基于异构集群计算的地统计面插值并行算法

地统计面插值算法在空间统计分析中有广泛应用,其目的是通过一组面要素的某已知属性值估算另一组面要素的属性值。地统计面插值算法多是基于克里金（Kriging）插值及其衍生算法。克里金插值算法考虑属性在空间位置上的变异性,需计算要素之间的协方差,是典型的计算密集型算法。本文分析了基于克里金插值的地统计算法计算过程,该算法中面要素间协方差计算相互独立,可作为并行计算单元划分。另外,面要素间协方差计算可使用快速傅里叶变换（FFT）快速计算,而FFT是一种非常适合并行处理的计算密集型算法。本文根据算法特征设计了基于异构集群计算的并行算法,并使用MPI+CUDA实现了该算法。实验结果表明,本文实现的算法比使用MPI实现的CPU集群的算法有更好的性能,具备良好的可扩展性,并且随着插值精度提高表现出更好的性能。     

基于剖分表达结构的雷达探测范围计算方法

雷达不仅在现代军事中发挥着至关重要的作用,也被广泛应用于社会经济发展和科学研究等领域。如何科学表达并计算真实环境下雷达探测范围是当前研究热点。目前已有算法采用几何光学和数学建模的思路,存在计算量大、复杂度高等问题,导致算法效率低。本文基于空间剖分结构提出一种雷达探测范围的计算方法,该方法采用剖分的思想,实现了地形影响下雷达探测范围和多雷达探测范围的计算及可视化,具备计算简单、算法复杂度低等特点。实验表明,该算法具备很好的表达效果与计算能力,算法效率较传统方法明显提高,为雷达探测范围的计算提供了一条新的解决途径。     

改进的DWCS算法及其在弱硬实时系统中的应用

针对动态窗口约束调度算法中,单个任务到达调度处理节点时,系统存在着无效计算的缺点,本文提出了一个改进算法。该算法在保留原有算法优良性能的同时,能够降低计算复杂性,提高系统的性能。并证明了DWCS算法可以用于一般的弱硬实时系统中。     

一种计算简单奇异点的有效算法

本文提供一种加边算法用以计算简单奇异点，并用数值例子的计算说明算法的有效性。     

并行地理计算算法性能评测技术研究

从并行地理算法的正确性评测、性能评测、评测流程和评测工具实现等角度,研究了高性能集群环境下的评测技术。在正确性评测假设基础上,将评测用例在不同进程数环境下的计算结果与该算法在单进程环境下的运算结果逻辑求差得出相对误差,提出了问题规模计算方法。根据评测用例的问题规模确定评测用例的权重,提出了性能指标和评测流程,并通过评测工具自动获得同一个并行地理计算算法。在多个不同评测用例下的评测指标来衡量算法的计算误差与性能,形成评测报告。经实验验证,本文方法能较好地满足并行地理计算算法评测的需求,为并行空间分析算法性能优化提供技术保障。     

栅格地理计算并行算子对区域计算算法并行化的可用性分析——以多流向算法为例

栅格地理计算并行编程库的研发有助于实现对栅格地理计算算法的并行化。在现有的研究中,Qin 等(2014)设计并初步研发的栅格地理计算并行算子(PaRGO),在设计思路上能较好地隐藏与并行编程软硬件环境相关的复杂细节,实现栅格地理计算通用步骤的并行化,且较其他类似思路的编程库而言,PaRGO能兼容多种常用的并行计算平台,具有明显优势。但PaRGO目前在设计上仅直接支持本地、邻域及全局计算特点的栅格地理计算算法并行化,对于更为复杂的区域计算特点算法并行化的支持能力尚未探究。对此,本文选取栅格数字地形分析中具有区域计算特点、递归设计的多流向算法为算例,利用PaRGO进行并行化设计、实现及测试,以计算时间、相对加速比和相对并行效率为定量指标。通过可运行性和并行性能进行评价,结果表明:PaRGO虽然不能直接支持对递归的多流向算法进行并行化,但在根据多流向计算的原理将该递归算法转变为非递归的设计之后,可将算法由原区域计算改造为邻域迭代计算,就能利用PaRGO 实现并行化,并得到较好的并行效果。在集群环境下,MPI版本并行程序的并行效果优于MPI/OpenMP混合版本。     

改进的HASM-AD算法及在空间变量模拟的应用分析

高精度曲面建模(HASM)可以显著提高空间曲面模拟的精度,但是计算速度低限制了该模型的进一步应用。为了提高HASM模型的计算效率,本文对HASM-AD算法作了改进,通过在计算过程中为采样点添加索引,避免了计算过程中对采样点信息的重复查找操作;同时,在遍历独立计算单元时实时计算第一类、第二类基本量及克式符号,避免了全局存储上述变量所需要的额外内存消耗。数值试验表明,由于将全局线性方程组求解问题转化为局部独立计算单元(5×5栅格)内的方程组求解,改进的HASM-AD算法显著提高了计算效率,同时降低了模型运行过程中的内存消耗。最后,本文以全国陆地降水空间分布模拟分析作为实例,验证改进的HASM-AD算法模拟精度及计算效率,模拟结果表明,改进的HASM-AD算法模拟结果精度优于其他HASM算法(以HASM-PCG为例),并且计算效率优势更为明显,实现全国10km分辨率的降水分布模拟耗时仅为4s。表明改进的HASM-AD算法提高了计算速度,并且适于大尺度的空间变量模拟应用。     

一种地形改正新算法

通过对地球表面和大地水准面的物理学受力分析发现,传统计算地形改正方法存在误差。分析了其误差来源及大小,解释了该误差形成的原因,并给出了计算地形改正的新算法,新算法可有效提高计算精度。     

GPU加速的改进PAM聚类算法研究与应用

空间聚类是空间数据挖掘的重要方法,而K-Medoids是一种常用的空间聚类算法。K-Medoids聚类算法存在初始点选择问题,而且计算复杂。为了提高算法的有效性和时间效率,本文结合模拟退火算法思想,改进了传统的K-Medoids算法PAM,提出一种基于GPU计算的并行模拟退火PAM算法。类比矩阵乘法运算,定义了一种新的矩阵计算方法,可以有效减少数据在GPU全局内存和共享内存之间的传输,提高了算法在GPU中的执行效率。利用模拟退火算法搜索聚类中心点,保证了聚类结果的全局最优性。基于不同的数据集,将串行和并行模拟退火PAM算法以及已有的遗传PAM算法进行比较,结果表明并行模拟退火PAM算法聚类结果正确,且时间效率高。最后,应用本文改进算法对贵州省安监系统的安全监管隐患数据进行聚类分析,发现了隐患聚集中心,相关结果对政府的决策具有一定的实际应用价值。     

地震精密水准网平差的一种高效算法研究

传统的地震水准网平差计算方法因需要进行大量的“零乘积”运算而致使运算效率低下,不适用于数据量较大的地震水准网计算工作。针对地震水准网平差计算过程中法方程系数具有对称正定的特性,利用变量循环重新编号法进一步提升运算效率。利用新算法进行数据平差计算,对比验证结果表明,与传统算法相比,地震精密水准网型越复杂,新算法节省的时间越多。     

大坝变形的奇异谱分析预测

利用奇异谱分析法对大坝变形数据进行分析,提取趋势和周期分量,分析影响因子与各变形分量的相关性。结果表明,大坝变形主要与水位变化和时效因子有关,温度变化对大坝变形的周期成分贡献最大,其次为水位。另外在准确提取信号的基础上,利用奇异谱分析迭代法对大坝变形进行预测,并与多元回归分析方法和高斯过程模型进行对比,发现其预测精度明显高于后两者。     

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基于车载激光点云的街景立面自动提取

街道景观图是城市规划设计和城市管理的重要参考依据,车载点云数据能够提供沿街建筑的三维点信息,精度高,覆盖范围广泛,为街景立面整治提供了新的解决方案。为此,本文提出一种适用于车载点云的街景立面的自动提取方法,提取立面点云的具体步骤为：对原始数据去噪滤波;选取非地面点构建规则格网并二值化,依据语义特征筛选出建筑物点云;用POS数据拟合直线段帮助选取参考向量与参考平面;计算点云到参考面的距离,按距离分类点云数据,并对前述步骤中未分类点另行提取,合并面点集得到以沿街建筑物立面为主的街景立面点云。为了验证这一方法的可行性和有效性,采用点云数据进行实验,实验结果表明本方法在一定程度上提高了数据处理效率,能得到较理想的结果。     

大旋转角的空间直角坐标转换方法的改进

针对现有大旋转角空间直角坐标转换方法存在的问题,基于尺度参数的SVD估计提出改化模型,并推导了参数解估计的方向余弦法、单位四元数法及罗德里格矩阵法。最后,基于奇异点、模型条件数、中误差及迭代次数等指标,通过文献算例和大旋转角仿真算例比较分析了3种方法在七参数模型与本文改化模型的坐标转换效果。结果表明,旋转矩阵的SVD初值优于单位阵初值,改化模型优于七参数模型,方向余弦法优于其他两种方法。     

Kalman滤波理论在滑坡监测中的应用

以Ｋａｌｍａｎ滤波理论为基础，提出将Ｋａｌｍａｎ滤波方法应用到形变监测数据处理中，导出了各种形式的形变监测网的状态方程和观测方程，并给出一些简单实用的滤波所需初值的选取方法。最后，以重庆市嘉陵江边的镇江寺滑坡为例，进行了实例分析。结果表明：Ｋａｌｍａｎ滤波方法简单、快速，处理的资料具有较好的连续性，所提方法具有较好的实用价值。     

基于Rayleigh商的不等精度二次曲线拟合的WTLS迭代解法

针对独立不等精度离散点的二次曲线拟合问题,以系数矩阵元素的一阶误差传播得到的方差为权倒数,采用加权总体最小二乘估计方法求解拟合参数,将加权总体最小二乘问题转化为Rayleigh商问题,从而只需求一正定矩阵的特征值和特征向量,便可通过迭代计算得到待估参数的解。该方法性能稳定且计算量较小,是针对WTLS问题的一种相对简捷高效的计算方法。     

基于F-范数的不确定性平差模型的解算方法

为提高基于F-范数的不确定性平差模型的解算效率,给出直接迭代算法进行参数估计。该算法无需SVD,解算过程简单且易于编程计算,同时给出迭代不收敛时的SVD-解方程算法。二元线性拟合及沉降观测AR模型的算例结果表明,这2种算法正确可行,与SVD-迭代算法具有等价性。当迭代收敛时,宜使用直接迭代算法,收敛速度更快,解算效率更高;当迭代不收敛时,可釆用SVD-解方程算法。     

一类非线性二阶奇异初值问题的正解

在简单的假定下。建立了一类非线性二阶奇异初值问题C^1[0,1]正解存在的充分必要条件，我们的奇异问题在有奇性。     

奇异谱迭代区间四分法在GPS坐标时间序列插补中的应用

采用奇异谱迭代的区间四分法进行GPS坐标时间序列的插补。该方法基于自适应滤波的方法,从不完整的坐标时间序列中提取主要的特征成分完成插值,是对奇异谱迭代插值算法的改进。将本文方法与拉格朗日插值法进行比较发现,本文方法不仅拥有更高的插值精度,而且解决了奇异谱迭代插值的效率问题,计算效率得到很大提高。     

确定三维网中相对稳定点组的一种方法

详细介绍了一种确定三维网中相对稳定点组的方法。依据一组点间的几何关系是否保持不变可以判别这一组点是否相对稳定。文中阐述了该方法的实施步骤,且给出了一个实例,证明了方法的有效性。该方法还可用来判别某些ＧＰＳ点是否位于同一构造块体上