甘肃省地震局高性能计算系统

高性能计算是现代科学研究、工程技术开发和大规模数据处理的关键支撑技术,在地震系统发挥着日益重要的作用。甘肃省地震局高性能计算集群系统由60个节点、采用40 GB InfiniBand网络互连组成,峰值计算速度达9.2万亿次/秒。作为地震系统重要的科技服务平台之一,为地震反演、数据分析、数值模拟等领域以及科研创新平台提供高性能计算环境。     

地震预测重点实验室高性能计算平台计费服务系统的设计与实现

本文简要回顾了高性能计算在地震研究中的应用,介绍了中国地震局地震预测重点实验室高性能计算平台及其应用情况,并指出作业计费的必要性。其次,详细介绍了1种高性能计算平台计费服务系统的设计与实现。该系统基于TORQUE和LSF集群作业管理系统日志信息的分析处理,具备作业查询、作业统计、作业计费、作业预约、信息管理、留言管理等功能,有益于解决高性能计算平台计算收费和运维支出平衡的问题,提高了平台的透明度和利用率,促进信息共享和技术交流,并具有较好的扩展性和应用前景。最后,对高性能计算过渡到高性能云计算进行了展望。     

高性能集群计算系统的构建

高性能集群计算系统因其具有强大的运算能力、 较高的I/O性能、 高性能管理和较强的系统扩展能力而广受关注。 本文简要介绍了高性能计算的发展现状和高性能集群计算系统构成, 比较详细地描述了系统环境、 系统性能及集群管理与应用情况, 对高性能计算的新技术进行展望。 并以一个实例阐述了集群系统构建等内容。 该系统由192个计算节点、 4个I/O节点、 1个登录节点、 1个管理节点、 1个Windows集群服务节点、 1组盘阵、 1组计算与I/O网络和1组管理网络组成。 系统计算能力在2009年和2010年中国高性能计算机性能TOP100排行榜分别为第36位和第63位, 具有相当的竞争力, 能够在近几年内为地震科研提供有力支持。     

高性能集群系统在地震波数值模拟中的应用

随着地震领域研究工作不断深入,为了进行大规模信息处理和求解复杂模型,研究人员对具有大规模计算能力的并行计算平台需求已十分迫切。本文详细介绍了在Linux平台下,利用开源软件OSCAR(Open Source Cluster Application Resources)搭建高性能计算集群系统的方法;测试表明,构建的系统具有运行稳定,节点增减便利,提交、管理作业简单,性能参数可监控等诸多优点。该系统不仅提供了可靠的高性能计算平台,还使得进一步开发和应用国内外同行基于最新研究成果发布的各种大型并行计算开源程序变得简单方便,如加州理工学院等机构编写的基于谱单元法的大型盆地内场地地震动数值模拟程序SPECFEM3D。     

能源供应系统地震次生火灾危险性与火灾荷载评估

能源供应系统的地震安全是防震减灾的重要课题。研究了能源供应系统可能遭遇的地震次生火灾危险性评估和火灾荷载的评价分析方法,包括危险性评估、火灾荷载、温度计算、火灾减灾等。这些方法为能源供应系统防御地震次生火灾提供了有效途径,具有很好的应用前景。     

地磁场子夜均值逐日动态演化特征及与汶川大地震关系研究

利用我国地磁台网每天的“子夜均值”资料,应用高性能计算技术,建立中国地磁场动态演化模式,研究汶川5．12地震前后中国地磁异常场逐日演化特征。结果表明：地震前后地磁异常场变化特性较明显,在时间上有显著的阶段性特征,这可能反映了地震不同孕育阶段的特征。     

基于虚拟技术的地震应急指挥技术系统应用

地震应急指挥技术系统的特殊性要求整个系统必须具有高可靠性及稳定性.基于虚拟技术的地震应急指挥技术系统可实现整个系统的容灾备份,并通过虚拟机特性将原来在多台服务器上部署的系统在一台高性能服务器上实现,节约资源的同时,使异地移植更加灵活.基于虚拟技术的地震应急指挥技术系统,可提升整个系统的稳定性、灵活性、可靠性.     

地震模拟可达千万亿次水平

正德国计算机学家、数学家和地球物理学家在SuperMUC高性能计算机上通过优化Seis Sol地震模拟软件使其性能超越"神奇的"每秒千万亿次浮点运算水平。为了尽可能准确地模拟地震,地球物理学家使用Seis Sol地震模拟软件研究地下的断裂过程以及地震波,为未来地震事件做好更充分的准备,更好地理解地震的基本形成机制。然而模拟涉及的计算十分复杂,即使超级计算机也很难完成。     

新型框架结构弹塑性地震反应的等效线性化方法研究

等效线性化方法是计算结构弹塑性地震反应的实用方法.通过对几种等效线性化方法的比较分析,提出了基于FEMA440 （2005）计算等效刚度和等效阻尼比的等效线性化方法;分别采用静力弹塑性分析方法和等效线性化方法,分析了局部使用高性能纤维增强混凝土新型框架结构的弹塑性地震反应.结果表明,两种方法所得结构的地震反应均比较接近.因此,本文建议的等效线性化方法能够较好地预测新型框架结构的弹塑性地震反应.     

实时智能地震处理系统研发及其在2021年云南漾濞Ms6.4地震中的应用

本文介绍了一套基于人工智能的实时地震处理系统,该系统采用深度学习方法检测地震,具备地震检测、到时拾取、震相关联、地震定位和震级测定功能,可实时和离线处理连续地震波形数据和密集地震序列,产出的地震目录定位精度高、完备性和一致性好.以云南漾濞Ms 6.4地震序列为例,可在震后2～4 min内产出地震目录,检测出的地震数量比人工多2～3倍,定位精度与人工处理结果相当,震级测量误差小,震级处理下限可达ML 0.0级左右.该系统不仅可应用于省级区域地震台网,也可用于密集地震台阵,水库、矿山和火山等专用台网的实时处理,基于该系统产出的结果,可进一步计算b值变化,分析地震时空演化特征,开展序列实时精定位,为地震应急、地震预测预报和相关科学研究提供重要数据.该系统对于优化我国地震数据自动处理流程,提升地震编目工作的自动化水平具有重要意义.     

FPGA与GPU并行计算分析——以Kirchhoff叠前时间偏移为例

高性能计算(high performance computing)是地震数据处理领域一个重要研究课题.目前的高性能计算大多是利用图形处理器(GPU)强大并行处理能力,以GPU/CPU协同并行计算构架为基础实现有关算法.本文讨论了利用CUDA和Impulse C-to-FPGA工具分别在GPU(图形处理器)和FPGA(可编程逻辑门阵列)平台上并行实现Kirchhoff叠前时间偏移算法.处理结果表明,利用GPU加速Kirehhoff叠前时间偏移处理得到了14倍的单核加速比,利用FPGA加速Kirchhoff叠前时间偏移处理得到了9.5倍的单核加速比.     

关于《微功耗遥测地震发讯设备》的研制

本文介绍了用高性能集成电路研制的高稳定性的微功耗遥测地震发讯设备,提供了该设备的设计要求,主要单元电路的设计方法,整机的主要技术指标及其主要参数的设计计算。     

汶川地震前后中国大陆地磁场动态演化特征初步研究

利用我国地磁观测台网每天的子夜均值资料,运用高性能计算技术,建立了中国大陆地磁场动态演化模型.利用该模型,研究了2008年5月12日汶川8.0级地震前后中国大陆地磁异常场动态演化.结果表明:地震前后地磁异常场变化特性较明显,具有显著的阶段性特征,这可能反映了地震不同孕育阶段的特征.     

基于时间相依地震活动性模型的地震时间序列模拟

模拟地震时间序列在地震危险性分析和地震灾害预测等领域中具有重要作用,地震活动性模型是模拟地震序列的重要理论基础.本文以时间相依地震活动性模型为理论模型,系统梳理了现有时间相依地震活动性模型理论与方法,研究了断层(震源)上最新地震发生时间已知、未知以及地震历史开放间隔已知三种情况下地震发生概率的计算方法,分析了地震复发间隔的变异系数对时间相依地震发生概率的影响.研究了基于布朗模型的特征地震准周期发生的物理原理,建立了时间相依地震时间序列的模拟方法.研究结果表明,在地震离逝时间较长的情况下,基于时间相依地震活动性模型计算的地震发生概率要显著大于泊松模型;在地震历史开放时间已知情况下,计算的地震发生概率要高于地震离逝时间未知的情况.地震复发间隔的变异系数越小,模拟的地震时间序列越呈现周期性.本文研究结果可提高长期地震概率预测水平,模拟的具有时间相依特征的地震时间序列可用于地震预测、概率地震危险性分析以及地震灾害预测等领域.     

灾评新技术在云龙5.0级地震烈度调查中的应用

通过介绍2016年5月18日云龙5.0级地震烈度调查与分布,分析了此次地震中云南地震现场灾害损失调查系统和无人机技术在地震现场调查与灾害损失计算、灾民安置与政府救灾决策中的应用情况。针对云南省地势高低起伏大、山区村落分散、交通通行条件较差以及地震灾害损失调查时间紧、任务重的情况,现场灾害损失调查系统以及无人机技术的应用在地震现场灾害损失调查工作中具有重要意义。     

新一代区域地震灾害快速评估系统设计与实现——以甘肃省为例

破坏性地震发生后,地震灾情快速评估作为地震应急指挥技术系统中的核心模块能够为各级政府和应急管理部门地震应急指挥决策提供重要的信息服务,是地震应急救援与指挥决策重要的支撑平台。随着学者对地震应急领域几十年的研究,已经具备了开发新一代地震灾害快速评估系统的条件。本文基于甘肃省分震级地震烈度衰减模型、分区域的地震灾害人员伤亡评估模型、地震应急专题图设计等研究基础,研发了新一代甘肃省地震灾害快速评估原型系统,实现了软件自动触发、分震级地震影响范围估计、分区地震灾害人员伤亡计算,自动生成地震灾情评估报告,提高了系统的自动化水平和计算结果的精度。该软件能够提升甘肃省地震灾害快速响应能力,能够为甘肃省地震灾害应急救援和指挥决策提供更为科学可靠信息服务。     

基于静力子结构的多点输入拟静力位移求解

复杂场地的土层地震反应分析对结构的地震反应计算及抗震安全性评价有重要意义。采用直接有限元法对土层进行三维建模,可使系统的计算力学模型更加符合实际情况。但由此带来的计算量之大,使得传统的计算方法难以胜任。在此背景下,本文利用静力子结构方法推导了在多点输入模式下进行土层地震反应分析时拟静力位移的求解步骤,并通过均匀土层算例验证了行波输入下利用约束子结构模态综合法进行复杂场地地震反应分析的可行性。     

地下结构抗震简化分析方法比较研究

地下结构抗震是当今地震工程领域重要的研究方向之一。迄今,国内外学者在地下结构抗震分析中提出了解析方法、数值分析方法和简化分析方法等多种理论。本文系统介绍了目前国内外常见的地下结构抗震简化分析方法,包括地震系数法、自由场变形法、柔度系数法、反应位移法、反应加速度法和地下结构Pushover分析方法。针对各分析方法的计算模型、关键参数、优缺点以及存在的问题进行了较为系统的评述,采用这些方法计算了日本阪神地震中损毁的大开地铁车站地震反应,并与严格的动力时程分析方法结果进行了比较,分析了各种方法的计算精度,可为进一步发展和完善现有的地下结构抗震简化分析方法提供参考。     

地震巨灾风险评估系统的研制与应用

地震巨灾风险评估系统(EQRiskAsia 2010 for Windows)是专门用于未来10年尺度亚洲地震巨灾风险评估计算的系统,该系统具有很强的分析处理功能,可用于地震巨灾风险综合评估、地震灾害损失快速评估和地震巨灾案例信息查询等。本文介绍了该系统的设计思路和主要功能。     

华北地区十一次中强震前的震级熵异常

统计物理学中,熵是表征系统微观分布的混乱程度,是系统无序度的量度,熵高则系统无序度高,比较均匀,熵低则系统有序度高,不均匀性强。地震的孕震过程就是从无序到有序的演化过程。震级熵在孕育过程中的不同阶段其变化特征不同,利用地震前震级熵的变化特征来提取孕震信息,从而可以估计未来发生地震的可能时段。本文利用最大熵原理,推导了连续型随机变量震级熵的表达式,计算了华北地区十一次中强震前后M_L≥2.0级地震的震级熵,计算结果表明,在地震前10个月到34个月前,震级熵开始出现低值异常,随后震级熵回升,在回升途中发震,因此震级熵的低值异常是地震前的一个重要特征。