机群并行系统与网络并行计算环境

网络并行计算环境是近年来国际上发展并行环境的一个重要方向。由网络并行环境支持的机群并行系统具有投资少、可扩展性好的优势及无可比拟的灵活性，特别适合应用于我国许多科研和教育部门。作者在本文中主要讨论了机群并行系统和网络并行计算环境的一些技术问题，并给出了一个建立PC机群并行系统的实例。     

基于MPI的快速富里叶变换并行算法

随着并行计算技术的快速发展 ,数据处理、信息处理等应用领域处理问题规模的日益增大 ,对并行计算的需求也越来越迫切。这里给出一种基于可移植消息传递界面 (MPI)标准的一维快速富里叶变换并行算法 ,可应用于分布式存储并行计算机系统     

基于MPI的分布式水循环模型并行计算性能研究

为满足分布式水文模型快速模拟的需要,引入并行计算技术。基于MPI编程模型实现了WEP-L分布式水循环模型产流模块的并行编程,采取子流域任务划分和对等模式实现了模型的并行设计。为了减少进程间的通信时间,在产流计算之前,数据按随年、月、日变化以及不随时间变化分成四类,分批进行通信;产流计算完成之后,采用聚合通信方式中的数据收集,快速统计结果。模型并行化后应用于黄河流域,结果如下:(1)随着参与计算的进程数增加,并行计算的加速比呈先增加后减少的趋势,并行效率随进程数增加呈线性下降趋势。(2)模型并行性能受通信开销制约,当通信开销增量大于产流计算时间减少量时,加速比达到峰值4.8。     

基于MPI大地电磁二维正则化反演并行计算研究

运用并行技术能提高运算效率,在大地电磁数据处理中,偏导数矩阵的计算占据了大量的计算时间,使得反演速度较慢.这里在目标函数中采用基于阻尼高斯—牛顿法的正则化反演方法,对偏导数计算进行并行处理,其余部份保留串行计算模式,针对不同频率间实现完全对等的并行策略,模拟在多进程下的并行计算速度.通过两个理论模型试算,验证了并行算法的正确性、高效性和稳定性.     

大地电磁Occam反演中拉格朗日乘子搜索的并行计算

Occam反演以其稳定收敛和不依赖初始模型的特性,在大地电磁数据处理中得到了广泛应用。但拉格朗日乘子的求取,导致了大量的正演计算,使反演速度较低。在讨论拉格朗日乘子计算方法的基础上,提出用基于机群的并行计算来解决这一问题,并采用主-从编程模式,实现了拉格朗日乘子扫描和一维搜索的并行计算。将扫描任务编组分派到不同的节点完成,减少了通信量,也较好地实现了负载均衡。算例表明,并行计算可以比较显著地提高处理速度。     

基于Dotnet Remoting技术实现Windows平台下的并行计算

分布式并行计算是目前提高计算能力的重要手段,在生产、科研中起着重要的作用。Windows平台下的NET Framework Remoting技术,为开发分布式并行计算提供了方便、灵活、简单的手段,可以屏蔽分布式编程所需要处理的通信、协议、消息传输等细节,使分布式编程与本地编程具有相同的界面,为本地计算和远程分布式计算提供了一个一致的面向对象的编程环境,使开发分布式计算如同开发本地计算一样,这就大大降低了开发分布式并行计算的难度。这里主要介绍了如何利用NET Framework Remoting技术,实现Windows平台下的并行计算。     

基于MPI环境的并行程序设计

MPI(Message Passing Interface)是消息传递并行程序设计的标准之一,概述了MPI的概念和组成,着重介绍了支持并行程序设计的消息传递接口(MPI)以及在MPI环境下的并行程序设计方法,并给出一个MPI并行程序设计实例,说明了MPI的程序设计流程和主从并行计算流程,由此提出了一个Master/Slave结构的设计模式。     

基于钻孔雷达的透明工作面构建方法

煤岩界面的高精度探测是构建智能开采三维地质模型的关键难点。提出利用煤矿井下顺层孔实施单孔反射雷达,联合多孔探测结果构建区域煤岩界面地质模型实现透明工作面的方法。对单孔雷达数据,利用巷道波同相轴斜率计算煤层雷达波速度,采用空间约束偏移成像实现煤层顶/底板反射界面精准归位。形成3种匹配实际开采的透明工作面构建模式:回采前长钻孔模式、回采中短钻孔模式和联合模式。在山西某矿31004工作面对回采中短钻孔模式进行试验性应用,基于钻孔雷达构建的工作面地质模型与原始地质模型相比,局部信息刻画更精细,顶、底界面及煤厚与实际数据误差分别小于0.57、0.54、0.30 m。结果表明:钻孔雷达能高精度探测煤厚与顶、底界面,可实现透明工作面的构建。      

基于EBE方法的三维有限元并行计算

在水利工程中,施工过程的模拟、动力的时域分析、开裂计算等,都对大规模并行计算提出了迫切的需求。然而,基于高斯消去的有限元直接解法,通常会占用大量的内存,并花费大量的CPU时间。而水利工程中的问题多为大带宽问题,这些问题更为突出。基于EBE-PCG方法的有限元方法,可以避免形成整体刚度矩阵,进而,显著减少内存的需求。而且,这种方法可以有效地并行实现,为大规模数值计算提供了可能。采用基于EBE策略的Jacobi预处理共轭梯度法,编制了有限元计算程序,并成功应用于溪洛渡、锦屏等工程的大规模数值分析。结果表明,对水利工程中的大带宽问题,该方法是一种很有效的并行计算方法。     

基于MPI的TOUGHREACT并行性能分析

反应运移模拟在实际应用中的主要制约因素是其计算量巨大,对模拟程序并行化可以拓展反应运移模拟的应用范围。在阐述反应运移模拟耦合过程的基础上,介绍了TOUGHREACT基于MPI的并行实现方法。以ECO2N模块为例,通过分析程序的流程图、加速比和并行效率,探讨TOUGHREACT并行程序的计算性能,并通过加密网格的方式对其加速效果进行验证。结果表明:基于MPI的TOUGHREACT并行程序采用METIS区域分解方法和AZTEC并行迭代解法器库,有效地实现了对TOUGHREACT的并行加速;在计算集群上调用2~128个处理器时,可以达到2.00~68.09倍的相对加速,显著提高了程序的计算效率;网格的剖分精度越高,该程序的并行效果就越好,表明该程序对复杂问题的并行加速效果更优。     

Operational mesoscale atmospheric dispersion prediction using a parallel computing cluster

An operational atmospheric dispersion prediction system is implemented on a cluster supercomputer for Online Emergency Response at the Kalpakkam nuclear site. This numerical system constitutes a parallel version of a nested grid meso-scale meteorological model MM5 coupled to a random walk particle dispersion model FLEXPART. The system provides 48-hour forecast of the local weather and radioactive plume dispersion due to hypothetical airborne releases in a range of 100 km around the site. The parallel code was implemented on different cluster configurations like distributed and shared memory systems. A 16-node dual Xeon distributed memory gigabit ethernet cluster has been found sufficient for operational applications. The runtime of a triple nested domain MM5 is about 4 h for a 24 h forecast. The system had been operated continuously for a few months and results were ported on the IMSc home page. Initial and periodic boundary condition data for MM5 are provided by NCMRWF, New Delhi. An alternative source is found to be NCEP, USA. These two sources provide the input data to the operational models at different spatial and temporal resolutions using different assimilation methods. A comparative study on the results of forecast is presented using these two data sources for present operational use. Improvement is noticed in rainfall forecasts that used NCEP data, probably because of its high spatial and temporal resolution     

集群计算在数字流域模型中的应用

随着计算机技术的发展,以消息传递接口(MPI)标准为代表的高性价比集群计算技术使并行计算在大量传统的专业领域也得到了广泛应用.数字流域模型因需要对大范围流域进行分布式的水文、泥沙过程模拟而提出了较大规模的计算需求.同时,基于分水岭的单元划分方式和专门的河网编码方法使数字流域模型的并行化计算具有先天优势.提出了一种典型的并行调度流程,用于完成产汇流计算的动态任务分配.在自主搭建的MPI计算集群上进行的应用实验表明,集群计算提高了数字流域模型的计算效率,能够作为模型的计算平台.最后指出了此应用计算平台的发展方向.     

云南昭通市群测群防信息管理系统WebGIS平台的应用

我国是一个地质灾害多发的国家,地质灾害群测群防信息管理系统在我国许多省市都已经建立,但在平台的选择、服务的配置和功能的设计开发上还没有统一。本文介绍WebGIS开发平台is.net的特点,并以云南省昭通市群测群防信息管理系统为例,结合在系统开发中遇到的一些问题,探讨了基于B/S模式下开发应用于地质灾害群测群防工作的地理信息系统的方法和体会。     

基于GIS和聚类分析的矿井突水水源快速判别

基于GIS强大数据库功能和模糊聚类分析方法,建立模糊综合评判模型进行矿井突水水源快速判别,同时利用GIS可视化技术将评判结果直观地显示给用户。尝试将该系统应用于河南某矿区,结果表明该系统简便易行,评判结果切合实际,也验证了该系统的可靠性。采用该系统软件可高效准确地完成未知突水水样的水源判别,为煤矿安全生产提供决策依据。     

能源储备地下库群稳定性与连锁破坏分析

基于变形加固理论关于结构失稳的严格定义及其集合逻辑表述,提出了基于不平衡力和最小塑性余能原理的地下储库群稳定性判别方法。在非平衡态弹塑性力学框架下,将经典有限元拓展到结构失稳后的分析,塑性余能范数即可作为库群失稳判据,而不平衡力及其发展则表征了库群失稳破坏的形态和演化路径。研究了单储库的稳定性、双储库结构在不同储库间距条件下的整体稳定性及连锁破坏规律,并应用于金坛盐矿油气储库群的稳定性分析和连锁破坏模拟计算分析。研究表明,不平衡力和塑性余能范数用来定量评价地下储库的稳定性是合适的。变形加固理论为评价库群整体稳定性、研究储库间相互作用以及破坏的时空演化提供了定量实用的分析方法,为地下储库群的灾变机制与防护研究打下基础。     

基于模糊聚类分析和模糊模式识别的煤与瓦斯突出预测

煤与瓦斯突出发生的内在机理复杂,突出影响因素与突出事件之间的相关规律具不精确性和模糊性,使得基于经验的传统预测方法和基于数学建模的统计预测方法的应用受到很大限制。提出了采用模糊聚类分析与模糊模式识别方法相结合的煤与瓦斯突出区域预测方法。首先采用模糊聚类分析对煤与瓦斯突出的样本集合进行分类,建立不同程度的模糊模式,然后对待预测样本进行模糊模式识别,以此来预测待测样本的煤与瓦斯突出危险程度。实例验证表明,本法预测可靠。      

基于Teamcenter的钻机PDM平台建设

针对钻机研发过程中产品数据管理存在的问题,采用Teamcenter软件开发了ZDY6000LD（A）钻机产品数据管理（PDM）系统。该系统在钻机设计中实现了项目管理、产品文档管理、流程管理、产品结构管理、零部件分类管理、CAD软件集成等功能,保证了钻机产品研发过程中的各种技术资料得到有效控制,为钻机的数字化开发提供了平台。     

模糊聚类在地层分析中的应用

传统上,对于依据原始资料进行地层的划分与合并往往依靠工程师个人的经验与习惯。引入了模糊聚类概念,提出了一种根据基本物理力学指标进行土层归并分类的合理方法,物理意义明确,计算简捷,具有普遍意义。还提出了一种用参数的变异系数来检验模糊聚类结果的方法,使模糊聚类的结果与统计参数对应起来,从而使验证结果满足规范的规定,保证了地层归并的合理性。     

An application of cluster analysis in mineral exploration

This paper presents a technique for evaluating the similarity of ore deposits utilizing several geological variables. Information on tungsten mines in North America, taken from published literature, was used for a cluster analysis to group samples according to their similarity based on a simple matching coefficient. It was possible to interpret and evaluate different ore environments that clustered according to age, mineralogy, and other variables. Cluster analysis may be important in mineral exploration where considerable amounts of data are available for analysis. Subtle relationships that might be overlooked because the data are too voluminous can be isolated using this technique. It also can be used to establish exploration priority in unknown areas on the basis of similarity to known metallogenetic provinces.