Моделирование процессов распространения лесных пожаров на основе параллельных алгоритмов

• Автор: Вдовенко, Марина Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Содержание
Введение.

1. Математические модели лесных пожаров.

1.1. Обзор работ, посвященных изучению лесных пожаров.

1. 2. Модель лесного пожара как динамической системы типа бегущей

1. 3. Идентификация процессов распространения по экспериментальным данным

1. 4. Выводы

2. Среда параллельного программирования.

2. 1. Классификация вычислительных систем.

2. 2. Краткая характеристика средств программирования

многопроцессорных систем

2. 3. Характеристика среды параллельного программирования.
2. 4. Параллельные программы для численного решения задач моделирования.
2. 5. Выводы
3. Разработка параллельного алгоритма, моделирующего распространение лесных пожаров
3.1. Постановка задачи и метод ее решения.
3. 2. Анализ задачи и выявление ее потенциального параллелизма
3. 3. Параллельный вычислительный алгоритм для моделирования
процессов распространения лесных пожаров
3. 4. Принципы создания комплекса параллельных прикладных программ, реализующих разработанный вычислительный алгоритм.
3. 4. 1. Прспронсссорная обработка данных
3. 4. 2. Программа для расчета процесса горения
3. 5. Модели распространения пожара в различных ситуациях.
3. 6. Проведение вычислительного эксперимента и сравнительный анализ
результатов.
3. 7. Выводы
Заключение
Список литературы


Также создана модель согласования параллельных вычислительных процессов на границах областей разбиения, как для равномерной квадратной сетки, гак и для задач, при решении которых используется метод конечных элементов и неструктурированная триангуляция расчетной области. Практическая ценность работы состоит в создании комплекса прикладных программ, который может быть использован для исследования динамики лесных пожаров, моделирования процесса их распространения, а также управления на основе полученных данных сложным явлением - лесным пожаром. Разработанный алгорит м оценки параметров пожаров по данным дистанционной съемки позволяет получать информацию о скорости распространения кромки пожара, которая используется при моделировании процесса распространения пожара. Материалы исследования, создают предпосылки для решения ряда практически важных вопросов охраны лесов от пожаров. Международной конференции «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии» (г. Томск, ). Десятой Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» (г. Красноярск, ). VI всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» (г. Томск, ). V международной конференции студентов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (г. Томск, ). Математическое моделирование опасных природных явлений и катастроф» (г. Томск, ). Всероссийской конференции с международным участием «Пожары в лесных экосистемах Сибири» (г. Красноярск, ). Всероссийской конференция по математике и механике», посвященной 0-летию Томского государственного университета и -летию механико-математического факультета (г. Томск, ). XI Всероссийском семинаре «Моделирование неравновесных систем» (г. Красноярск, ). Четвертой Международной конференции «Параллельные вычисления и задачи управления» РАСО (г. Москва, ). По теме диссертации автором опубликовано работ (из них одна по списку ВАК). Из работ, выполненных в соавторстве, в диссертацию включены результаты, полученные автором лично. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, содержащего 5 наименований, и трех приложений. Диссертация содержит рисунка. Объем диссертации составляет 9 страниц, приложений - страница. Во введении приводится общая харак теристика диссер тации, а также кратко изла1дется содержание диссертации, указывается ее научная новизна, и формулируются основные результаты работы. В первой главе раскрывается современное состояние проблем, связанных с моделированием лесных пожаров. В разделе 1. Раздел 1. В разделе 1. Во второй главе диссертации проведен анализ технических и программных средств, предназначенных для организации параллельных вычислений. Дан обзор таких средств как OpenMP, EXPRESS и PVM (Parallel Virtual Machine), отражена парадигма параллельной обработки данных, реализованная в языке высокого уровня IIPF. Подробно рассмотрена характеристика среды параллельного программирования. Проведен анализ параллельных программных приложений Global Fireline Propagation Model (Andre/Viegas) [8, 3, 4], ELFiM (Everglades Landscape fire model), Parallel CFD fire modeling, FDS (Fire Dynamics Simulator) предназначенных для численного решения задач моделирования лесных пожаров. В третьей главе излагается технология распараллеливания вычислительного алгоритма для многопроцессорных вычислительных систем кластерного типа с распределенной памятью. В п. Сформулированы основные критерии качества параллельных реализаций алгоритмов. Во-первых, это их ускорение с ростом числа процессоров, во-вторых, - адекватность воспроизведения моделируемых явлений. Дается определение ускорения алгоритма как отношения времени счета последовательного алгоритма ко времени счета параллельного варианта. Эффективность распараллеливания определяется как отношение ускорения к количеству процессоров, на котором оно достигнуто. Стопроцентная эффективность соответствует идеальному ускорению, когда использование п процессоров в вычислениях дает ускорение в п раз. Параллельный вычислительный алгоритм для моделирования процессов распространения лесных пожаров приведен в п. В п.