چهارشنبه ۴ مهر ۱۳۹۷

امروزه شبیه‌سازی‌های ریاضی یکی از بخش‌های اصلی پروژه‌های مطالعاتی و طراحی های مهندسی در رشته های مختلف به ویژه مهندسی دریایی محسوب می شود که نتایج حاصل از آن نقش بسیار مهمی در تصمیم گیری‌ها و فعالیت‌های مهندسی، ساخت و نگهداری سازه‌های ساحلی و فراساحلی، حمل و نقل دریایی، ایمنی دریانوردی، حفاظت ساحلی و غیره ایفا می‌نمایند.

تا قبل از این تمامی نرم افزارهای معتبر و تجاری شبیه سازی پارامترهای دریایی منشأ خارجی داشته و مهندسین کشور با مشکلات عدیده ای در بهره برداری از آنها ( به عنوان یک بسته محاسباتی غیرقابل تغییر)  از جمله عدم امکان استفاده از روش‌های جدید‌تر محاسباتی در نرم افزارهای قدیمی، عدم امکان رفع مشکلات آن، هزینه بالای تهیه نرم افزار ها و محدودیت در خرید آن ها به دلایل تحریم و درنتیجه استفاده از نسخه‌های قفل‌شکسته این نرم‌افزار‌ها و پذیرفتن محدودیت بیش از پیش در استفاده و در نهایت عدم دقت کافی در نتایج برخی از آنها در اقلیم آبهای کشور  به دلیل احتمال عدم لحاظ پدیده های خاص منطقه ای مواجه می شدند.

لذا با عنایت به موارد فوق، این سازمان در راستای انجام وظایف و ارتقاء جایگاه به عنوان مرجع حاکمیتی امور دریا و سواحل و در راستای بومیسازی و کمک به رفع وابستگی مهندسین مشاور، متخصصین و دانش پژوهان مرتبط کشور به نرم‌افزارهای مشابه خارجی، نسبت به تولید نرم‌افزار شبیه سازی پارمترهای دریایی با نام نرم افزار پارسی دینامیک دریا  PMODynamics  در قالب مطالعات پایش و شبیه سازی سواحل کشور، توسط گروهی از اساتید خبره داخلی اقدام نمود.

 توسعه این نرم‌افزار از سال 1385 آغاز و نسخه اولیه آن  در سال 1389 در حاشیه  افتتاحیه نهمین کنفرانس بین المللی ICOPMAS 2010 به عنوان یکی از دستاوردهای  کشور در این حوزه، توسه وزیر محترم راه و ترابری وقت رسماً رونمایی و به جامعه مهندسی دریایی کشور معرفی گردید.

این نرم‌افزار دارای کاربردهای مختلف مهندسی سواحل از جمله شبیه‌سازی‌های جریان‌های جزر و مدی، جریان‌های ناشی از باد و کریولیس، جریان در اقیانوس‌ها،  جریان‌های ناشی از امواج،  تولید و انتشار امواج در محیط‌های بزرگ و کوچک، جریان رسوب ساحلی و مورفولوژی و همچنین آنالیز و استخراج پارامترهای جزر و مدی می‌باشد.

بر اساس بازخوردهای دریافتی از کاربران، بهبود و ارتقاء مدل از طریق بازنویسی کدهای رابط کاربری و موتور‌ محاسباتی و افزودن قابلیت‌های برنامه صورت گرفته که منجر به توسعه نسخه دوم نرم‌افزار حاضر شده است.

توسعه مدل به نحوی بوده که در ابتدا ساختار افزونه‌ها و پس‌پردازنده‌های نسخه پیشین بازنویسی و تکمیل شده‌اند و افزونه‌های جدیدی مانند سیستم اوحاد و پایگاه اطلاعات به آن اضافه شده است. در کلیه افزونه‌های محاسباتی نسخه دوم،‌ معماری جدیدی برای ارتباط رابط کاربری و موتور محاسباتی از طریق حافظه RAM به کار برده شده که استفاده حداکثری از ظرفیت CPU،‌ ‌کاهش مصرف منابع سیستم و امکان اجرای موازی مدل را مقدور ساخته و نتیجه آن سرعت‌بخشی پردازش‌ها و تسریع عملکرد مدل به طور چشمگیری بوده است.

همچنین نسخه دوم نرم‌افزار PMODynamics در مختصات جغرافیایی و غیرجغرافیایی قابل کاربرد است که افزونه سیستم اوحاد قابلیت تبدیل مختصات‌های‌ جغرافیایی Lat/Lon به UTM و بالعکس که مورد نیاز سایر افزونه‌ها است را بر عهده دارد. افزونه‌های سیستم اوحاد با طراحی بسیار پیشرفته‌ پیاده‌سازی شده سبب رفع محدودیت‌های نسخه پیشین و ایجاد مزیت‌هایی شده است که از آن جمله می توان به رفع محدودیت‌ به کار گیری مدل PMODynamics در یک زون به طوری که در نسخه کنونی با تبدیل مختصات Lat/Lon به UTM بدون محدودیت برای خواندن فایل‌ها و اجرای مدل در چندین زون اشاره نمود. همچنین امکان به کار گیری همزمان مختصات‌های جغرافیایی متفاوت در برنامه مهیا شده است.

از آنجا که در نسخه‌ی اول نرم‌افزار ذخیره‌سازی داده‌ها از یک فرمت اختصاصی تبعیت می‌نمود، امکان باز کردن و ویرایش فایل‌ها در سایر برنامه‌ها را منتفی می‌کرد که این امر محدودیت عملکرد مدل را ایجاد می‌نمود. لیکن،‌ در نسخه دوم ثبت داده‌ها در فرمت NetCDF صورت می‌گیرد که فرمت شناخته‌شده‌ای برای داده‌های علمی بوده و توسط ابزارهای مختلف قابل خواندن و نوشتن است.

در نسخه حاضر، ساختار افزونه مربوط به تولید شبکه محاسباتی، که یکی از مهمترین بخش تحلیل‌ها در حوزه شبیه‌سازی است، تکمیل شده و پیشرفت‌های بسیار چشمگیری در آن لحاظ شده است. اضافه شدن ویژگی‌های جدید در افزونه تولید مش و درون‌یابی، که در فاز دوم این دو وظیفه در قالب دو افزونه‌ی مستقل پیاده‌سازی شده‌اند،‌ انعطاف بسیار بالای مش‌های ساخته شده را موجب شده است. ساخت شبکه بهینه‌ با استفاده از روش‌های نوین،‌ اعتبارسنجی مش‌‌های محاسباتی،‌ امکان نمایش شبکه‌های تولید شده قبلی و و بهره‌گیری از منطق سایر برنامه‌های مهندسی مانند اتوکد در تعبیه ابزاری کارامد برای حذف المان‌ها و کنترل ابعاد مش‌ها به همراه سهولت اجرای شبکه‌بندی توانسته بسیاری مطلوبات مورد نیاز پژوهشگران حوزه ساخت شبکه محاسباتی را محقق نماید. به گونه ای که بتوان برای هر منطقه‌ای با هندسه‌ بسیار پیچیده شبکه‌ای استاندارد تهیه نمود. انعطاف‌پذیری مدل PMODyanmicsII کاربرد آن از حوضه‌های محلی تا اقیانوسی را مهیا می‌سازد که رقابت‌پذیری آن با سایر نرم‌افزارهای جهانی مهندسی دریا را موجب می‌گردد.

نوآوری قابل توجه نسخه دوم نرم‌افزار PMODyanmicsII، ساختار Pluggable آن است که قابلیت ارتقاء برنامه از طریق توسعه‌ی افزونه توسط شرکت‌های ثالث و بازنویسی افزونه‌های پیشین به طور مستقل را مهیا می‌سازد. همچنین طراحی نسخه دوم نرم‌افزار به گونه‌ای بوده که ساختاری کاربرپسند دارد و در عین تامین نیازهای کاربر، ظاهری ساده و قابل فهم برای تمام کاربران دارد که با بیشترین سهولت و کمترین اتلاف وقت به مقصودشان نائل گردند.

پیاده‌سازی افزونه‌های مربوط به تحلیل و مدیریت فایل‌ها، درونیابی و تبدیل واحدها عدم وابستگی نرم‌افزار حاضر را به سایر برنامه‌های جانبی موجب می گردد. گرچه از طریق افزونه مبدل طراحی شده در نسخه دوم، امکان تبدیل فایل‌ها از سایر نرم‌افزارها مانند نرم‌افزار مهندسی دریا DHI MIKE21 و مدل هواشناسی WRF، ‌مهیا گردیده است. به علاوه کاربران به راحتی قادر خواهند بود فایل‌های نسخه یک را به نسخه جدید تبدیل نمایند.

از دیگر قابلیت‌های پایه‌ریزی شده در نسخه جدید می‌توان به: افزودن امکان استخراج سری زمانی از فایل‌های خروجی‌ دوبعدی برای هر نقطه‌ی دلخواه،‌ امکان درون‌یابی داده‌های یک شبکه دوبعدی روی شبکه دوبعدی دیگر، ‌امکان نمایش ساده داده‌های یک نقطه با حرکت موس یا کلیک کردن روی فایل دوبعدی،‌ افزودن امکان ذخیره خودکار در مدل، نمایش گرافیکی موقعیت نقاط برداشت سری زمانی و موقعیت خروجی یکبعدی در شبکه‌ی فایل شبیه‌سازی اشاره نمود.

توانمندی‌های‌ اشاره شده که در نسخه کنونی PMODyanmicsII قرار گرفته است،‌ آن را تبدیل به یکی از پیشرفته‌ترین نرم‌افزارها برای مدل‌سازی دوبعدی هیدرودینامیک، امواج و دینامیک رسوبات و ابزاری خاص در تحلیل جزرومدی نموده که می‌توان از آن در کارهای مهم و پروژه‌های تجاری استفاده نمود. با نصب برنامه،‌ علاوه بر نصب برنامه‌ی میزبان، پلاگین‌های پایه و اصلی توسعه داده شده نیز نصب و فعال می‌شوند.