Re-Engineering Forest Fire Spread Simulator to Consider Urgent and Green Computing
Els simuladors de propagació d'incendis forestals han demostrat ser eines molt útils en la lluita contra els incendis forestals. A l'hora de realitzar prediccions sobre la propagació dels incendis forestals, hi ha dues consideracions principals: la precisió de la predicció i el temps de cà...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2022 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:265918 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/265918 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Simulació de la propagació d'incendis forestals Simulación de propagación de incendios forestales Forest fire spread simulation Optimització Optimización Optimization Computació d'altes prestacions Computación de altas prestaciones High performance computing Tecnologies |
| Sumario: | Els simuladors de propagació d'incendis forestals han demostrat ser eines molt útils en la lluita contra els incendis forestals. A l'hora de realitzar prediccions sobre la propagació dels incendis forestals, hi ha dues consideracions principals: la precisió de la predicció i el temps de càlcul. En el context dels incendis forestals, part de l'error de previsió prové de la incertesa de les dades d'entrada. Una estratègia per a reduir aquesta incertesa de les dades d'entrada consisteix a introduir una nova etapa en la qual els paràmetres d'entrada s'ajusten en funció de l'evolució real de l'incendi. Per a optimitzar aquesta etapa s'utilitza un Algorisme Genètic (AG). Aquesta estratègia és intensiva des del punt de vista computacional i requereix molt temps. Tenint en compte la urgència en la predicció de la propagació d'incendis forestals, és necessari mantenir un equilibri entre la precisió i el temps necessari per a calibrar els paràmetres d'entrada. Aquesta tesi segueix tres estratègies diferents per a millorar la qualitat de la predicció de la propagació d'incendis forestals i reduir el temps d'execució. La primera estratègia consisteix a implementar la metodologia de precisió mixta en el simulador de propagació d'incendis forestals. La majoria dels codis científics han sobreestimat la precisió necessària per a obtenir resultats fiables. Per tant, existeix la possibilitat d'obtenir augments de velocitat substancials si s'utilitza una elecció de precisió més adequada. Proposem metodologia de la precisió mixta per a accelerar la simulació de cada individu. Si es redueix el temps d'execució per a simular un individu, podem augmentar el nombre de generacions i el nombre d'individus per generació, per la qual cosa la qualitat de la predicció del comportament del foc millorarà. La segona estratègia consisteix a aplicar una paral·lelització de gra fi per a reduir el temps d'execució del simulador d'incendis forestals. Per a implementar de manera efectiva aquesta paral·lelització de gra fi, explotem les capacitats computacionals de les GPUs (Unitats de Processament Gràfic). Ens centrem en els simuladors de propagació d'incendis forestals basats en l'esquema de propagació d'ones el·líptiques (EWP). La nostra proposta consisteix a implementar la paral·lelització en les GPUs per a reduir el temps d'execució necessari per a simular l'evolució d'un incendi forestal. Per a analitzar adequadament l'augment de velocitat obtingut, comparem la nostra implementació en la GPU amb una paral·lelització en OpenMP utilitzant foc real. Els resultats obtinguts posen de manifest que l'esquema EWP paral·lel proposat redueix el temps d'execució de la simulació de la propagació d'un incendi forestal i permet lliurar els resultats amb major resolució. L'última estratègia fomenta l'ús dels sistemes integrats moderns per a recollir dades en temps real i simular el comportament futur de l'incendi prop del lloc en el qual està cremant. L'objectiu principal consisteix a aplicar la nostra implementació de EWP amb una GPU de baix consum per a aconseguir els requisits de temps d'execució sense perdre precisió en les simulacions de la propagació del foc per a ser utilitzades en escenaris reals. Per a aconseguir aquest objectiu, presentem una anàlisi quantitativa de l'execució d'un simulador de propagació d'incendis forestals en un sistema integrat amb una GPU de baix consum i comparem el seu rendiment amb el d'una GPU d'escriptori. A més, atès que els sistemes integrats tenen diferents configuracions de potència, es proven les diferents maneres d'energia utilitzant un incendi forestal real. Els resultats posen de manifest que la utilització del sistema embegut permet realitzar la previsió d'incendis in situ, amb una alta resolució en temps gairebé real. |
|---|