Інформаційна технологія екологічного моніторингу процесів забруднення атмосфери з використанням високопродуктивних обчислень

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorІльїн, Микола Іванович
dc.date.accessioned2019-06-12T07:57:19Z
dc.date.available2019-06-12T07:57:19Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractenIn the dissertation work the method of parallel computational implementation of models that arise in the atmospheric pollution processes is developed. The method differs in the ability to effectively use hybrid computing systems based on graphic accelerators of the Nvidia CUDA architecture based on the use of the modified D4 decomposition method and uses 30% less RAM. The method of parametric identification of the sources of pollution functions in models of unilateral atmospheric pollution processes based on the UNI-DEM model is proposed. Method allows taking into account abnormal self-cleaning processes. Developed method is distinguished by high speed due to the use of developed direct and hybrid parallel methods of solving large-scale SLAE and allows shortening the simulation time in a 10-12 times compared to the implementation without the use of GPGPU. The information technology of monitoring the unilateral processes of atmospheric pollution by chemically interacting impurities, based on Nvidia CUDA hybrid high performance computing systems, is developed. The developed technology is characterized by increased efficiency and lower requirements to RAM. The dissertation consists of an introduction, four sections, conclusions and list of sources used. The introduction substantiates the relevance of the topic of the dissertation, formulates the purpose and tasks of the research, the scientific novelty and the practical significance of the results. Data on the implementation of the results of work, its testing, publications and personal contribution of the applicant are given. In the first section a critical analysis of the current state of simulation of the process of spreading pollutants in the atmosphere is carried out. A review of existing models and methods of atmospheric diffusion processes research has been performed. The recommendations on the use of harmful contaminant propagation models have been analyzed by the Environmental Protection Agency Support Center for Regulatory Atmospheric Modeling and the European Environment Agency Model Documentation System. On the basis of the analysis, the relevance of the topic of the dissertation study due to the computational complexity of the Euler models of the distribution of harmful impurities in the atmosphere and the optimization problem of the parametric identification of the one-sided diffusion-transfer process are limited to the limiting concentration of the contaminating impurity. The actuality of creation of high-performance realizations of SLAE algorithms and associated information technologies on the basis of clusters of graphics processors of architecture of Nvidia CUDA is shown. The second section is devoted to solving the problem of increasing the computational efficiency of simulation of atmospheric pollution by chemically interacting impurities, taking into account abnormal properties. The solution is based on the use of methods of finite-dimensional approximation of the initial equations of mathematical physics with the subsequent representation of them in the form of a system of linear algebraic equations (hereinafter SLAE). The peculiarity of these equations is the large dimensionality and the substantial variety of specialty. Part of the overcoming of this kind of complexity is proposed in the works of H. Price and C. Coats on the basis of the application of procedures for solving large-scale SLAEs using the method with the preceding diagonals (hereinafter D4) for arranging the nodes of the spatial domain. Two modifications of the method of computing implementation are suggested in the work – parallel hybrid (based on modified D4 and biconjugate gradient stabilized method, hybrid MD4) and direct (based on MD4 and LU decomposition, direct MD4). The modifications of the method differ in low requirements for RAM, which allows them to be effectively used in information technology on high-parallel computing systems with a limited amount of memory. An example of such systems is a cluster of graphics processors that are characterized by high performance, scalability and high energy efficiency. In the third section the model of atmospheric pollution processes by chemical interacting impurities is proposed taking into account the abnormal properties of self-purification of the atmosphere when the limiting concentration of the contaminating impurity reaches and the task of parametric identification of sources of polluting impurities of the model is solved. The section proposes a method for solving the parametric identification of the function of sources of the extended model UNI-DEM. Compared with the published results of UNI-DEM, the proposed methods allow to shorten simulation time by 10-12 times. In the fourth section an information technology for monitoring the processes of atmospheric pollution by chemical interacting impurities is developed, taking into account abnormal properties. To use information technology software and hardware complex "Monitoring" is developed. Developed complex consists of sensors, data aggregation systems, storage systems, geospatial database (DB), systems for representing geospatial information, visualization systems, control systems, computing systems and computing infrastructure, which can be used as a hybrid cluster with graphic accelerators, personal supercomputer, traditional cluster or grid environment. In order to assess the accuracy of the developed methods and the model of section 3, the software and hardware complex was used as an auxiliary vehicle in assessing the state of pollution of the atmosphere by stationary sources of industrial emissions and in the construction of pollution maps on the basis of LLC ``Ukrekotekhinvest''. As a result of the model verification, the deviation was less than 7%, which suggests the possibility of practical application of the developed methods as an auxiliary means in assessing pollutant emissions in the enterprise, in particular, pollution of the atmosphere from stationary sources of industrial emissions. The proposed information technology was used to solve practical problems of ``Ukrekotekhinvest LLC'' and in the educational process of the Physics and Technology Institute of the National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Polytechnic Institute".uk
dc.description.abstractruДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – информационные технологии. Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского", МОН Украины, Киев, 2019. В диссертационной работе разработан метод параллельной вычислительной реализации моделей, возникающих при исследовании процессов загрязнения атмосферы, который отличается возможностью эффективного применения гибридных вычислительных систем на базе графических ускорителей архитектуры Nvidia CUDA. Метод основан на использовании модифицированного метода Д4 декомпозиции и использует на 30% меньше оперативной памяти. Усовершенствован метод параметрической идентификации функций источников загрязнения в моделях аномальных процессов загрязнения атмосферы на основе модели UNI-DEM с учетом аномальных процессов самоочищения. Метод отличается повышенным быстродействием за счет использования разработанных прямого и гибридных параллельных методов решения СЛАУ большой размерности и позволяет сократить время моделирования в 10-12 раз по сравнению с реализацией без применения GPGPU. Разработана информационная технология мониторинга аномальных процессов загрязнения атмосферы химически взаимодействующими примесями, основанная на гибридных высокопроизводительных вычислительных системах архитектуры Nvidia CUDA, и отличается повышенной эффективностью и меньшими требованиями к оперативной памяти. Для использования информации технологии разработан программно-аппаратный комплекс "Мониторинг". Программно-аппаратный комплекс состоит из сенсоров, системы агрегации данных, системы хранения, геопространственной базы данных (БД), системы представления геопространственной информации, системы визуализации, системы управления, системы организации вычислений и вычислительной инфраструктуры в качестве которой могут быть использованы гибридный кластер с графическими ускорителями, персональный суперкомпьютер, традиционный кластер или грид среда. Предложенная информационная технология была использована для решения практических задач ООО "Укрекотехинвест" и в учебном процессе Национального технического университета Украины "Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского".uk
dc.description.abstractukВ дисертаційній роботі розроблено метод паралельної обчислювальної реалізації моделей, що виникають при дослідженні процесів забруднення атмосфери, який відрізняється можливістю ефективного застосування гібридних обчислювальних систем на базі графічних прискорювачів архітектури Nvidia CUDA і базується на використанні модифікованого методу Д4 декомпозиції, що дозволяє зменшити на 30% використання оперативної пам’яті. Вдосконалено метод параметричної ідентифікації функцій джерел забруднення в моделях аномальних процесів забруднення атмосфери на основі моделі UNI-DEM з врахуванням аномальних процесів самоочищення. Вдосконалений метод відрізняється підвищеною швидкодією за рахунок використання розроблених прямого та гібридного паралельних методів вирішення СЛАР великої розмірності та дозволяє скоротити час моделювання в 10-12 разів в порівнянні з реалізацією без застосування GPGPU. Розроблено інформаційну технологію моніторингу аномальних процесів забруднення атмосфери хімічно-взаємодіючими домішками, що базується на гібридних високопродуктивних обчислювальних системах архітектури Nvidia CUDA, та відрізняється підвищеною ефективністю и меншими вимогами до оперативної пам’яті. Для використання iнформацiї технологiї розроблено програмно-апаратний комплекс “Монiторинг”. Програмно-апаратний комплекс складається з сенсорiв, системи агрегацiї даних, системи збереження, геопросторової бази даних (БД), системи представлення геопросторової iнформацiї, системи вiзуалiзацiї, системи керування, системи органiзацiї обчислень та обчислювальної iнфраструктури в якостi якої можуть бути використанi гiбридний кластер з графiчними прискорювачами, персональний суперкомп’ютер, традицiйний кластер або грiд середовище. Розроблену інформаційну технологію було використано для вирішення практичних задач ТОВ “Укрекотехінвест” та в навчальному процесі Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”.uk
dc.format.page24 с.uk
dc.identifier.citationІльїн, М. І. Інформаційна технологія екологічного моніторингу процесів забруднення атмосфери з використанням високопродуктивних обчислень : автореф. дис. … канд. техн. наук. : 05.13.06 – інформаційні технології / Ільїн Микола Іванович. – Київ, 2019. – 24 с.uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/27889
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.subjectекологічний моніторингuk
dc.subjectодносторонні фізичні процесиuk
dc.subjectпараметрична ідентифікаціяuk
dc.subjectмоделі навколишнього середовищаuk
dc.subjectкластер графічних процесорівuk
dc.subjectecological monitoringuk
dc.subjectunilateral physical processesuk
dc.subjectparametric identificationuk
dc.subjectenvironmental modeluk
dc.subjectGPU clustersuk
dc.subjectэкологический мониторингuk
dc.subjectодносторонние физические процессыuk
dc.subjectпараметрическая идентификацияuk
dc.subjectмодель окружающей средыuk
dc.subjectкластер графических процессоровuk
dc.subject.udc681.513.675(043.3)uk
dc.titleІнформаційна технологія екологічного моніторингу процесів забруднення атмосфери з використанням високопродуктивних обчисленьuk
dc.typeThesisuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Ilin_aref.pdf
Розмір:
709.21 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Автореферати (ІБ)
Автореферати (вільний доступ)