아누가 하이드로

ANUGA Hydro
아누가 하이드로
개발자지구과학 오스트레일리아 국립 대학교
초기 릴리즈2006년 12월, 16년 전(2006-12)
안정된 릴리스
3.1.3[1] / 2022년 5월 20일; 8개월 전 (2022년 5월 20일)
저장소
기입처Python, C
운영 체제Linux, Microsoft Windows
이용가능기간:영어
면허증.GNU GPLv2+[2]
웹 사이트github.com/GeoscienceAustralia/anuga_core

ANUGA[3] Hydro는 유체역학적 모델링을 위한 자유 오픈 소스 소프트웨어 도구로서 하천 범람, 폭풍 해일 및 쓰나미와 같은 수문학적 재해의 결과를 예측하는 데 적합하다.예를 들어, ANUGA를 사용하여 가상의 쓰나미 또는 홍수 시나리오를 기반으로 예측 침수 지도를 작성할 수 있다.ANUGA라는 이름은 비공식적으로 ANUGA 하이드로 툴을 의미합니다.

아누가

배경

하천 범람, 폭풍 해일 및 쓰나미와 같은 자연 재해의 건설 환경에 미치는 영향을 모델링하는 것은 도시 지역사회에 미치는 경제적, 사회적 영향을 이해하는 데 매우 중요하다.Geoscience Australia와 Australian National University는 이러한 위험의 영향을 시뮬레이션하기 위해 ANUGA라고 하는 자유롭게 사용할 수 있는 유체 역학적 침수 모델링 도구를 개발했다.ANUGA의 개발은 1990년대 호주국립대학에서 실시된 연구를 바탕으로 2004년부터 [4]Geoscience Australia에서 시작되었다.ANUGA의 초기 목표는 폭풍 해일 사건에 의한 침수 모델링 기능이었지만, 2004년 인도양 지진과 [5][6]쓰나미 이후 쓰나미 범람으로 초점이 수정되었다.ANUGA의 첫 공개 오픈 소스 발매는 2006년 12월에 행해졌다.2007년에는 지방 정부 기술자의 접근에 따라 강우 루틴이 추가되었다.이를 통해 연산 영역에 기술된 지형 바로 위에 비를 배치할 수 있습니다.폴리곤 또는 폴리곤 시리즈에 시계열을 적용할 수 있습니다.또는 강우 그리드를 적용할 수 있다.이것은 특히 레이더 강우 적용에 유용하다.ANUGA는 파이프, 박스 및 사다리꼴 루틴이 있는 오픈 소스 WBNM(Waterin Bounded Network Model){Boyd, Rigby, VanDrie}의 코드를 사용하여 암거와 브릿지를 모델링할 수 있습니다.SWMM과 같은 1D 파이프 네트워크 모델에 링크하여 임의의 형상의 컬버트 솔버를 계속 개발하고 있으며, Froude 수치가 높은 극한 흐름에서도 ANUGA는 안정적입니다.이것의 예로는 1928년 캘리포니아의 세인트 프란시스 댐 붕괴가 있는데, 이는 곡선의 계곡에서 극단적인 유속과 복잡한 파도를 초래했다.ANUGA는 이 모델을 항상 풀 체적 질량 밸런스를 유지한 채 모델 내 어느 곳에서도 불안정하지 않은 상태로 실행했습니다.

시뮬레이션 엔진

ANUGA의 유체 역학은 천수파 방정식을 풀기 위한 유한 체적 방법에 기초한다.스터디 영역은 삼각형 셀의 메시로 표시되며, 크기가 다양하여 필요한 부분의 세부 정보를 캡처할 수 있습니다.각 셀 내에서 지배 방정식을 풀면 수면, 바닥 높이(심도) 및 수평(X-y) 운동량이 시간에 따라 추적됩니다.

ANUGA의 주요 기능은 물이 드나들 때 습윤과 건조 과정을 모델링할 수 있다는 것입니다.이는 해변이나 마른 땅, 건물 등의 구조물 주변으로의 물의 흐름을 시뮬레이션하는 데 적합하다는 것을 의미합니다.ANUGA는 또한 솔루션의 불연속성을 수용하는 유한 체적 방법의 능력으로 인해 유압 점프를 모델링할 수 있다.ANUGA는 보존 운동량에서 불연속성과 함께 작동하지만, 불연속 고도 솔버만이 바닥 높이에서 불연속성을 허용한다.후자는 2013년에 코드에 추가되었으며 ANUGA 2.0에서 기본 알고리즘을 포함하고 있습니다.

사용자 인터페이스

대부분의 ANUGA 컴포넌트는 객체 지향 프로그래밍 언어 [7]Python으로 작성됩니다.Python으로 작성된 소프트웨어는 빠르게 제작할 수 있으며 수명 동안 변화하는 요구사항에 쉽게 적응할 수 있습니다.계산 집약적인 컴포넌트는 Python numpy 구조에서 직접 작업하는 C 루틴의 효율성을 위해 작성됩니다.

시나리오의 모델을 설정하기 위해 사용자는 형상(배수량 및 지형), 초기 수위, 경계 조건(예: 조류), 강우, 물 추상화, 바람 응력 또는 대기압 구배와 같은 시스템을 구동할 수 있는 강제 용어를 지정한다.모델의 서로 다른 지형에서 발생하는 중력 및 마찰 저항은 사전 정의된 강제 항으로 표시됩니다.

아누가 시청자

ANUGA[8] Viewer는 ANUGA에서 출력 파일을 애니메이션화하는 데 적합한 그래픽 3D 렌더링 프로그램입니다.

  • The ANUGA viewer showing a simulated flood

    모의 홍수를 보여주는 ANUGA 시청자

  • ANUGA viewer showing the triangular mesh used for the validation model of the Okushiri island wavetank experiment.

    오쿠시리섬 파수조 실험의 검증 모델에 사용된 삼각망사를 보여주는 ANUGA 뷰어.

다른 몇 가지 옵션을 통해 추가 표시 기능을 사용할 수 있습니다.

– WaterRide 등의 상용 소프트웨어 사용 (웹 사이트 참조)

– Aquamoto라는 특정 도구를 가진 Mirone(Grid Viewing Software) 등의 무료 도구 사용

– SWW2DEM을 임의의 GIS 플랫폼과 조합하여 사용

– QGIS 플러그인으로 Crayfish 뷰어 사용

– VisIt 등의 툴 사용 (웹 사이트 참조)

  • The Aquamoto Tool in MIRONE Software

    MIRONE 소프트웨어의 Aquamoto 툴

  • The Wateride User Interface from Worley Parsons

    Worley Parsons의 워터사이드 사용자 인터페이스

검증 연구

ANUGA는 가능한 경우 파장 탱크 실험 및 현장 연구에 대해 광범위하게 검증되었으며 약 30개의 분석 솔루션, 파장 탱크 및 현장 테스트를 포함한 검증 테스트 스위트와 함께 출하된다.예를 들어, 오쿠시리 1995년 [9]쓰나미에 대한 파도 탱크 실험, 퀸즐랜드 [10]대학의 파도 탱크 런업 실험, 2004년 파통 [11]해변의 인도양 쓰나미 영향, 다른 [12][13]모델과 비교한 결과, ANUGA는 2010년 버전 1.1beta_7501을 사용한 영국 2D 모델 벤치마킹 프로젝트에서 늦게 진입했다.그 결과, 모든 테스트가 완료된 것은 아닙니다.그러나 기본 테스트 중 ANUGA는 다른 모델과 동등한 결과 범위 내에 있었다.2013년 말부터 모델의 표준 테스트 스위트에는 1998년 8월 17일 폭풍 사건에 대해 검증된 전체 유역 모델(토와지 크리크 유역)도 포함되어 있습니다.

ANUGA 소프트웨어 개발 방법론

ANUGA는 GAIL 프로젝트로 개발되어 테스트 중심 개발 및 지속적인 통합에 강한 집착을 가지고 있습니다.ANUGA에는 사용자 또는 개발자가 실행할 수 있는 1200개 이상의 개별 테스트가 있어 설치가 예상대로 작동하는지 확인할 수 있습니다.ANUGA는 소스 코드 제어 시스템 git을 사용하여 풀버전을 실행하므로 사용자는 언제든지 이전 버전에서 실행한 모델을 복제할 수 있습니다.물론 현재 버전과의 비교도 가능합니다.

ANUGA 개발 일정 요약

ANUGA는 1000에서 테스트된 시리얼(1코어)과 병렬(다코어) 모두에서 동작한다는 점에 주의해 주십시오.

다음은 주요 개발 상황의 대략적인 일정입니다.
날짜 : 버전 : 코멘트
1999 : ----------- Zoppou Roberts 페이퍼
2004년 : --------- ANU와 협력하여 Geoscience Australia에서 Storm Surge 프로젝트를 시작했습니다.
2005년 : ----------------------------------------------------------------------------
2006/08/16: 3500: 코드를 SVN으로 이동
2006/09/07: 3548: 애니메이션 기능을 갖춘 오프라인 뷰어
2006/12/19: 4092: 최초 공개 오픈소스 및 무료
2007/06/04: 4530 : 강우 강제 기능 추가: Dr.올레 닐슨, 루디 반 드라이
2008/03/28: 5178: 다각형에 강우: Dr.올레 닐슨, 루디 반 드라이
2008/06/10: 5435: 교량/암거(WBNM 모델에서 Boyd의 일반화 공식에 따라 미국 교통부 사용):아삭의 올레 닐슨 박사입니다Stephen Roberts 교수, Rudy Van Drie, Dr. Petar Milevski
2008/07/15: 5585: 멀티배럴 암거 추가
2009/08/14: 7376: 이동식 침대(침대 높이는 시간 변동 양일 수 있음):올레 닐슨 박사
2009/08/19: 7452: 강제에서 오퍼레이터로 암거 이동:어소크, 교수님스티븐 로버츠
2010/ : 개발 중인 토사 운송 및 식생 사업자:Marieella Perignon https://github.com/mperignon/anugaSed 참조
2010/11/11:8069: 메이저버전 1.2.0 패키지 출시
2010/11/25:8087: 마이너 패키지 업데이트 날짜 1.2.1 출시
2011/01/31: 8116: 바람 및 압력 조건 업데이트
2011/03/08 : 8128 : 모델 도메인 오퍼레이터 컨셉 개발
2011/03/22: 8161: 강제에서 연산자로의 동적 점도 이동
2012/xx/xx: xxx: 깊이 가변 메닝 거칠기 기능 추가:스티븐 로버츠 교수, 루디 반 드라이
2012/07/31: 8485 : 바닥 전단 연산자 기반 침식:스티븐 로버츠 교수, 루디 반 드라이
2013/05/27: 8877 : 게이트 구조 기능 추가:스티븐 로버츠 교수, 루디 반 드라이
2013/09/12 : 8973 : 그리드별 설정값(RADAR 강우 및 거칠기 그리드): Assoc.Stephen Roberts 교수, Rudy Van Drye
2013/12/05: 0debdd6: DE 알고리즘 추가, 균형 잡힌 비연속 고도: Gareth Davies
2014/07/10 : bf590e3 : 경계 플럭스 적분 연산자 설정 : Gareth Davies
2014/08/05: af03985: 대량 보존 보고서: Gareth Davies
2014/12/18: 1.2.5 : GitHub으로 패키지 이동
2015/02/07: 1.3.1 : 디렉토리 구조 대폭 변경
2015/03/19: 1.3.10 : GitHub.com//Geoscience Australia/anuga_core로 이동
2015/04/28 : 1.3.11 : 매뉴얼 갱신 및 doc 디렉토리에 validations_report 추가
2015/05/04: 2.0 : 기본 알고리즘으로 DE0 알고리즘(Discontinuous Elevation)으로 이행한 메이저 릴리즈
2016/06/28: 321cd1e: Ted Rigby가 제공한 침식 연산자에 추가됨
2017/05/20 : ANSUGA 2D Dr. Ole Nielsen, Assoc에게 SWMLINK 1D Pipe Network 개발을 개시하기 위해 GitHub Branch를 설립하였습니다.Stephen Roberts 교수, Rudy Van Drie, Dr. Petar Milevski

ANUGA의 미래 개발

ANUGA의 개발은 계속적이고 역동적이다."운영자"의 도입은 많은 추가 가능성을 허용한 주요 단계였다.미래의 발전은 현재 성능 향상과 기능 추가에 의해 주도되고 있습니다.현재 다음 항목에 대한 작업이 진행 중입니다(완전히 완료되면 위의 목록으로 이동합니다).
– GPU 지원 버전을 쉽게 사용할 수 있습니다(베타 버전은 현재 작동 중입니다).
– SWMM과 같은 고기능 도시 파이프 네트워크 모델에 링크(예: https://docs.google.com/presentation/d/1HXcBq_9fmNmExr2W9Qsz4TOI1KKQAfObi7-7bXR99ps/edit#slide=id.i0 참조)
– 코드의 지속적인 속도 향상

제한 사항

유연한 유체역학적 모델링 도구이지만 ANUGA에는 잠재적 사용자가 알아야 할 많은 제한이 있습니다.다음과 같은 것이 있습니다.

  • 수학적 모델은 2D 얕은 물결 방정식입니다.따라서 수직 대류를 해결할 수 없으며 결과적으로 파동이나 3D 난류(예: 소용돌이)가 발생하지 않습니다.
  • 모든 공간 좌표는 UTM(미터)으로 가정합니다.따라서, ANUGA는 1/2 UTM 구역 (폭 9도)보다 큰 구역에서의 흐름 모델링에 적합하지 않습니다.
  • 유체는 비점성(iniscid)으로 가정된다. 그러나 운동학적 점도는 운동학적 점도 연산자를 사용하여 모델링할 수 있다.
  • 유한 볼륨은 매우 견고하고 유연한 수치 기법입니다.특히 구조화되지 않은 삼각 메쉬에 구현된 경우 가장 빠른 방법은 아니며, 충분히 단순한 기하학적 대체 알고리즘은 ANUGA보다 문제를 더 빨리 해결할 수 있습니다.
  • 마찰 저항은 매닝의 공식을 사용하여 구현됩니다.

사용자

이력 사용

  • ANUGA는 복잡한 도시 시스템과 단순한 시골 시스템 모두에서 기존의 유체 역학적 2D 홍수[15] 모델로 트라이얼되었습니다.도시 모델에는 주택 지역을 통과하는 홍수 물이 있는 댐 붕괴 시나리오가 포함되었다.

이 모델의 특징은 다음과 같습니다.

"모델링되는 특징에 맞게 크기가 다양한 요소를 사용하여 모델을 구성할 수 있는 능력으로, 구조화된 그리드 모델이 실질적으로 재현할 수 없는 국소적인 상세 수준에서 흐름 거동을 시뮬레이션할 수 있습니다."
  • ANUGA는 쓰나미 증폭과 다른 특징적인 해안 수몰, 해안 입구 및 강어귀[16] 사이의 소산 가능성을 평가하는 데 사용되었다. 그 결과는 다음과 같다.
"대형 엠베이의 경우 파형 런업은 모델 경계에서의 진폭과 비교하여 계수 6에 의해 증폭될 수 있습니다.소규모 수조의 경우 증폭은 바닷물 라인 또는 조수 단계에 따라 달라집니다."
  • 2005년, ANUGA는 당시 호주 비상 관리 위원회를 위해 2005년 법무장관과 지구과학 오스트레일리아에 의해 재해 재해 작업 그룹 활동의 일부로 도시 해안 도시의 침수를 시뮬레이션하는 능력을 입증하는 데 사용되었다.
  • 2007년 올레 닐슨과 루디 밴드리에의 초기 강우 강제 기능을 추가한 후 맥쿼리 리불렛 유역과 일라와라 호수 유역 전체를 모델링하는 데 사용되었다.
  • 그 이후로 호주, 독일, 모잠비크, 인도네시아, 브라질, 모리셔스, 리유니언 섬, 그리고 많은 다른 지역에서 수천 개의 어획물을 모델링하기 위해 사용되었다.
  • 2013년, 연구원들은 1928년 세인트 프란시스 댐 붕괴를 모델링하기 위해 브렛 샌더스 박사가 한 작업을 복제하기 위해 ANUGA를 사용했다.ANUGA는 홍수 파도의 도착 시간을 재현할 수 있었을 뿐만 아니라, 굴곡진 계곡의 댐 하류에 있는 극단적인 슬로싱 거동을 보다 사실적으로 포착할 수 있었다.https://www.mssanz.org.au/modsim2013/A4/mungkasi.pdf
  • 2013년부터 2016년까지 호주 국가 재난 복원 프로그램(NDRP) 프로젝트는 계산 메쉬에 직접 적용된 레이더 비를 사용하여 전체 9400km2를 2D로 모델링한 "ACT를 위한 홍수 모델링 프레임워크"를 만들었다.이 프로젝트는 ACT 정부에 의해 수상 후보로 지명되었습니다.
  • 지금까지 알려진 전체 2D 모델 중 직접 강우를 이용한 가장 큰 유역 모델은 호주 콘다민-발론 강의 일부인 약 85,000km2입니다.
  • 2015년 브라질 연구진은 ANUGA를 사용하여 "산림이 낮은 아마존 범람원의 수류 증식에 미치는 영향"을 모델링했다.
  • 2015-2016년 빅토리아주 타투라시 경제개발부(Department of Economic Development, Jobs, Transport and Resources)는 ANUGA를 사용하여 관개만을 모델링하여 다음과 같이 결론지었다.물리적(수문학적) 모델과 작물 성장 모델이 모두 적용되며 서로 함께 실행할 수 있습니다.예를 들어, ANUGA 2Dimensional 지표수 흐름 모델은 경계 점검 관개 베이 설계를 테스트하기 위해 적용되었습니다.침투를 연못 시간의 함수로 계산하는 Modified Kostiakov(MK) 방정식을 사용하여 침윤 알고리즘을 포함시켰다.개정 후, ANUGA 모델은 경계 검문 표면 관개를 성공적으로 시뮬레이션했으며, 관개된 낙농 목초지의 배수 옵션을 평가하는 데 도움이 되는 이윤을 위한 스마트 관개(Smarter Inrigation for Profit)에 사용되었다." https://www.crdc.com.au/sites/default/files/Smarter%20Irrigation%20for%20Profit%20Snapshot.pdf 참조
  • 2017년 콜로라도 대학 연구진은 ANUGA를 사용하여 침식과 퇴적물 운반 및 식생 항력의 영향을 모델링하고, "이 연산자들은 영역 전체에 걸친 퇴적물의 침식, 운반 및 퇴적물과 식생 항력의 흐름을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다."라고 기술하는 새로운 연산자를 공식화했다.https://www.hydroshare.org/resource/90cfc292f1cc4b6c96c66265a992b759/

수상 및 공개

ANUGA는 서호주 해안선에 대한 쓰나미 위험을 이해하는 데 사용되었으며, 이 작업의 결과는 호주 서부의 비상 관리자와 계획 및 인프라 부서에서 활용하고 있다.2007년에 이 작품은 아시아 태평양 공간 우수상[17] 및 비상 관리 호주 안전 공동체상을 수상했습니다.2009년 6월, ANUGA는 호주 TV 프로그램 「The New Involators: Tealing With Disasters」[18]의 스페셜 에피소드에 출연했습니다.

지원 및 관여

ANUGA는 오픈 소스 프로젝트로, 개발·사용하는 조직이 지원하고 있습니다.

소스 코드는 GitHub https://github.com/GeoscienceAustralia/anuga_core에서 구할 수 있으며, 풀 요청은 그곳에서 제출할 수 있습니다.목표는 모델 사용자 및 공동 개발자/기여자의 커뮤니티를 구축하여 GitHub 저장소와 상호 작용하는 것입니다.저장소에 코드를 포함하기 위해 유닛 테스트가 필요하다는 엄격한 규칙이 있습니다.시간이 지남에 따라 개발자의 가이드라인 문서가 작성되어 다른 사람이 코드에 기여하는 것을 도울 수 있습니다.

투고에 대한 질문이나 관심은 메일링 리스트 anuga-user@lists로 보내주시면 됩니다.소스 포지로 이동합니다.그물

트레이닝

현재 ANU와 GA 모두 특정 교육을 제공하지 않습니다.그러나 2008년 캔버라의 Geoscience Australia에서 ANUGA 모델의 사용과 미래에 관한 첫 워크숍이 있었습니다.

이후 Rudy Van Drye에 의해 대형 보험 법인의 그룹에 트레이닝 코스가 제공되었고, 2011년에는 Essen 대학에서 광범위하고 상세한 트레이닝 코스가 제공되었으며, 2013년에는 모잠비크에서의 상세한 프레젠테이션과 사용에 대한 통찰, 2017년에는 발리의 Udayana University에서 워크샵이 실시되었습니다.

면허증.

ANUGA는 GNU General Public License의 조건에 따라 자유롭게 이용할 수 있으며 배포됩니다.

레퍼런스

  1. ^ "Release 3.1.3". 20 May 2022. Retrieved 2 October 2022.
  2. ^ "ANUGA User Manual" (PDF). GitHub. 19 May 2015. Retrieved 13 September 2015.
  3. ^ "GeoscienceAustralia/Anuga_core". GitHub. 21 October 2021.
  4. ^ 닐슨 오물 흐름 소프트웨어, 모두에게 공개.인: AusGEO 뉴스, No. 75, 2004년 9월, 8~9면.제공 상황: <http://www.ga.gov.au/ausgeonews/archive/200410.jsp>
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  6. ^ 올레 닐슨, 제인 섹스턴, 던컨 그레이, 닉 바티스.모델링은 쓰나미 질문에 답한다.수신: AusGEO 뉴스, 제83호, 2006년 9월, 페이지제공 상황: <http://www.ga.gov.au/ausgeonews/ausgeonews200609/modelling.jsp>
  7. ^ "Home". python.org.
  8. ^ "ANUGA viewer".
  9. ^ 닐슨 O, 로버츠 S, 그레이 D, 맥퍼슨 A, 히치맨 A.연안 침수의 유체역학적 모델링.인: MODSIM 2005 호주 및 뉴질랜드 모델링 및 시뮬레이션 학회에 관한 국제 콩그레스; 페이지: 518-523.제공 상황: <http://www.mssanz.org.au/modsim05/papers/nielsen.pdf>[2011년 5월 1일 인용]
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외부 링크