Basado en una investigación conjunta con la Universidad de Tohoku que comenzó en 2012, Fujitsu Limited ha desarrollado un simulador de tsunamis en 3D que puede reproducir en detalle las inundaciones de áreas urbanas y ríos causadas por un tsunami. En esta investigación conjunta, logramos fusionar la tecnología bidimensional de simulación de propagación de tsunamis desarrollada por el profesor Fumihiko Imamura, director del Instituto Internacional de Investigación de Ciencias de Desastres de la Universidad de Tohoku, y la tecnología tridimensional de simulación de fluidos de Fujitsu.
Basado en una investigación conjunta con la Universidad de Tohoku que comenzó en 2012, Fujitsu Limited ha desarrollado un simulador de tsunamis en 3D que puede reproducir en detalle las inundaciones de áreas urbanas y ríos causadas por un tsunami. En esta investigación conjunta, logramos fusionar la tecnología bidimensional de simulación de propagación de tsunamis desarrollada por el profesor Fumihiko Imamura, director del Instituto Internacional de Investigación de Ciencias de Desastres de la Universidad de Tohoku, y la tecnología tridimensional de simulación de fluidos de Fujitsu. Como resultado, pudimos reproducir con precisión los complejos cambios sufridos por el tsunami a medida que interactúa con el terreno costero urbano y los edificios, así como el proceso de aumento del nivel del agua en las zonas urbanas y los ríos.
Los investigadores tienen previsto utilizarlo en el Programa de Estrategia de Investigación Avanzada (HPCI)(1)(2) promovido por el Ministerio de Educación, Cultura, Deporte, Ciencia y Tecnología como aplicación a la predicción de desastres complejos provocados por grandes terremotos y tsunamis Esta es una mejora de la tecnología de predicción de tsunamis que utiliza la computadora HPCI con el propósito de contribuir a la realización de un Japón resistente a los desastres.
Fondo
El Gran Terremoto del Este de Japón y el posterior tsunami que ocurrió el 11 de marzo de 2011 devastaron la región de Tohoku. Con base en esta amarga experiencia, con el fin de tomar medidas efectivas para minimizar los daños causados por futuros grandes terremotos y tsunamis, es necesario utilizar tecnología de simulación a gran escala para aclarar el mecanismo de falla estructural del edificio y es necesario dilucidar el mecanismo. . Predicción precisa de daños.
En febrero de 2012, Fujitsu comenzó una investigación conjunta con el profesor Imamura de la Universidad de Tohoku, un destacado investigador de tsunamis en Japón, para desarrollar un simulador de tsunamis en 3D de alta precisión.
Problemas en la investigación conjunta
La tecnología bidimensional de simulación de propagación de tsunamis desarrollada por el profesor Imamura de la Universidad de Tohoku se utiliza ampliamente para calcular la hora de llegada de los tsunamis y la altura de las olas en las zonas costeras. Sin embargo, el problema era si la inundación de la ciudad y la inundación del río podían reproducirse con precisión. Fue difícil capturar datos en 3D que afectan la potencia de los tsunamis y la velocidad de las marejadas ciclónicas, como las formas de los edificios y los terraplenes.
Por otro lado, la tecnología de simulación de fluidos 3D de Fujitsu emplea un método de hidrodinámica de partículas suave (3) que trata un fluido como un agregado de muchas partículas. Esto tiene la ventaja de poder reproducir el comportamiento 3D, como rupturas de olas y desbordamientos. Sin embargo, la carga de cálculo es muy alta y existe el problema de que es difícil simular un área amplia desde el epicentro del tsunami hasta la zona costera.
Investigación conjunta
Fujitsu y la Universidad de Tohoku integraron conjuntamente los datos de altura de las olas y velocidad del flujo reproducidos por la tecnología de simulación de propagación de tsunamis en 2D en la tecnología de simulación de fluidos en 3D. Combinando estas dos técnicas, los investigadores han desarrollado un simulador de tsunamis en 3D.
efecto
Usando tecnología de simulación 2D (Fig. 1(a)) y tecnología de simulación de fluidos 3D, que tiene una carga computacional relativamente ligera, reproducimos el movimiento del tsunami en un área amplia desde el epicentro hasta la región del epicentro (Fig. 1(a) )). Esto permite reproducir en un tiempo práctico el movimiento tridimensional de un tsunami en zonas costeras y urbanas donde se producen fenómenos como el rompimiento de olas (4) y el desbordamiento.
La Figura 1(b) muestra la replicación utilizando la técnica de simulación de fluidos 3D. Reproduce el movimiento de los tsunamis en las zonas costeras que no podría reproducirse con la tecnología de simulación 2D o la tecnología de simulación de fluidos 3D por sí sola. En el círculo blanco, puedes ver los efectos de un tsunami que fluye directamente hacia la costa y otro tsunami que la envuelve, y cómo la topografía del tsunami forma un flujo de tsunami complejo. Fondos marinos poco profundos.
El simulador de tsunamis en 3D puede reproducir el complejo flujo de tsunamis desde el epicentro y el comportamiento de las olas rompiendo y desbordándose en las zonas costeras. Se espera que esto nos permita estimar con mayor precisión el daño causado por la fuerza del impacto cuando un tsunami golpea un rompeolas y luego cae.
Además, la tecnología de simulación de propagación de tsunamis en 2D, que tiene una carga computacional relativamente ligera, puede reproducir variables como la altura de las olas y la velocidad del flujo, por lo que el tiempo necesario para la reproducción se puede acortar en comparación con las simulaciones que utilizan solo simulación de fluidos en 3D. No se trata solo de tecnología de computación intensiva.
Por ejemplo, una simulación desde el epicentro de un tsunami hasta un área urbana costera utilizando solo tecnología de simulación de fluidos en 3D tardaría más de 200 años en completarse, incluso con un sistema de supercomputadora de 10 000 nodos(5). No factible. Sin embargo, utilizando un simulador de tsunamis en 3D recientemente desarrollado, se necesitaría una supercomputadora de 10 000 nodos para reproducir con precisión un radio de tsunami de aproximadamente 0,5 m que se desplaza a lo largo de aproximadamente 10 kilómetros cuadrados, el equivalente a un solo puerto o bahía. . Puede ser posible predecir los efectos de las contramedidas de tsunami, como el uso de estructuras costeras, y ponerlas en práctica como una solución para apoyar la mitigación de desastres.
Los detalles de esta tecnología serán anunciados por Fujitsu junto con el profesor Imamura y el profesor asistente Daisuke Sugawara de la Universidad de Tohoku en la 1ra Conferencia Internacional sobre Ingeniería y Ciencia Computacional (COMPSAFE 2014) que se llevará a cabo del 13 al 16 de abril. en Sendai, Japón.
Planes futuros
En el futuro, como un paso hacia la aplicación de esta tecnología para predecir el daño de desastres complejos que involucran grandes terremotos y los tsunamis que los acompañan, los investigadores la aplicarán al tercero de cinco campos del innovador programa de estrategia de investigación “Investigación de predicción avanzada”. para usarlo Prevención y Mitigación de Desastres Naturales”, Tema “Mejoramiento del Sistema de Predicción de Tsunamis en Computador HPCI”. En esta investigación, un consorcio de institutos de investigación centrados en la Universidad de Tohoku planea integrar varios métodos de predicción de daños por tsunamis y simulaciones de evacuación para realizar predicciones de daños muy precisas que tengan en cuenta factores complejos. El propósito de esta investigación es conducir a la formulación de un plan de mitigación de desastres modelado en el oeste de Japón. Como parte de este esfuerzo, Fujitsu está utilizando un simulador de tsunamis en 3D para proporcionar una predicción de daños por tsunamis de alta precisión que predice el comportamiento de los tsunamis en detalle, teniendo en cuenta la fuerza y el comportamiento en 3D de los tsunamis que se producen en las zonas costeras y urbanas. . Además, en función de los resultados de esta investigación, nuestro objetivo es desarrollar soluciones que respalden las contramedidas de desastres naturales y proporcionarlas a los gobiernos nacionales y locales. Al proporcionar tales soluciones, Fujitsu espera contribuir a la creación de ciudades resistentes a los desastres naturales.