OpenMP를 이용한 병렬 확산파 모형의 침수해석 (Application of Parallel Diffusive Wave Model to Inundation Analysis Using OpenMP)

서지정보

· 발행기관 : 한국방재학회
· 수록지 정보 : 한국방재학회논문집 / 16권 / 4호 / 227 ~ 237페이지
· 저자명 : 박재홍

초록

홍수로 인해 대규모 유역에서 발생하는 침수 현상을 수치기법을 이용하여 모의하는 작업은 큰 연산 비용을 필요로 한다. 특히 GIS 나 Lidar 등의 방법을 이용하여 더 정밀하고 넓은 유역의 디지털 지형자료를 이용한 2 차원 침수해석은 연산 비용의 어려움을 더욱더 가중시킨다. 최근 들어 다수의 코어를 이용하여 동시적으로 해석하는 MPI와 OpenMP 병렬 기법이 연산 시간을 감소시키는 방법으로 대두되고 있다. 본 연구에서도 제내지나 하류 유역에 발생하는 홍수로 발생된 침수모의를 위해 병렬화된 2 차원 수치모형을 개발하고 그 적용성을 검토하고자 하였다. 연구를 위해 OpenMP 기법을 이용하여 확산파 침수해석 프로그램의 원시코드를 재작성하고 가상 제내지 및 실제 댐 하류유역에 적용하였다. 개발된 모형을 가상 제내지에 적용하였고 그 결과를 분산메모리 병렬해석 기법인 MPI 도입 모형 및 기존의 순차적 해석 모형의 결과와 비교 검토하였다. 본 모형의 침수양상, 속도 벡터 방향 및 크기 등의 계산 결과는 순차적 모형 및 MPI 모형과 일치하여 결과에 대한 정확성을 확인하였다. MPI 모형과 연산 속도, 연산 시간, 연산 효율성 등의 비교 결과 OpenMP 를 이용한 본 모형이 공유 메모리를 사용하는 영향으로 좀 더 나은 결과를 나타내고 있었다. 본 연구 모형을 실제 댐 붕괴 사례에 적용하여 12 코어를 사용하였을 때 연산시간이 기존의 순차적 연산 시간에 비해 14~12%까지 감소하여 병렬 기법의 연산 속도 상승효과를 확인할 수 있었다.

영어초록

The work that simulates 2-dimensional inundation event by numerical model needs much computational cost. It is further compounded by using increasingly available high-resolution digital topographic data and conducting flood studies over larger domains using GIS or Lidar etc. In recent years, MPI and OpenMP parallel technique to analyze simultaneously using multi-core cpu has considered as a way to decrease the processing time. In this study, 2-dimensional model is developed to simulate inundation and examined the applicability in the protected area by levee or downstream area of dam. For this purpose the source code of diffusive wave inundation program is rewritten using shared–memory parallel OpenMP technique and applied to hypothetical protected area and real dam downstream basin. The application results to hypothetical protected area are compared with original sequential model and distributed memory parallel MPI model. Through the review of results, this model shows that the flow parameters such as inundation patterns, magnitude and direction of velocity vector, are consistent with MPI and sequential model and it confirmed the correctness of this model. Also this model has better computing characteristics in aspect of elapsed time, processing speed-up, efficiency than MPI and sequential model. When the studied model using OpenMP is applied to real dam break case, in case of 12 cores, elapsed time is decreased to 12~14% compared with the original program.

참고자료

· 없음