[发明专利]基于逐层叶片单元识别的河网汇流与分水并行计算方法

说明书

本发明公开了一种基于逐层叶片单元识别的河网汇流与分水并行计算方法，包括以下步骤：S1：通过地表水网单元分水汇流信息，建立分水汇流关系；S2：根据分水汇流关系，检验分水关系的一致性；S3：搜索地表水网单元中的叶片单元；S4：基于叶片单元对地表水网汇流及分水进行并行计算。本发明的基于逐层叶片单元识别的河网汇流与分水并行计算方法对复杂河网分水汇流进行并行处理只需要建立河网关系表，并通过该方法从关系表中扫描出独立的叶片单元后，只需要结合不同的并行编程方法就可以并行处理，其过程简单。

技术领域

本发明属于水域并行技术领域，具体涉及一种基于逐层叶片单元识别的河网汇流与分水并行计算方法。

背景技术

遥感技术(RS)、地理信息系统(GIS)和数字高程模型(DEM)的发展，为科学研究提供了更丰富且精确的数据，但同时对各类计算模拟提出了更高的要求。高性能计算机的发展也为各类复杂模型运算提供了硬件基础，如何最大程度提升模型的运算效率是科学计算领域长期的方向。

自2000年左右纳米级处理器主频能力基本就已达到饱和，主频增加的困难和增加后计算力的提升不成正比，单核处理器计算能力的提升由于散热限制，逐渐发展至瓶颈阶段，开始向多核心发展。对于高性能多核心的处理器，如果仅仅只运行串行程序利用其单核的性能，无疑是对计算机性能巨大的浪费。在这种背景下，未来几十年必然是并行运算发展的“黄金时代”，各行业相关的计算程序研究也急需要由串行程序向并行程序改进。

随着计算机硬件技术的发展，当前个人计算机一般普遍具备4～8核心的CPU，已具备较好并行计算基础，然而除了已经具备的硬件能力，还需要模型软件本身提供多线程并行运算的支持。目前并行运算广泛应用于各行业模拟计算，但在水文和水循环模型研究方面尚未取得很大的进展。现有水文算法没有考虑水库和渠道等地表水网单元的系统，河网单元只考虑水系中河道的汇流关系，未考虑复杂河网中包含渠道单元涉及的分水关系，渠道分水必然会影响到河网汇流的次序，从而对并行计算的设计产生影响。并且只是针对汇流过程，并非是对水文模型中涉及的过程进行并行。像产流阶段这种互相独立的过程和气象数据的更新，结合将该过程中的共享变量私有化、调用Open指令进行多线程计算都可以并行。水文模型引入并行运算概念，其复杂之处在于如何尽可能分离出相互独立可同时计算的过程，在计算过程中同时避免全局共享变量出现数据冲突，以实现较高的并行效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决复杂河流分水汇流过程效率低的问题，提出了一种基于逐层叶片单元识别的河网汇流与分水并行计算方法。

本发明的技术方案是：一种基于逐层叶片单元识别的河网汇流与分水并行计算方法包括以下步骤：

S1：通过地表水网单元分水汇流信息，建立分水汇流关系；

S2：根据分水汇流关系，检验分水汇流关系的一致性；

S3：基于分水汇流关系的一致性，搜索地表水网单元中的叶片单元；

S4：基于叶片单元对地表水网汇流及分水进行并行计算。

进一步地，步骤S1中，将地表水网单元划分为河道、渠道和水库；分水汇流关系具体为：对地表水网单元的下游单元进行编号和性质定义，确定汇流关系：对地表水网单元的分水水源单元进行编号和性质定义，确定分水关系；

其中，地表水网单元的下游单元分为河道、渠道和水库，若该地表水网单元为水网的最上游单元，则将其下游单元编号为-1，若否则按顺序编号；

分水水源单元分为河道、渠道和水库，若该地表水网单元不需要分水，则将其分水水源单元为-1，否则按顺序编号。

进一步地，步骤S2包括以下子步骤：

S21：判断待检验地表水网单元是否从其他地表水网单元分水，若是则进入步骤S22，否则进入步骤S27；