并发L-BFGS异构率定算法设计与实现

田在荣 李强 聂宁明 全婷

摘要：针对分布式水文模型在水文模拟参数率定过程中计算与收敛速度过慢的问题，提出一种面向异构平台的水文模拟并发参数率定方法。对传统的L-BFGS算法进行并发式改造使其结构适应并行计算的率定需求;对HIMS水文模型进行异构移植，使整个水文模型以多线程的形式并发运行于协处理器端;以拉萨河流域为例，在Intel+Nvidia GPU与国产AI加速器的双异构平台部署模型与测试算例。测试结果表明，并发L-BFGS异构率定算法适用于当前主流的“处理器+协处理器”架构，并能够得到较好的率定效果。

关键词：水文模拟;参数率定;HIMS;异构移植

中图分类号：TP 338.6 文献标志码：A

文章编号：1006-1037（2021）03-0043-08

水文模型是对大自然中复杂的水文现象在计算机中的抽象化和概念化的展现[1]，是人们认识复杂的水循环运动过程和机制下的有效方法和手段。水文模型由众多的物理模型如降雨入渗、蒸发散发、产流回流等具有特定物理意义的物理模型构成[2]，其中大多数物理模型都包含一系列流域相关的待定参数，而对水文模型进行参数率定就是通过确定当前所研究流域的待定参数值，最终完成对当前流域的建模。因此对模型参数率定是水文模拟过程的重要组成部分，参数选取的优劣直接影响到最终的模拟精度。而参数率定由于计算量大、耗时长，一直以来都是领域专家所必须面对的问题之一。早期研究水文模型时，参数率定的方法主要以人工试错法[3]、自动优选参数法[4]为主。……