浅水动力学的格子Boltzmann模拟

建立了一个格子Boltzmann模型,经过Chapman-Enskog展开可以恢复出守恒形式的浅水动力学方程组。理论分析和数值试验的结果都表明,本模型严格地满足质量守恒定律和动量定理。数值模拟了一维和二维溃坝流动,分别与理论解和文献值进行了对比,结果相当吻合。本模型具有很好的并行计算性能,在海洋、大气等大规模数值计算领域有着广阔的发展前景。     

求解3D弹性波方程的并行WNAD方法及其TI介质中的波场模拟

准确模拟TTI介质中弹性波的传播是研究地震各向异性、AVO反演的基础. 在二维加权近似解析离散化(WNAD)算法的基础上, 本文发展的并行WNAD算法是一种研究三维横向各向同性(TI)介质中弹性波传播的、快速高效的数值模拟方法. 我们首先介绍三维WNAD方法的构造过程, 然后与经典的差分格式--交错网格(SG)算法进行了比较. 理论分析和数值算例表明, WNAD算法比交错网格算法更适合在高性能计算机上进行大规模弹性波场模拟. 同时, 本文利用并行的WNAD方法研究了弹性波在TTI介质中的传播规律, 观测了TI介质中弹性波传播的重要特征:横波分离、体波耦合和速度各向异性等. 在TTI介质分界面处, 弹性波产生更加复杂的折射、反射和波型转化, 使得波场非常复杂, 研究和辨别不同类型的波能够加深我们对由裂隙诱导的各向异性介质的认识.     

基于矢量有限元的带地形大地电磁三维反演研究

研究了基于矢量有限元方法的大地电磁带地形三维反演算法并开发了三维反演计算程序代码.在大地电磁场正演数值模拟方面,采用并行直接稀疏求解器PARDISO且无需进行散度校正的快速正演方案,对典型地形模型,在中等规模计算条件下,与双共轭梯度法(BICG)计算结果比较,发现PARDISO比BICG快10倍以上;通过理论模型试算,并与前人的有限元法计算结果对比,验证了带地形三维正演计算程序的正确性.在反演方面,本研究基于共轭梯度方法编写了大地电磁带地形三维反演代码,为了避免直接求取雅可比矩阵,将反演中的雅可比矩阵计算问题转为求解两次“拟正演”问题,进而将PARDISO的快速正演方案应用于“拟正演”问题的求解,以提高反演计算效率.利用开发的反演算法对多个带地形地电模型的合成数据进行了三维反演,反演结果能很好地重现理论模型的电性结构,验证了本文开发的三维反演算法的正确性和可靠性.最后,利用该算法反演了某矿区大地电磁实测数据,反演得到的三维电性结构清晰地反映了研究区的地电特征,将反演结果与该区已有地质资料结合进行解释,应用效果明显,进一步验证了本文算法的有效性.     

基于流固耦合统一计算框架的三维大规模海域场地地震反应分析?以东京湾为例

海域场地地震响应分析是确定海洋工程结构抗震设计地震动输入的重要环节。然而,针对海水、饱和土、基岩之间的流固耦合分析,目前一般通过对3种介质方程进行离散,然后整体求解或分区耦合求解的方式进行,过程复杂而低效。因此,大规模海域场地地震反应分析仍是一个挑战性问题。本文基于流固耦合统一计算框架求解海域近场波动问题,采用透射边界模拟无限域,通过将海水和基岩视为孔隙率分别等于1和0的广义饱和多孔介质,使得海水、饱和土、基岩之间的相互耦合可在统一计算框架中实现,避免不同介质求解器之间的数据交换。采用集中质量显式有限元并行计算,不同进程之间采用MPI进行数据交换,提高计算效率;采用逐元技术,按单元类别存储单元刚度,大大节省了内存,便于大规模计算。通过自编程,输入界面高程数据和材料参数,实现建模-自由场-三维地震动模拟全流程自动化。以东京湾为例,使用该方法和程序在超级计算机上模拟SV波垂直入射时的地震响应,证实了该方法用于三维大规模海域地震波场模拟的高效性和可行性。     

GPS信号FFT捕获的GPU实现

缩短GPS接收机冷启动时间一直是GPS领域的热点问题,而决定冷启动时间的关键是捕获速度。针对快速付里叶变换（FFT）捕获算法的并行运算特点和图形处理单元（GPU）适合于进行并行的优势,简单介绍了FFT捕获算法原理和对比了GPU与FPGA的特点,重点设计了各通道和各频点均进行并行计算的FFT捕获算法的GPU实现方案。利用实测的GPS中频数据初步验证了本文捕获方案的正确性和运行时间。试验结果表明：与基于CPU的捕获方案相比,本文的捕获方案对卫星PRN和CA码相位的捕获结果完全正确,而捕获时间大幅度缩短了。     

地理栅格数据并行I/O的研究与实现

随着遥感和测绘技术的进步,日益增大的数据量和高效的数据I/O矛盾逐渐凸显。本文针对这个问题提出了地理栅格数据的一种并行I/O模式,并对该I/O模式进行了相应的编程实现。通过设计实验验证其正确性和效率,我们发现相比传统的栅格数据I/O库（GDAL库）而言,采用本文提出的并行I/O模式对应的I/O库将能同时保证结果的正确性和高效性。     

无线遥测式数字地震仪关键技术

介绍了一种完全自主开发的便携无线遥测式浅层数字地震仪.系统以无线自组网为核心,基于双ARM和FPGA平台,采用多功能IP软核驱动方式及嵌入式操作系统,从硬件方面提高系统的集成化程度,缩小设备体积.设计可动态配置信号调理单元保证系统前端的动态范围和保真性,采用并行双缓存循环预采集存储技术,实现不确定传输延时情况下的多道严格并行采集.文中详细分析了适合于地震数据传输的无线射频和无线以太网两种传输方式,以及相应的组网方案和关键技术难点,解决了分布式无线信号采集站的采集同步和非均匀采样问题.信号采集站单站集成12路并行采集道,各通道在4 k采样率时有效分辨率达18位,且参数可远程配置.软件中所集成的现场质量控制功能,非常适于复杂环境下的工程勘探,且由于移除了多个附加配件,从而缩小了设备的体积和重量,降低施工布线的复杂性,提高环境适应能力和勘探效率.     

“三权制衡”与“双平行制约”--两种不同民主制约理论的比较分析

在社会主义市场经济条件下 ,权力的制约是个重要的理论和现实问题。资本主义的“三权制衡”模式和我国改革开放前实行的“双平行制约”模式 ,其实质类似于几何学中三点确定一个平面和两条平行线确定一个平面的原理。加强社会主义市场经济条件下的监督制约力量、尤其是对公有制经济代理人的权力进行制约 ,是解决民主制衡问题的关键     

地震激发地球自由振荡过程的数值模拟初步探索

地球自由振荡的固有频率与地球内部结构密切相关,研究地球自由振荡可以深入研究地球内部结构。传统的解析方法侧重于本征频率的确定,但对从地震发生到地球自由振荡被激发的全过程难以研究。从弹性波动理论基础出发,试采用谱元法结合高性能并行计算数值模拟特大地震激发的弹性波在地球内部传播过程。在不考虑地球重力情况下,对数值模拟激发地球自由振荡的结果进行功率谱密度分析,通过对谱结果的观察并与理论值进行对比分析,认识到环型振型数值模拟结果可以准确重现其长周期理论频率值,地球重力对球型振型有重要影响。探讨了是否可以通过这种方法真实重现地球自由振荡激发的过程。以期利用此方法深入探讨地球横向不均匀性对地球自由振荡的影响。     

应用并行PEST算法优化地下水模型参数

基于列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）算法的PEST参数优化程序具有寻优速度快、健壮性好的优点,在地下水模型参数优化研究中有许多成功的应用实例。但是,对于大尺度、高精度和高复杂性的大规模地下水模拟,使用PEST进行参数优化需要大量的计算时间,优化效率较低。本文应用OpenMP并行编程方法对PEST算法进行了并行化,使之可以在共享存储并行计算机上进行参数优化的并行计算。并将此方法应用于甘肃北山区域地下水模型的参数优化中,并行实验表明,使用并行化的PEST可以将地下水模型参数优化效率提高3.7倍。 