基于并行预处理算法的三维重力快速反演

随着地球物理设备和探测技术的不断发展,快速处理大规模地球物理数据的需求也随之增长。为了解决三维重力数据密度反演的耗时问题,提出一种并行的预处理共轭梯度算法来提高计算效率。本文分别采用两种不同的预处理算子通过组合模型数据反演进行测试比较,并利用迭代残差和计算用时共同评价其加速效果。结果表明:对称逐次超松弛预处理方法比对角预处理方法反演计算速度快,密度结果更贴近实际模型;与传统串行的共轭梯度算法相比,本文并行预处理快速算法可以获得近19倍的加速比。将该算法应用于美国Vinton盐丘的实测重力数据中,反演结果能够很好地圈定出岩体的位置,验证了本文并行预处理共轭梯度法在三维重力数据快速反演中的高效性和可行性。

结合预处理BiCGStab和CUDA的BLT快速并行前向方法

针对基于简化球谐波(simplified spherical harmonics,SPN)方程开展生物发光断层成像(bioluminescence tomography,BLT)前向问题研究时计算量大、求解速度偏慢的问题,提出了一种基于稳定双共轭梯度下降(biconjugate gradient stabilized,Bi CGStab)的快速并行求解算法.该算法结合不完全Cholesky分解的预处理方式与压缩行格式存储法(compressed row storage scheme,CSR)的稀疏矩阵存储方式,并采用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)实现了并行加速.数值仿真结果表明,该算法在保证前向问题求解准确度的同时可以极大地缩短求解时间.

文登抽水蓄能电站工程区地下水三维非稳定渗流场的数值模拟

抽水蓄能电站建设中的尾水隧洞开挖可能引起的周围地下环境的变化,在水文地质条件和工程地质特征的分析的基础上,研究了文登抽水蓄能电站工程区地下水分布特征和平硐、尾水隧洞开挖引起的强排水特征,概化出工程区水文地质概念模型,建立了工程区地下水三维非稳定渗流模型。采用求解有自由面渗流场的改进的截止负压法、改进的排水子结构法、管道子结构法和预处理共轭梯度法等理论对文登抽水蓄能电站平洞开挖和尾水隧洞开挖(衬砌后)不同施工阶段的非稳定渗流场进行了数值模拟分析。研究了尾水隧洞开挖(不衬砌)后、尾水隧洞开挖衬砌后这两种方案下地下水渗流场动态变化过程及对周围地下水环境的影响。计算结果表明:①平硐和水道系统开挖对研究区地下水位下降有着直接的影响,且影响较大。②尾水隧洞衬砌300d后,地下水流场基本恢复至稳定状态。

深埋地下管道及地下洞室群三维渗流场的有限元精细模拟

利用自主研发的三维渗流分析软件GWSS计算了敦化抽水蓄能水电站工程区的渗流场分布特征及地下厂房系统、引水管道排水系统的排水效果。计算结果表明:(1)在现有设计方案下,地下厂房和压力管道中水平段的排水系统和排水洞作用明显,防渗排水设计满足设计要求;(2)下水平段的压力管道承受外水压力较大,建议对引水系统的下水平段的排水洞增设排水孔。

基于Matlab平台有限元方法的GPU加速

基于Matlab平台,采用有限元方法实现了对二维拉普拉斯(Laplace)方程在GPU平台上的加速.通过对物理问题的分析与物理模型的构建,完成总体CSR格式存储的刚度矩阵的生成;使用Matlab和CUDA混合编程,在Matlab平台上实现该有限元问题的并行加速;并结合Cu Blas数值计算库采用PCG算法求解装配后的大型线性稀疏方程组,从而高效地迭代出各格点的速度势.该算法既充分发挥了Matlab在数值计算方面的高效性,又充分发挥了GPU在细粒度并行加速方面的优势.