3维数字地球快速缓冲区分析算法

提出一种应用在3维数字地球中的通过图形处理器(GPU)快速实现矢量数据缓冲区分析的算法。使用一张4通道的纹理图作为容器将地理实体的矢量数据传入GPU,利用GPU的高效并行特性,将目标缓冲区纹理中的每个像素所对应的矢量坐标与原实体进行距离量算,在一次渲染中得到缓冲区纹理,最后提取出缓冲区纹理的边界。选择中国的流域和湖泊矢量数据,将本文算法与两种传统的CPU算法进行了缓冲区分析计算、测试和对比。结果显示,本文算法相对于传统矢量算法效率提高了9—16倍,相对于传统栅格算法效率提高11—20倍。实验证明,该算法计算简单,效果明显,特别是随着数据量增大,缓冲区计算速度显著优于传统算法,并能有效解决传统矢量法缓冲区分析中的数据自相交问题。     

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。     

GIS中缓冲区自动生成问题研究

缓冲区分析(Buffer Analysis)是地理信息系统(GIS)重要的空间分析功能之一。地理信息系统中的缓冲区生成分点、线、面三种,其中线状目标缓冲区生成是关键和基础。本文将线状目标缓冲区的生成分为每个线状目标缓冲区多边形独立生成过程和所有线状目标缓冲区多边形重叠合并过程两个阶段,并分别给出了相应的矢量算法。     

图划分支持下的大规模点要素并行缓冲分析方法

缓冲分析是解决邻近度问题的基础工具,由于算法本身包含大量的复杂运算,处理效率亟待优化。针对大规模点要素的缓冲分析,引入图表达建立了面向数据和分析过程的空间计算域,通过图划分实现了任务的均衡分割。图式化的空间计算域首先从图节点和图边两个角度定义了点要素及其空间关系的处理函数,然后对相应的时间复杂度进行拟合,获取了图节点和图边的计算权重,最后利用图划分方法实现了缓冲分析的均衡分割,从而构建与计算资源相匹配的并行任务。实验结果表明,基于图划分实现的并行缓冲分析方法在负载均衡性和整体性能方面优于主流的四叉树和规则格网划分方法,可为大规模矢量数据的空间分析优化提供参考。     

GIS中缓冲区自动生成问题研究

缓冲区分析是地理信息系统（ＧＩＳ）重要的空间分析功能之一。地理信息系统中的缓冲区生成分点、线、面三种,其中线状目标缓部眍生成是关键和基础。本文将线状目标缓冲区的生成分为每个线状目标缓冲欧 独立生成过程和所有线状目标缓冲工多边形重桑合并过程两个阶段,并分别给同了相应的矢量算法 。     

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。     

基于ArcGIS Add-in的天地图矢量数据融合工具研究

针对ArcGIS软件功能不能满足天地图矢量数据融合工作要求的问题,设计并实现了一种矢量数据融合工具.在分析矢量数据融合技术路线与ArcGIS软件已有功能的基础上,梳理出工具需求,并进行工具功能模块设计;利用ArcGIS相关组件,在Visual Studio开发环境下进行工具实现.将工具应用于天地图·陕西国省矢量数据融合...     

格网DEM侵蚀学坡长并行计算方法

针对现有侵蚀学坡长串行算法在处理大区域海量数据时计算能力的不足,基于消息传递接口(MPI)并行化工具,提出了一种格网DEM的侵蚀学坡长并行计算方法,采用缓冲区更新计算策略,解决了并行计算过程中的数据依赖性问题。选取陕北黄土高原的两组不同分辨率的DEM数据对并行算法进行了测试,结果表明,提出的并行计算方法可以有效降低侵蚀学坡长的计算时间,并取得了较好的并行效率。     

高分辨率遥感影像并行分割结果缝合算法

采用基于数据并行的遥感影像分割实现过程,提出了一种新的数据缝合算法解决分割结果合并问题。分割效果对比和运算效率分析等实验结果表明,此算法保持了分割结果合并后的边界正确性,使并行化分割在提高运算效率的同时保证了分割结果的可信度。     

基于ArcPy的河流矢量方向检查方法与实现

DLG数据质量检查是基础地理信息数据更新工作中十分庞杂的工作,其中对河流矢量数据方向的检查尤其费时费力。本文在解析河流矢量结构特征的基础上,介绍了基于ArcPy在ArcGIS平台制作脚本工具,实现了DLG数据中河流矢量采集方向正确性检查的方法,并通过实例进行了验证。实际生产中该工具的使用提高了工作效率。     

基于条带扫描思想的线目标缓冲区快速构建

空间目标缓冲区建立的传统算法是基于平行双线扩展思想,在基线复杂分布情形下,该算法对于岛屿和多边形外环的构建及空间关系的处理十分困难。将计算几何的旨在提高运算速度的“条带扫描”思想引入到缓冲区建立过程,对曲线分离出多个两点连接的线段集,生成每条线段的椭圆形基元缓冲区,通过条带扫描法对基元缓冲区叠置生成岛屿内环与多边形外环,判断其间的套合关系。该算法在严密的逻辑组合分析条件下能够对单条或多条基线的复杂情形生成正确的缓冲区多边形,同时运算速度得到改进,达到O(nlogn)。     

任务分配均衡的双参数CFAR舰船检测并行算法

双参数恒虚警率CFAR(Constant False Alarm Rate)是舰船目标检测中的常用算法。近年来,合成孔径雷达(SAR)分辨率不断提高,SAR图像幅宽增大,并且在检测时希望尽量保持舰船轮廓以便后续的舰船目标识别。双参数CFAR算法虽然能满足目标检测需求,但算法运行时间过长,不利于信息的及时处理。传统的MPI(Message Passing Interface)并行化解决方案在分配检测任务给各进程时,没有考虑因陆地掩膜,几何校正等预处理所导致的图像中待检测点分布不均。针对这一问题,本文提出改进的MPI并行化解决方案。与传统的MPI并行化解决方案相比,该方案能较为均衡地为各个进程分配检测任务。在集群计算机上的实验结果表明,改进后并行标准效率提高约43%。为应对机载SAR实时舰船目标检测的需求,在多核PC机上进行实验,结果表明,本文算法在多核PC机上也能有效地缩短检测时间,对实现机载SAR实时舰船目标检测有积极意义。     

基于OpenMP的Li-Openshaw算法并行计算方法

随着网络地图、移动地图的发展,对地图自动综合效率的要求不断提高;并行计算技术已经在遥感图像处理、计算几何等方面显示出优势。本文尝试将地图综合算法与并行计算方法相结合,探讨地图综合算法效率提高的方法;并通过对Li-Openshaw线要素简化算法的分析,探讨了在多核处理器环境下该算法的并行计算策略,基于OpenMP实现了Li-Openshaw算法的并行计算,最后通过实验验证了基于OpenMP的Li-Openshaw线要素化简算法在效率上的提高。     

基于PMVS算法的大规模数据细粒度并行优化方法

三维多视角立体视觉算法（patch-based multi-view stereo,PMVS）以其良好的三维重建效果广泛应用于数字城市等领域,但用于大规模计算时算法的执行效率低下。针对此,提出了一种细粒度并行优化方法,从任务划分和负载均衡、主系统存储和GPU存储、通信开销等3方面加以优化;同时,设计了基于面片的PMVS算法特征提取的GPU和多线程并行改造方法,实现了CPUs_GPUs多粒度协同并行。实验结果表明,基于CPU多线程策略能实现4倍加速比,基于统一计算设备架构（compute unified device architecture,CUDA）并行策略能实现最高34倍加速比,而提出的策略在CUDA并行策略的基础上实现了30%的性能提升,可以用于其他领域大数据处理中快速调度计算资源。     

网格环境下缓冲区分析的并行计算

提出了基于网格环境下缓冲区分析的并行计算方法,用以提高缓冲区分析的效率。考虑到大多数地理信息系统中缓冲区分析数据的特点,提出了基于图层和地理空间区域的任务分解方法。利用已经构建的网格计算环境,实现了武汉城市地图中一条道路缓冲区分析的图层式并行计算,从实验结果的分析,可以看出网格环境下缓冲区分析的并行计算在效率方面具有明显的优势。     

利用最小二乘直接法反演卫星重力场模型的MPI并行算法

针对海量卫星重力数据反演高阶次地球重力场模型的密集型计算任务与高内存耗用问题,基于MPI实现了最小二乘直接法恢复高阶次位系数的并行算法。引入并行读写、分块存储与分块计算等方式完成了设计矩阵的构建、法方程的形成与求解等密集型计算任务的并行算法,数值计算结果表明三者的并行相对效率峰值可分别达到95%、68%、63%。利用GOCE轨道跟踪和径向扰动重力梯度数据(共518 400个历元)分别反演了120、240阶次地球重力场模型,计算时间仅为40 min、7 h,内存耗用峰值仅为290 MB、1.57 GB;采用与GOCE同等噪声水平的观测数据恢复的重力场模型精度与GOCE已发布模型的解算精度相一致,联合GRACE和GOCE的解算模型能够实现二者独立信息的频谱互补,表明本文方法可高效稳定地恢复高阶次地球重力场模型。     

不规则三角网数字水深模型缓冲面快速构建的滚动球加速优化算法

针对TIN_DDM缓冲面构建与应用中存在的数据类型特殊、算法效率与模型精度不匹配的问题,本文将滚动球模型应用扩展至TIN_DDM缓冲面的构建过程。在分析滚动球模型构建精度局限的基础上,建立了滚动球半径关联的滚动球模型整体精度控制方法;结合大数据量TIN_DDM缓冲面多次构建的应用效率需求,阐明了关键采样点与滚动球半径对TIN_DDM缓冲面构建效率的影响规律;设计了TIN_DDM缓冲面构建关键采样点的判定准则,建立了关键采样点与滚动球半径的数值关联关系;提出了一种基于滚动球加速优化模型的TIN_DDM缓冲面快速构建算法,算法时间复杂度为O(n)。试验结果表明:本文算法可实现任意缓冲半径条件下TIN_DDM缓冲面的多次快速构建,且算法精度控制在2σ内。     

利用三维体素遍历和GPU进行辐射度加速计算——以虚拟植物冠层辐射模拟为例

辐射度模型是虚拟植物冠层内光分布模拟的主要算法之一,针对其形状因子计算量大,辐射能量计算效率低等问题,提出了一种辐射度计算加速方法。以虚拟枇杷冠层内光分布模拟为例,利用均匀体素剖分场景包围盒及三维体素遍历方法进行光源与树模型之间的遮挡判断,同时结合CUDA技术使辐射度算法的形状因子求解并行化。采用归约求和算法和共享内存实现植物模型接受辐射总能量的快速求解。该方法较CPU串行方法有150多倍的加速比。将太阳直射光合有效辐射（photosynthetically active radiation,PAR）分布模拟结果与光线跟踪模型、传统辐射度模型模拟结果进行对比,天空散射PAR分布模拟结果与龟型算法、传统辐射度模拟对比。计算所得PAR值接近,变化趋势一致,表明该方法有较好的精度保证。     

云环境下海量空间矢量数据并行划分算法

空间数据划分是空间大数据索引方法及其数据存储的重要组成部分。针对Hadoop云计算平台在空间数据划分及其存储方面的不足,提出了基于Hilbert空间填充曲线的海量空间矢量数据并行划分算法。在数据划分阶段,充分考虑空间数据相邻对象的空间位置关系、空间对象的自身大小以及相同编码块的空间对象个数等影响因素;通过“合并小编码块,分解大编码块”的划分原则,实现了云环境下海量空间矢量数据的并行划分算法。试验表明,该算法不仅能够提高海量空间矢量数据的索引效率,同时也能够很好地解决空间矢量数据在Hadoop分布式文件系统（Hadoop distributed file system,HDFS）上的数据倾斜问题。