基于CUDA的地表水动态模拟并行方法

• 作者: 吴钱娇 陈玉敏
• 来源期刊: 地球信息科学学报
• 关键词: 数字高程模型(DEM) 统一计算设备架构(CUDA) 不规则三角网(TIN) 地表水动态模拟 汇流量 流水线 流速 加速比
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 所属期刊栏目: “数字地形分析”专栏
• 页码范围: 505-515
• 页数: 11页
• 语种: 中文

摘要

如何高效地动态监测、模拟和预测地表水过程是防灾减灾中亟待解决的问题,也是科学化的国土整治、区域规划、环境保护和水资源管理的基础.因此,本文利用统一计算设备架构(CUDA)对基于不规则三角网(TIN)的地表水动态模拟算法进行并行化改进,提出了一种基于CUDA的地表水动态模拟并行方法,旨在对任意时刻的地表水进行快速、高精度的动态模拟,从而满足实际的应用需求.该算法从高精度的数字高程模型(DEM)中提取地形特征点和流域线,生成受流域线约束的TIN.在此基础上,根据TIN表面的三角面坐标数据获取水流方向,再结合任意位置的降雨源点追踪得到流水线网络.基于曼宁公式,利用流水线流速计算核函数得到每条流水线上雨滴的流速,结合预设的时间,利用汇流量统计核函数得到该时刻的地表汇流量.具体的并行化过程包括数据的传输,CUDA中线程的划分和流水线流速计算核函数和汇流量统计核函数的实现.本文选取位于加拿大新布伦瑞克西北部的BBW (Black Brook Watershed)流域作为实验样区,将该算法与改进前的方法进行对比表明,该模型在保持精度的同时,大幅提高了模拟效率,加速比达到11.2;另外,通过与SWAT (Soil and Water Assessment Tool)模型进行对比,结果表明,该并行方法的Nash系数提高了88％,相关系数提高了5％.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	陈玉敏	武汉大学资源与环境科学学院	15	571	11.0	15.0
2	吴钱娇	武汉大学资源与环境科学学院	2	5	1.0	2.0