GIS典型几何计算算法的并行化及优化研究

空间数据规模的快速增长对传统矢量数据分析方法提出了更高的计算效率和处理规模要求。随着计算机硬件和软件技术的进步,并行计算为提高GIS中典型几何计算算法的计算效率、扩大问题处理规模提供了有效手段。本文在Visual Studio 2010中,使用标准C++编程语言,基于GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)库实现空间数据的读写操作,针对线简化算法的并行化问题,在高性能计算环境下对并行任务调度策略、并行计算粒度、数据分解方法等多个核心内容开展研究。在完成相关串行算法的基础上,实现了该算法的并行化和优化设计,为相关的矢量数据空间分析方法的多核并行优化提供了思路和参考。     

并行化矢量多边形叠加算法研究

正空间数据规模的快速增长对传统地学分析方法提出了更高的计算效率和处理规模要求。作为核心的空间分析算法之一,矢量多边形叠加分析具有典型的高算法复杂性和计算密集性特征。随着计算机硬件和软件技术的进步,并行计算为提高多边形叠加分析的计算效率,扩大问题处理规模提供了有效手段。研究面向新型计算架构的多边形并行叠加分析算法对完善高性能GIS理论研究和实现方法,提升传统地学分析算法的计算效率具有重要的理论价值和实践意义。本论文针对多边形非拓扑叠加算法的并行化问题,在多种高性能计算环境下解决了     

矢量地图数据简化研究进展

从传统矢量数据简化算法及基于并行技术的矢量数据简化算法两方面进行分析,将当前传统的矢量数据简化算法:Douglas-Peuker的简化算法及演化、Li-OpenShaw简化算法及演化、渐进式的简化算法及演化、基于小波理论的简化算法及演化和简化质量的评价,在基于并行技术简化算法研究的基础上,指出矢量数据并行简化和简化算法的智能化、感知化、自动化是矢量数据简化研究发展的趋势。     

多边形拓扑关系构建的栅格算法

矢量数据拓扑关系的自动建立是GIS软件的核心模块之一，也是技术难点之一。简要分析传统算法的优缺点，在此基础上，借鉴基栅格的种子点填充算法和矢量数据求交的栅格探测法的思想，提出建立图幅多边形与弧段所属关系的栅格算法，给出算法的各主要步骤和实现方法。分析与试验表明，新算法在特殊情况处理、多边形内点自动建立、处理效率、简化编程等方面有一定优势。     

一种利用改进的扫描线算法计算拓扑关系的方法

针对以往拓扑关系计算方法的缺陷,提出一种利用改进的扫描线算法计算矢量数据拓扑关系的算法(TCBSL)。该算法以平面扫描转换法的思想为核心,通过改进扫描线算法结构,并引入拓扑关系判别参数,实现了较为高效地计算矢量数据空间实体之间的拓扑关系。此外,以该算法思想为依据,利用eclipse构建了矢量数据拓扑关系计算模型,并利用该模型对深圳市OSM矢量数据进行实验。实验显示,该算法可以较为正确地计算点线、点面、线线、线面及面面之间的拓扑关系,且效率较高,易于计算机系统的实现。     

复杂多边形快速融合算法与实现

空间矢量数据结构复杂且信息丰富,复杂多边形作为矢量数据的重要组成部分,可由多个外环链和内环链组合而成,复杂的拓扑关系给相应算法的实现带来了极大困难。多边形快速融合作为GIS的基本功能,需要快速实现对任意、多个、复杂多边形的融合处理。根据多边形重心进行行列划分,利用排斥实验和多线程技术,实现了对任意多个复杂多边形的快速合并。算法已在生产实践中得到应用。     

几何部件缓冲区域合并的Buffer算法及其并行优化方法

摘 要：本文在介绍一种基于几何部件缓冲区域合并的矢量数据缓冲区生成算法的基础上,采用数据并行思想和MPI编程模型对缓冲区算法的并行化实现和优化方法开展研究。实验结果显示,与ArcGIS Buffer工具相比,（1）当缓冲区结果多边形不合并时,虽然串行缓冲区算法的时间开销较高,但可轻易通过并行方式实现加速。（2）当缓冲区结果合并时,本文算法要明显优于ArcGIS Buffer工具,并且经过优化的并行缓冲区算法表现出了更高的计算效率和更大规模的数据处理能力。因此,基于几何部件缓冲区域合并的Buffer算法具备一定的实用价值,本文提出的按结点数量的任务分解方法和进程间结果“树状”归并策略是对缓冲区算法进行并行优化的有效途径,对GIS中其他矢量分析算法的并行化及相关优化工作也具有一定的借鉴意义。     

基于Spark的矢量数据叠加赋值方法研究与实现

随着GIS数据获取与处理技术的迅速发展,以土地利用为代表的矢量空间数据规模不断膨胀,大量生产应用对图层间矢量数据叠加赋值操作性能提出了更高要求.本文提出了基于Apache Spark技术的矢量数据叠加赋值方法,通过扩展Spark技术的弹性分布式数据集,使其提高对于GIS空间数据的表达能力,通过空间索引的构建使得叠加计算可以在Spark集群各节点上分布式高效运行.通过十万、百万、千万3种量级的数据进行实验,结果表明,相比传统算法,基于Spark技术的矢量数据叠加赋值方法有30%—90%的性能提升.     

基于共边的道格拉斯-普克改进算法实现

在地理信息数据生产及建库过程中往往遇到线、面要素结点稠密冗余,影响了GIS的数据质量。因此需要在保证数据一定精度的情况下进行抽稀处理,并兼顾拓扑关系正确。经典道格拉斯-普克算法对具有公共边的线、面要素抽稀会产生边裂缝的拓扑错误,因此通过研究道格拉斯-普克经典算法的基本原理,获得问题产生的具体原因。据此,在研究分析相关改进算法的基础上,提出了一种基于公共边处理的改进道格拉斯-普克算法。通过ObjectArx编程在AUTOCAD中实现了该算法,能够高效解决海量抽稀和公共边拓扑问题,达到了预期的效果,对GIS数据应用质量提升具有重要意义。     

遥感分类栅格图的快速矢量化方法

遥感数据成为GIS愈来愈重要的一种数据源.栅格数据与矢量数据之间的快速转换是RS与GIS集成中的关键技术之一.本文通过分析遥感分类图栅格像元之间的关系,快速自动地提取矢量数据点及其连接信息,进而利用连接信息快速生成弧段,由弧段自动组建多边形并建立完整的拓扑关系.实验表明,该方法是一种由遥感分类图自动转换成GIS通用数据的高效方案.     

城市排水GIS系统拓扑模型的建立

当前的排水管网拓扑模型由于忽略了排水管网的细节特征,致使拓扑关系过于简单,不能完成特定排水业务模型空间分析,在一定程度上阻碍了排水GIS系统的发展。基于图论理论,本文提出了城市排水GIS系统细致拓扑模型。首先,基于面向对象方法提出拓扑概念模型和逻辑模型,增加其拓扑关系描述的细节规则,以实现对客观世界的真实模拟。然后在数据结构设计中,采用十字链表作为存储结构,将其改进并与R⁺树进行关联生成空间索引。在空间分析中,本文基于R⁺索引和十字链表提出了空间查询和路径分析典型算法。最后以镇江市城市排水管网地理信息系统开发为例,对拓扑模型进行了开发实践。试验结果表明,本文提出的拓扑模型可以更真实模拟客观世界,提供更多种空间分析,完成海量数据快速访问,为实现城市排水GIS系统海量数据的高效空间分析提供解决方案。     

从栅格数据直接建立拓扑关系的算法研究

本文提出了从栅格数据直接建立拓扑关系的思想,用跟踪过程中容易获得的拓扑信息来优化拓扑生成的算法模型,借以提高拓扑生成的效率。本文还提出用连通性区域填充的方法处理各种任意复杂岛的思想。     

Using performance analysis to identify candidate operations for GIS software parallelization

This paper examines the potential impact of parallel computing on the computational performance of GIS. Performance analyses on existing GIS operations, vector topology creation and interpolation, in commercial GIS products in a serial environment are used to work out the critical computational factors that determine elapsed time performance. Analyses reveal that the extraction of all data necessary to perform a GIS operation at a particular geographical locality dominates the I/O and CPU resource usage. For GIS to benefit from parallel computing, the performance of this task must be addressed.     

基于SVG的多边形叠置分析算法初探

SVG(Scalable Vector Graphic)即可升级矢量图形,是一种基于XML的矢量图形描述规范。由于SVG的很多特性非常符合WebGIS的特点,所以现在基于SVG的GIS网站很多。然而,由于SVG文件本身并不保存拓扑关系,其空间分析功能的实现一直是一个难题。本文介绍一种基于SVG的叠置分析算法的实现方法,目的是提供一种基于简单数据结构叠置分析的算法。     

Algorithms for Tetrahedral Network(ten) generation

The Tetrahedral Network(TEN) is a powerful 3-D vector structure in GIS, which has a lot of advantages such as simple structure, fast topological relation processing and rapid visualization. The difficulty of TEN application is automatic creating data structure. Although a raster algorithm has been introduced by some authors, the problems in accuracy, memory requirement, speed and integrity are still existent. In this paper, the raster algorithm is completed and a vector algorithm is presented after a 3-D data model and structure of TEN have been introducted. Finally, experiment, conclusion and future work are discussed.     

The Performance of Vector Oriented Data Storage Strategies in ESRI's ArcGIS

The emergence of Geographical Information Systems (GIS) as an important tool in the analysis of spatial phenomena has been mirrored by the evolution of the data models underpinning such systems. When considering vector‐based solutions, such developments have seen a migration from single‐user, file‐based, topological hybrid models to multi‐user database management system (DBMS) based integrated formats, often with no inherent topology. With all these solutions still being readily available, the decision of which to employ for a given application is a complicated one. This study analyses the performance of a number of vector data storage formats for use with ESRI's ArcGIS, with the aim to facilitate the ‘intelligent selection’ of an appropriate solution. Such a solution will depend upon the application domain and both single‐user and multi‐user (corporate) scenarios are considered. Findings indicate that single‐user ESRI coverages and multi‐user ArSDE/Oracle strategies perform better when considering the range of GIS operations used to evaluate data store performance.     

基于一体化全局模型的智能型制图方法

提出了一种基于一体化全局模型的智能型制图方法.该方法基于一体化全局模型(拓扑信息模型),归纳和发现了矢量数据处理过程中显性的数学逻辑和隐含的作业规则;组建了知识库;进行了基本知识组合并在数据处理的不同环节中自动作用于全局数据库.由此不断改写全局数据库,使之逐步趋近为具有一体化特征的矢量地理信息,形成矢量智能化处理流程.在获取满足GIS要求数据的同时,获取用空间几何数据和相应符号参数表示的制图数据.     

基于一体化全局模型的智能型制图方法

提出了一种基于一体化全局模型的智能型制图方法。该方法基于一体化全局模型(拓扑信息模型),归纳和发现了矢量数据处理过程中显性的数学逻辑和隐含的作业规则;组建了知识库;进行了基本知识组合并在数据处理的不同环节中自动作用于全局数据库。由此不断改写全局数据库,使之逐步趋近为具有一体化特征的矢量地理信息,形成矢量智能化处理流程。在获取满足GIS要求数据的同时,获取用空间几何数据和相应符号参数表示的制图数据。