Разработка элементов виртуального полигона моделирования окружающей морской среды в гетерогенном вычислительном окружении

• Автор: Соэ Моэ Лвин
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Особенности организации виртуального полигона.

1.1. Особенности математических моделей описания внешней морской среды и поведения морских объектов.
1.2. Особенности реализации разнородных математических моделей в многопроцессорной распределенной гетерогенной вычислительной среде

1.3.Аналитический обзор.

1.4. Постановка задачи исследования.

1.5. Общая характеристика диссертационной работы

Глава 2. Анализ технологий виртуального полигона.

2.1. Принципы обработки информации в многопроцессорной среде

2.2. Архитектурам особенности функционирования виртуального полигона.

2.3. Виртуальный полигон как проблемноориентированная среда
2.4. Принципы построения сценариев и оценки эффективности решений.
2.5. Проблемы и перспективы развития технологии проектирования
виртуального полигона.
Глава 3. Анализ математических моделей ветроволновон среды.
3.1. Математические модели для создания пространственновременных реализаций морского волнения
3.1.1. Линейные разложения стохастической движущейся поверхности по системе независимых случайных величин модель ЛонгеХиггинса.
3.1.2. Инерционное преобразование белого шума модель авторегрессиискользящего среднего.
3.2. Гидродинамические математические модели эволюции волнения в океане
3.3. Математические модели волнения на интервале квазистационарности
3.4. Математические модели штормов и окон погоды
3.5. Математические модели сезонной изменчивости
3.6. Создание волновых сценариев на основе вложенного набора математических моделей морского волнения
3.7. Построение волновых сценариев, как задача виртуального полигона
3.8. Планирование эксперимента при моделировании динам и ки объектов в
виртуальном полигоне
Глава 4. Компьютерная реализация математических моделей.
4.1. Разработка программного комплекса моделирования пространственновременных реализаций морского волнения
4.2. Создание распределенной параллельной версии программы моделирования волновых сценариев
4.3. Тестирование программных комплексов в однородной вычислительной среде.
4.4. Тестирование программных комплексов в гетерогенных вычислительных средах
4.5. Создание интегрированного пакета демонстрации работы виртуального
полигона в распределенной вычислительной среде
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Поведение плавучих объектов традиционно описывается в терминах моделей динамических систем со случайным входным сигналом и иногда случайными параметрами. Это наиболее удобная форма математического представления изучаемых в рамках виртуального полигона объектов. В тоже время, моделирование внешних воздействий в общем случае связано с решением системы нелинейных дифференциальных уравнений гидроаэродинамики и теплопереноса, описывающих процесс взаимодействия океан-атмосфера. Однако применение подобного подхода трудоемко, недостаточно изучена физическая природа рассматриваемых явлений и, как следствие, такой подход не подходит для реализации в рамках виртуального полигона моделирования поведения морских объектов. Потому в практических приложениях чаще используются имитационные модели, позволяющие воссоздать реализацию некоторого явления с заданными свойствами па основе специально разработанного сценария. С другой стороны, физические модели окружающей среды являются важным источником информации для построения сценариев волновой погоды и идентификации параметров имитационной модели. Перечисленные особенности, а также сложность адекватного описания явлений с учетом всех причинно-следственных связей приводят к необходимости их представления с помощью моделей многомерных вероятностных объектов. Принимая во внимание существенную изменчивость гидрометеорологических процессов во времени и пространстве, наиболее приемлемым их описанием можно считать аппарат нестационарных случайных полей (скалярных или векторных). Такие модели достаточно сложны для анализа: частные аналитические результаты получены лишь в отдельных задачах многомерного статистического анализа. Поэтому в качестве основного аппарата исследования их свойств и характера воздействия на объект целесообразно выбрать имитационные вероятностные модели случайных величин, векторов, функций и полей. Применение таких моделей позволяет на основе интегральных характеристик (чаще всего корреляционной функции и одномерного закона распределения) воспроизвести ансамбль реализаций моделируемого явления и успешно решать серию как прямых, так и обратных задач в рамках виртуального полигона. Упомянутые подходы к описанию внешней гидрометеорологической среды п динамике морских объектов требуют согласования их математических моделей в рамках виртуального полигона. Необходимость такого согласования вызвана тем, что их разработками занимались ученые разных областей: океанологи, с одной стороны, и специалисты в области теории корабля, с другой стороны. Каждый из них преследовал свои цели для описания изучаемых явлений. Так, например, специалистов в области теории корабля интересовала всегда исключительно структура математических моделей, возможность проведения аналитических преобразований, в крайнем случае, получения асимптотического решения задачи. Для целей виртуального полигона, в первую очередь, необходима математическая модель, ориентированная на прямое имитационное моделирование поведения морского объекта. В работе обсуждаются вопросы вероятностного моделирования внешних гидрометеорологических воздействий различной природы, пригодных для реализации в рамках виртуального полигона. Рассмотренные особенности математических моделей морской среды и связанные с ними модели морских объектов учтены при планировании отдельных элементов виртуального полигона с точки зрения их совместного использования в неоднородной вычислительной среде. Как было указано ранее, при организации виртуального полигона пользователь имеет дело с большим количеством разнородных приложений. Часто сам характер этих приложений исключает возможность их совместного запуска в однородной вычислительной среде. В определенных ситуациях необходимо взаимодействие разных по сложности и природе вычислительных параллельных приложений, баз данных, ассимиляции информации, визуализации результатов и пр. Поэтому, в общем случае, использование гетерогенной вычислительной среды оказывается не результатом научных экспериментов, а единственно возможным инструментом для реализации проблемно ориентированной среды.