhoons was carried out to calculate the design rainfall. Second, the frequency analysis of simulated rainfall derived by nonparametric Monte Carlo simulation (NMCS) was performed to evaluate the uncertainty of rainfall caused by typhoons. Third, the regression relationship between the physical characteristic factors of typhoons and rainfall was established by locally weighted polynomial regression (LWPR), and the characteristic factors of typhoons were simulated. The simulated characteristic factors were then used to estimate rainfall and to calculate the design rainfall by typhoons. Comparative analyses of design rainfalls as estimated using various statistical methods were performed. The LWPR showed good performance in terms of reproducing typhoon characteristics. Therefore, the combined NMCS and LWPR method suggested in this study can be used as a supplementary technique for assessing extreme rainfall with climate change and reflected variability. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

GPU加速的水体辐射传输Monte Carlo模拟模型研究

水体辐射传输方程是复杂的微积分方程,只能利用数值方法求解,如Monte Carlo光线追踪法、不变嵌入法、离散坐标法等,其中,Monte Carlo方法是目前解决水体水下光场三维问题的唯一有效方法.根据辐射传输理论,开发了水下光场的Monte Carlo模拟模型,主要包含大气、水-气界面、层化水体和水底边界4个模块.实现了模拟任意太阳角度、不同水体固有光学属性和任意深度条件下,考虑大气、粗糙水面和水底边界的水下光场,能够获取辐亮度、辐照度等辐射量的空间分布.该模型暂不考虑Raman散射、偏振、内部光源的影响.实现了GPU加速水下光场Monte Carlo模拟,并用Mobley等提出的海洋光学标准问题中的问题1~6进行验证.在两种计算环境下,通过对不同边界条件下的CPU、GPU运行时间及加速比的对比,发现GPU计算可以达到几百至上千倍的加速比.     

基于图形处理器的伪谱和高阶有限 差分混合方法地震波数值模拟

伪谱和高阶有限差分混合方法, 在垂直方向采用交错网格有限差分算子, 利用其并行程度高的特点, 在水平方向采用伪谱算子, 保留其高精度的优势, 是计算地震波场的有效方法. 图形处理器(graphic processing unit, 简写为GPU) 由于其高度并行性, 在计算此类问题中有显著的优势. 由英伟达(NVIDIA)公司推出的统一计算设备架构(compute unified device architecture, 简写为CUDA)平台极大地简化了GPU编程的难度. 为提高计算效率, 本文实现了基于CUDA 平台的混合方法二维地震波场模拟. 然后基于二维均匀介质模型将CPU与GPU版本的运行时间进行对比. 实际测试结果表明, 基于CUDA 的并行模拟方法在保证计算精度的同时显著地提高了计算速度, 为开展大规模非均匀地球介质地震波传播数值模拟提供了一种可选的方法.      

干涉雷达人工角反射器技术

人工角反射器是众多雷达目标中的典型散射结构.本文介绍了人工角反射器技术应用在雷达干涉测量(CD-InSAR)的基本概念,描述了其中常用的二面角、三角锥形三面角、正方体三面角和长方体锥形三面角等四种典型的人工角反射器特点和最大雷达散射截面的计算机模拟,最后对人工角反射器制作和布设中的一些注意事项及主要应用领域进行了探讨.     

Data-based modelling approach for variable density flow and solute transport simulation in a coastal aquifer

Data-based models, namely artificial neural network (ANN), support vector machine (SVM), genetic programming (GP) and extreme learning machine (ELM), were developed to approximate three-dimensional, density-dependent flow and transport processes in a coastal aquifer. A simulation model, SEAWAT, was used to generate data required for the training and testing of the data-based models. Statistical analysis of the simulation results obtained by the four models show that the data-based models could simulate the complex salt water intrusion process successfully. The selected models were also compared based on their computational ability, and the results show that the ELM is the fastest technique, taking just 0.5 s to simulate the dataset; however, the SVM is the most accurate, with a Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) ≥ 0.95 and correlation coefficient R ≥ 0.92 for all the wells. The root mean square error (RMSE) for the SVM is also significantly less, ranging from 12.28 to 77.61 mg/L.     

Convergence of realization-based statistics to model-based statistics for the LU unconditional simulation algorithm: some numerical tests

 In geostatistics, stochastic simulation is often used either as an improved interpolation algorithm or as a measure of the spatial uncertainty. Hence, it is crucial to assess how fast realization-based statistics converge towards model-based statistics (i.e. histogram, variogram) since in theory such a match is guaranteed only on average over a number of realizations. This can be strongly affected by the random number generator being used. Moreover, the usual assumption of independence among simulated realizations of a random process may be affected by the random number generator used. Simulation results, obtained by using three different random number generators implemented in Geostatistical Software Library (GSLib), are compared. Some practical aspects are pointed out and some suggestions are given to users of the unconditional LU simulation method.     

A phased approach to enable hybrid simulation of complex structures

Hybrid simulation has been shown to be a cost-effective approach for assessing the seismic performance of structures. In hybrid simulation,critical parts of a structure are physically tested,while the remaining portions of the system are concurrently simulated computationally,typically using a finite element model. This combination is realized through a numerical time-integration scheme,which allows for investigation of full system-level responses of a structure in a cost-effective manner. However,conducting hybrid simulation of complex structures within large-scale testing facilities presents significant challenges. For example,the chosen modeling scheme may create numerical inaccuracies or even result in unstable simulations; the displacement and force capacity of the experimental system can be exceeded; and a hybrid test may be terminated due to poor communication between modules(e.g.,loading controllers,data acquisition systems,simulation coordinator). These problems can cause the simulation to stop suddenly,and in some cases can even result in damage to the experimental specimens; the end result can be failure of the entire experiment. This study proposes a phased approach to hybrid simulation that can validate all of the hybrid simulation components and ensure the integrity largescale hybrid simulation. In this approach,a series of hybrid simulations employing numerical components and small-scale experimental components are examined to establish this preparedness for the large-scale experiment. This validation program is incorporated into an existing,mature hybrid simulation framework,which is currently utilized in the Multi-Axial Full-Scale Sub-Structuring Testing and Simulation(MUST-SIM) facility of the George E. Brown Network for Earthquake Engineering Simulation(NEES) equipment site at the University of Illinois at Urbana-Champaign. A hybrid simulation of a four-span curved bridge is presented as an example,in which three piers are experimentally controlled in a total of 18 degrees of freedom(DOFs). This simulation illustrates the effectiveness of the phased approach presented in this paper.