Seminario Instituto de Ingeniería Matemática y Computacional
5 de junio de 2019
Departamento de Ingeniería Hidráulica Ambienta
Escuela de Ingeniería
Pontificia Universidad Católica de Chile
José Daniel Galaz Mora
Desde el 2000*:
*National Geophysical Data Center / World Data Service: NCEI/WDS Global Historical Tsunami Database. NOAA National Centers for Environmental Information. doi:10.7289/V5PN93H7
Imagenes de Bernard y Titov (2015)
Simulación de agentes, simulación de tsunamis + integración Web-GIS para estudiar evacuación (Keon et al. 2014)
Prototipo de simulación en clúster de GPU y visualización en wall displays (Hsie et al., 2014)
COMMIT: Simulador MOST de NOAA
Kanoglu et al. (2014); Titov et al. (2016)
Ideally, the MOST model could be directly integrated into ArcGISTM or any GIS enabled package, but as others have noted model integration is not simple, nor straightforward (Eveleigh et al. 2006; Martin et al. 2005).
Merati, N., Chamberlin, C., Moore, C., Titov, V., & Vance, T. C. (2009). Integration of tsunami analysis tools into a GIS workspace–research, modeling, and hazard mitigation efforts within NOAA’s Center for Tsunami Research. In Geospatial Techniques in Urban Hazard and Disaster Analysis (pp. 273-294). Springer, Dordrecht.
Integración directa: Limitación del software de simulación
Mejoras en resolución y representaciones hidrodinámicas más sofisticadas*
Foco de diseño: usuarios expertos
*GeoClaw (Berger et al., 2011)
COMCOT (Wang, 2009)
CoulWave (Lynett et al., 2002)
NeoWave (Yamazaki et al., n.d.),
ANUGA (Nielsen et al., 2005)
MOST (Titov et al., 2016)).
Instalación
Configuración
Simulación
Visualización
Reqs. de hardware
Reqs. de software
Sistema operativo
Proceso largo
Scripts muy grandes
Lenguajes de bajo nivel
Preparación de datos
Clusters de CPU
Tiempo de cálculo
Sólo lnea de comandos
Número limitado de timesteps
50 Gb por simulación
Procesamiento costoso
Complejidad: barrera para nuevos desarrollos
GPU
TsuPy
Python + CUDA
Código cerrado
Requiere GPU NVIDIA
(Schafer & Wenzel, 2017)
Celeris
Microsoft Direct 3D
Difícil de integrar
Requiere Windows
(Schafer & Wenzel, 2017)
Tarjetas de video permiten paralelizar el cómputo a un bajo costo
GPU + web browser
Objetivo
Instalación
Configuración
Simulación
Visualización
Modelo matemático
Arquitectura del software
Generación
Propagación
Inundación
Generación
Propagación
Inundación
Fallas finitas de Okada (1985)
Desplazamiento subterráneo debido al terremoto
Desplazamiento del fondo marino
Desplazamiento de superficie del mar
Superficie del agua
Fondo del océano
Coriolis
Conservación de masa
}
}
Conservación de momentum
}
Ecuaciones lineales de ondas largas
- Incluye influencia de la batimetría en la propagación de la onda
Visión general
Componentes
Ciclo de vida de la simulación
Vértices
Geometrías
Texturas
Render Pipeline
Fragment Shader
Frame Buffer: Imagen Final
Frame Buffer Object (FBO)
Frame Buffer Object (FBO)
Batimetría
Terremoto
Dominio
Condiciones de borde
Render Pipeline
Fragment Shader
Frame Buffer: Imagen Final
}
Modelo numérico
FBO 1
Batimetría
Dominio
Condiciones de borde
FBO 2
Render Pipeline
Modelo en WebGL
FBO 1
Batimetría
Terremoto
Dominio
Condiciones de borde
FBO 2
Render Pipeline
...
Modelo en WebGL
Intercambiar datos de FBO1 y FBO2
1. Mapas de propagación y verificación del modelo
2. TsunamiLab: Plataforma educacional web
Dominio y discretización:
Batimetría ETOPO-1
90E - 34.17W, 60S - 70N
3 minutos (~5.5km ) de resolución
Malla de 4717 x 2600 = 12.26 millones de nodos
Escenarios:
8.8 Mw Maule 2010
9.1 Mw Tohoku 2011
Mediciones en boyas DART
Simulación NAMI
Simulación EasyWave
Mediciones en boyas DART
Simulación NAMI
Simulación EasyWave
Importancia de la interactividad para enseñar sobre riesgo de tsunamis
Computación de alto rendimiento
Simulación multi - amenaza
Aplicaciones interdisciplinarias
Computación de alto rendimiento (HPC)
Actualmente:
Computación de alto rendimiento (HPC)
Actualmente:
GPU1
GPU2
Posibles usos de HPC interactivo
Solución posible:
Simulación de inundación multi-amenaza
}
Sistemas de análisis multi-amenaza
Aplicaciones interdisciplinarias
Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Ingeniería
José Daniel Galaz Mora
Departamento de Ingeniería Hidráulica Ambienta
Escuela de Ingeniería
Pontificia Universidad Católica de Chile