Диссертация (1149533), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Данная подсистема реализует численную модель движенияастероида. Она позволяет проводить прогнозирование движения объекта, выявлять сближенияисследуемого астероида с большими планетами, Плутоном и Луной. Более того, подсистема30«Ассоль» позволяет получить информацию о координатах и скоростях объекта на заданныймомент времени, информацию об оценках точности интегрирования и об орбитальныхрезонансах, определяемых соизмеримостями средних движений астероида и большой планеты(Galushina, Bykova, 2008).
Главными особенностями данной подсистемы является удобныйинтерфейс и возможность демонстрации движения астероидов и больших планет на экранекомпьютера. Пользователь может сам установить необходимые настройки: выбрать объект дляисследования; указать путь к используемому фонду координат больших планет; отметитьучитываемые возмущения, параметры точности и порядок метода интегрирования.
Кроме этогопользователь может выбрать форму дифференциальных уравнений, планеты, с которыми будетопределяться резонанс, порядок этого резонанса, границы резонансной «щели» и параметрысближений для внешних и внутренних планет Солнечной системы. Следует отметить, что вподсистеме «Ассоль» также существует возможность настраивания параметров визуализациидвижения астероида, т.е. пользователь может сам выбрать масштаб изображения и объекты,движение которых будет показываться на экране, установить скорость воспроизведения играницы координатной сетки, а также пользователь может выбрать язык интерфейса.
Послесохранения всех необходимых настроек можно перейти в демонстрационный режим ипроследить движение астероида и больших планет на экране компьютера.Подсистема «Наблюдения». Данная подсистема создана специально для работы спозиционнымиоптическиминаблюдениямиастероидов.Онапозволяетосуществлятьпредставление наземных и космических позиционных наблюдений, выявлять момент времени,соответствующий наилучшей обусловленности задачи оценки параметров орбиты дляимеющихсянаблюдений,ипроизводитьулучшениеорбитыастероида.Подсистема«Наблюдения» также позволяет вычислять коэффициент нелинейности задачи оцениванияначальной области и получать начальную доверительную область с помощью бутстрэп-метода. Врезультате работы программы в выходных файлах будет содержаться следующая информация: 1)представление наблюдений; 2) координаты, компоненты скорости, элементы орбиты астероида,полученные в результате улучшения, и ковариационная матрица; 3) число обусловленностиТодда и коэффициент нелинейности задачи оценивания начальной области.Подсистема «Distribution».
Известно, что характер распределения наблюдений астероидана орбите играет важную роль в точности построения орбиты объекта и моделировании егодвижения. Подсистема «Distribution» позволяет пользователю посмотреть, как распределенынаблюдения на орбите астероида. При этом необходимо сообщить программе начальныекоординаты и компоненты скорости астероида, указать путь к фонду координат больших планети файлу наблюдений объекта. Кроме того пользователь может выбрать самостоятельно масштаб31получаемого изображения и параметры координатной сетки, а также отметить планеты, орбитыкоторых будут показаны (Быкова и др., 2012).Подсистема «Ансамбль частиц».
В подсистеме«Ансамбльчастиц» происходитформирование ансамбля тестовых частиц на основе ковариационной матрицы и полученных врезультате улучшения координат и компонент скорости номинальной частицы. В качествеспособа генерации ансамбля частиц используется алгоритм Холецкого. Данная подсистемаразработана в двух вариантах – в среде Delphi и на языке ФОРТРАН. В первом вариантепользователю предоставляется программа с удобным интерфейсов, а второй вариант даетвозможность работать с расширенной разрядной сеткой (128 бит).
В обоих случаях программенеобходимо сообщить координаты и компоненты скорости номинальной частицы, полную илидиагональную ковариационную матрицу и количество необходимых тестовых частиц. Врезультате работы программы пользователь получает координаты и компоненты скоростизаданного числа тестовых частиц на начальный момент времени.Подсистема «Evolution». Данная подсистема позволяет исследовать орбитальнуюэволюцию как реальных, так и виртуальных астероидов. Для проведения исследованиянеобходимо сообщить подсистеме следующую информацию:1) путь к фонду координат больших планет DE405, DE406 или DE408 в соответствии синтервалом проводимого исследования;2) имя исследуемого астероида;3) начальный и конечный моменты времени;4) расстояние, определяющее сближение для внутренних и внешних планет;5) резонансные соотношения;6) интервал выдачи координат, элементов орбиты и резонансных характеристик;7) параметры интегратора;8) учитываемые возмущения;9) координаты и компоненты скорости астероида и тестовых частиц на начальный моментвремени.Выходные файлы будут содержать в себе: 1) координаты, компоненты скорости и элементыорбиты астероида с заданным шагом; 2) оценки точности интегрирования; 3) значениярезонансной «щели» и критического аргумента с заданным шагом; 4) моменты сближенияастероида с планетами, а также минимальные расстояния до планеты.Подсистема «MEGNO».
Подсистема представляет собой программное обеспечение,предназначенное для определения параметра хаотичности MEGNO и построения его эволюциидля астероидов (Раздымахина, 2011). Подробное описание программы будет представлено вследующем пункте данного раздела.32Подсистема «Графики». Обработка и анализ результатов, полученных для большогоколичества астероидов или тестовых частиц, представляет собой сложный и длительныйпроцесс.
Подсистема «Графики» упрощает эту задачу, так как она создана специально дляавтоматизации процесса построения графиков эволюции резонансной «щели» (1.9), критическогоаргумента (1.8) и параметра MEGNO (1.18) для большого числа реальных и виртуальныхастероидов. Для построения графиков нужны файлы с данными об эволюции резонансныххарактеристик и характеристики хаотичности, причем для каждой из них необходимо указать,нужно ли строить график для данной характеристики, указать путь к файлу данных, пределыизменения оси ординат и абсцисс, выбрать размер символов и толщину линии. Кроме этогонеобходимо задать масштаб изображения и номер начальной точки ансамбля. После запускапрограммы начнется построение графиков и их дальнейшая запись в документ MS Word. Пополученным графикам можно анализировать поведение характеристик резонансного ихаотического движений.Подсистемы «Ассоль», «Наблюдения» и «Distribution» разработаны в среде Delphi,подсистемы «Evolution» и «MEGNO» созданы на языке ФОРТРАН, а подсистема «Графики»представляет собой макрос на языке VBA.
Подсистема «Ансамбль частиц» создана как на языкеФОРТРАН, так и в среде Delphi. Программы, написанные на языке ФОРТРАН, имеют такжемодификации с учетом особенностей реализации используемых в них алгоритмов в средепараллельного программирования. Такие изменения в программах были произведены дляиспользования возможности проведения исследований на суперкомпьютере «СКИФ Cyberia»ТГУ (http://skif.tsu.ru/info/cyberia.htm).Подводя итог необходимо отметить, что разработанный коллективом НИИ ПММ ТГУпрограммный комплекс «ИДА» состоит из ряда подсистем, позволяющих проводитьвсесторонние исследования динамики астероидов. Автором данной диссертационной работынаписана программа определения параметра хаотичности MEGNO в задачах динамики астероидов (Раздымахина, 2011).
Данная программа вошла в комплекс «ИДА» в 2013 году как подсистема «MEGNO».С помощью комплекса «ИДА» проводились исследования динамики астероидов сразличными особенностями в их движении. Так, например, была исследована эволюцияастероидов,имеющихоченьтесныесближениясЗемлей(Быкова, Галушина, 2010;Галушина, 2011a; Раздымахина, Галушина, 2012), и эволюция астероидов, движущихся вокрестностирезонансовнизкихпорядковсбольшимипланетами(Галушина, 2011b;Быкова, Раздымахина, 2011).Подсистема «Ассоль» еще в 2003 году была внедрена в учебную программу кафедрыастрономии и геодезии УрФУ и в научно-исследовательскую работу Астрономической33обсерватории УрФУ и Астрономического института им. В.В.
Соболева СпбГУ, а в 2011 году наданную подсистему было получено свидетельство о государственной регистрации программыдля ЭВМ № 2011617538. В 2012 г. было получено свидетельство о государственной регистрациипрограммы для ЭВМ № 2012617858 на подсистемы «Наблюдения» и «Ансамбль частиц».2.3 Особенности реализации в среде параллельного программированияалгоритмов исследования динамики астероидовИсследование эволюции больших совокупностей астероидов, а также построение вероятностных областей движения объектов являются весьма трудоемкими задачами, решение которыхзанимает значительное время. Максимальную эффективность в решении таких задач можно получить при распараллеливании процесса. Для достижения максимального эффекта каждая траектория должна вычисляться на отдельном ядре.
В этом случае время исследования ансамбля траекторий будет равно времени исследования одной частицы. Если количество исследуемых объектов велико (больше 100 частиц), можно на каждом ядре совместно интегрировать уравнениядвижения нескольких частиц. Количество совместно исследуемых реальных или модельныхастероидов зависит от общего количества объектов и загруженности суперкомпьютера, на котором проводятся исследования, и определяется экспериментально. Такой способ проведения исследований динамики астероидов можно реализовать на суперкомпьютере ТГУ «СКИФ Cyberia».Вычислительный кластер «СКИФ Cyberia» представляет собой комплексный проект союзной суперкомпьютерной программы СКИФ (Суперкомпьютерная инициатива «Феникс»), реализованный российской компанией «Т-Платформы». По структуре доступа к оперативной памятикластер ТГУ относится к кластерам с распределенной оперативной памятью и позволяет задействовать в процессе обработки данных значительные ресурсы как оперативной памяти узла (до4 Гб), так и процессорной памяти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
