异构并行算法快速构建全球扰动重力梯度全张量图

扰动重力梯度是扰动重力位的二阶导数,相对于其他重力场元素能更多地反映变化的不规则地球产生的高频信息。在使用高阶次球谐系数模型获取大范围高分辨率的扰动重力梯度数据时,存在重复运算多、计算效率低下、耗时较长的问题。针对该问题,推导了简化计算公式,将中间变量提取出来作为全局参数和局部参数单独进行计算、存储,从而有效减少重复运算;并在简化公式的基础上,提出了扰动重力梯度张量快速异构并行算法,利用CUDA（compute unified device architecture）实现了梯度全张量在GPU端的并行计算。根据Txx、Tyy、Tzz三个分量满足Laplace条件验证了算法可靠性,并与传统串行算法进行了计算效率对比,实验结果表明,相较于串行算法,所提算法可减少90%以上计算耗时,可将计算效率提高60倍以上。最后利用该算法基于2 190阶EIGEN6C4模型快速构建了5′×5′分辨率的全球扰动重力梯度全张量图,计算结果显示了扰动重力梯度同地形、地球质量分布变化的相关性及其在全球范围内的数值特征。     

基于MPI的分布式水循环模型并行计算性能研究

为满足分布式水文模型快速模拟的需要,引入并行计算技术。基于MPI编程模型实现了WEP-L分布式水循环模型产流模块的并行编程,采取子流域任务划分和对等模式实现了模型的并行设计。为了减少进程间的通信时间,在产流计算之前,数据按随年、月、日变化以及不随时间变化分成四类,分批进行通信;产流计算完成之后,采用聚合通信方式中的数据收集,快速统计结果。模型并行化后应用于黄河流域,结果如下:(1)随着参与计算的进程数增加,并行计算的加速比呈先增加后减少的趋势,并行效率随进程数增加呈线性下降趋势。(2)模型并行性能受通信开销制约,当通信开销增量大于产流计算时间减少量时,加速比达到峰值4.8。     

载体垂向扰动对轴对称型金属弹簧海洋重力仪的影响

轴对称型金属弹簧海洋重力仪在动态测量中不可避免地要受到载体扰动加速度的影响,以中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研制的CHZ-Ⅱ型海洋重力仪为例,在建立其测量模型的基础上,着重分析了载体垂向扰动对重力仪的电容微位移检测以及动态非线性误差的影响.结果 表明:载体垂向扰动加速度的大小直接影响电容微位移检测的输出,且垂向扰动加速度是海洋重力仪非线性误差的直接影响因素.这对提高海洋重力仪的动态测量精度有重要意义.     

基于扰动状态理论的软土压缩变形试验

基于扰动状态理论对漳州和东莞软土扰动样和重塑样单向压缩变形的结构性特征进行了分析,利用重塑样试验数据还原了原状样的压缩曲线,将变形中的土体视为相对完整状态和完全调整状态的混合物,定义原状土样为相对完整状态、重塑土样为完全调整状态,且分别用土弹性模型和修正剑桥模型表达,扰动函数与荷载对数具有较好的幂函数关系,因此建立了土体应力应变关系扰动状态模型,并通过压缩试验结果对模型合理性进行了验证。结果表明,该模型能较好地描述土体压缩变形特性,且参数确定简单易行,为软土地基工程沉降分析提供了一定参考。     

位场垂向高阶导数的Tikhonov正则化迭代法

在位场数据处理中,垂向导数具有重要的物理意义。其在一定程度上可以划分不同深度和大小异常源产生的叠加异常,且导数的阶次越高,这种分辨能力就越强,但通常认为高阶导数的换算是不稳定的。本文在Tikhonov正则化求位场垂向高阶导数的基础上,结合迭代法进行逐次逼近,提出了位场高阶导数的Tikhonov正则化迭代法,并且得到Tikhonov正则化迭代法的递推公式。通过对该方法的滤波特性分析可以看出,该方法计算的位场垂向高阶导数具有一定的稳定性及保幅性。模型试验和实际数据的处理表明,该方法计算结果较常规FFT求导法有更高的稳定性和实用价值。     

基于网络建模与空间引力模型的城镇空间关联分析

准确把握城镇之间的空间关联格局,可为统筹协调城镇体系发展提供更有力的空间依据。以浙江省义乌市为例,运用多因素综合评价法测算各城镇规模综合指数,针对空间引力模型中距离因子修正问题,采用公路道路网络进行网络建模,通过寻找最优路径来衡量城镇间相互作用的距离关系,进一步以此来分析城镇空间关联的程度。结果表明：义乌市各城镇的规模大小存在明显内部差异,稠城街道最高,赤岸镇最低;义乌市形成了“一小时生活圈”的城镇空间格局,街道之间的平均时间距离低于乡镇;义乌市空间关联度以稠城街道为轴心向外递减,根据城镇相互作用大小可将义乌市城镇体系分为三个梯队。由此认为：采取网络建模下的时间距离来描述城镇间的相对距离关系,能够为揭示城镇间相互关系提供更为科学的空间依据,对义乌市空间发展及合理规划具有一定的指导意义。     

二维混合场的各向异性尺度不变性量化方法及其应用

由不同尺度过程或作用叠加而形成的混合场在地学领域很常见,研究如何量化这些场的尺度不变性以及如何刻画其各项异性特征具有重要意义.介绍了近期研发的图像各向异性尺度不变性模拟和分解方法,并将其应用于遥感图像处理中.该方法是将各向异性尺度不变性模拟(SIG)和分形滤波(S-A)方法融合的,对于任意二维场,先用S-A模型判断其是否为混合场.如果是混合场,用S-A模型对其进行模式分解,然后再运用SIG模型量化分解后的各组分的各向异性尺度不变性,并描述其具体变换特征.基于一幅混合遥感影像的应用实例表明,该方法能够有效地量化二维混合场的各向异性尺度不变性.此外,混合场只有在正确分解成不同尺度的组分之后才能得到合理的利用.      

基于改进垂向流量交换的城市内涝模拟方法

针对内涝一维、二维耦合模型垂向流量交换计算过程复杂、计算稳定性差等问题,采用节点水量平衡原则对垂向流量交换方法进行改进。将节点分为超载节点及未超载节点,对于超载节点利用节点水量平衡原则进行垂向交换流量计算,将垂向交换流量计算与一维模型水力计算相融合,实现节点垂向交换流量与管段流量同时求解;对于未超载节点采用变水头孔口出流公式进行垂向交换流量计算,实现考虑地表水深变化的节点回流计算。采用Infoworks ICM模型作为对照,对比分析不同案例模拟结果,研究表明,改进方法与对照模型模拟结果吻合度高(纳什效率系数超过0.8),在内涝模拟过程中能准确模拟垂向流量交换,并保证系统水量平衡,对城市内涝模拟分析具有较好的应用价值。     

基于量化因子的地质灾害易发性评价——以重庆市綦江区为例CSCD

綦江区是重庆市地质灾害高发区域,本研究以綦江区为研究区,根据区内地形地貌、地质构造并结合DEM数据,提取了斜坡单元内的斜坡结构、坡度、地灾点密度、工程地质岩组、距水系距离、岩层倾角和地质构造共7项主要致灾因子,进行量化分析并结合地质灾害野外现场核查和修正其各因子权重和分级赋值后,采用层次分析法进行斜坡单元地质灾害易发性评价,探索建立适合綦江区的地质灾害易发性评价体系。     

基于GIS技术和频率比模型的三峡地区秭归向斜盆地滑坡敏感性评价

以三峡地区秭归向斜盆地为研究区,在野外滑坡编图的基础上,选择地形坡度、地层岩性、河流、道路、坡向、坡型结构6个因子参与滑坡敏感性评价,运用GIS空间分析技术,引入频率比模型,分别计算评价因子的贡献率,并进行叠加分析,最终划分为4个敏感性分区。评价结果表明:极高敏感性区面积占21.39%,滑坡发生面积占61.44%;高敏感性分区面积占24.99%,滑坡发生面积占21.67%;中敏感性分区面积占30.66%,滑坡发生面积占13.19%;低敏感性分区面积占22.93%,滑坡发生面积占3.69%。滑坡敏感性面积累计百分比曲线图表明评价结果具有较高的准确度和可靠性。研究成果可为政府部门减灾防灾工程提供科学支持,为滑坡灾害的预测和管理提供科学依据。     

基于并行预处理算法的三维重力快速反演

随着地球物理设备和探测技术的不断发展,快速处理大规模地球物理数据的需求也随之增长。为了解决三维重力数据密度反演的耗时问题,提出一种并行的预处理共轭梯度算法来提高计算效率。本文分别采用两种不同的预处理算子通过组合模型数据反演进行测试比较,并利用迭代残差和计算用时共同评价其加速效果。结果表明：对称逐次超松弛预处理方法比对角预处理方法反演计算速度快,密度结果更贴近实际模型;与传统串行的共轭梯度算法相比,本文并行预处理快速算法可以获得近19倍的加速比。将该算法应用于美国Vinton盐丘的实测重力数据中,反演结果能够很好地圈定出岩体的位置,验证了本文并行预处理共轭梯度法在三维重力数据快速反演中的高效性和可行性。     

基于并行遗传算法的地震属性优化研究

系统介绍了遗传算法各步的改进策略。首先,产生多样化的初始群体,引入五进制的编码策略提高搜索速度,然后采用无退还随机选择机制防止收敛早熟,采取两点交叉及多点变异方案以扩大模型空间的搜索范围和保持个体的多样性。另外,为了保证算法的收敛,使用了代间隙技术。最后,按照并行算法设计原则给出改进后的并行遗传算法的算法描述,并通过运用改进的并行遗传算法解决了非线性、多参数、多极值的地震属性优化的实际问题。     

基于MPI环境的并行程序设计

MPI(Message Passing Interface)是消息传递并行程序设计的标准之一,概述了MPI的概念和组成,着重介绍了支持并行程序设计的消息传递接口(MPI)以及在MPI环境下的并行程序设计方法,并给出一个MPI并行程序设计实例,说明了MPI的程序设计流程和主从并行计算流程,由此提出了一个Master/Slave结构的设计模式。     

分布式水文模型的GPU并行化及快速模拟技术

分布式水文模型对流域水文过程的应用深度及广度不断加深,常与数值天气及气候预报相结合,面临巨大的计算量。近年来GPU技术的进步使普通电脑能够实现高效而又廉价的并行计算。提出了资料插值、单元产流以及单元汇流采用GPU并行计算,马斯京根法河道汇流采用一种非并行的递归方法。基于笔记本电脑和NVIDIA GPU/CUDA结合C#语言,由分布式新安江模型在沂河流域的模拟应用表明,降水量空间插值及新安江产流的并行执行效率为普通CPU上C#的8~9倍。使用直接递归法实现马斯京根汇流演算比以往采用汇流次序表的执行效率提升0.5~0.9倍。     

大型洞室群软岩置换方案优化的并行实现

并行计算己成为求解大规模岩土工程问题的一种强大趋势 。 以水布娅大型洞室群软岩置换方案优化为例 , 探讨了方案优化中的并行计算问题,分析了并行计算中的编程模式 、 任务划分 、负载平衡和编程方法等问题,在 W id n o w s 环境下的 PC 机群上成功实现了软岩置换方案优化的并行计算,并获得了近乎线性的加速比 , 从而大大提高了方案优化的计算速度和效率 , 为岩土工程计算并行化思路提供了重要参考 。     

月球重力场研究的论述

月球重力场探测是了解月球内部结构构造最有效的手段之一,也是未来登陆点选择的重要依据.在众多方法中,卫星重力探测是进行全月球覆盖以及获得月球深部信息的重要方法.本文叙述了当前月球重力探测历史和重力模型发展过程,并对这些模型进行比较分析.在了解前沿研究方法的基础上讨论了月球重力位场解算的基本原理、高精度月球重力场获得的方法...     

并行模拟技术在苏锡常地区地下水流模型建立中的应用

在苏锡常地区建立了一般意义上的重叠型多个不规则子域FEM并行模型,然后利用区域分解法在MPI环境中实现了并行求解算法,并使用C++完成了MPI环境中的混合编程设计。通过常州无锡两地实际并、串行应用结果比较,并行模拟具有数据资料准备相对简单且精度高的特点,是解决大型化、复杂化地下水流问题的一种可行方案。     

基于车载重力测量平台的城市地下空洞快速探测

为了解决现有静态重力测量在城市地下空洞探测时存在工作难度大、效率低等问题,本文提出了基于车载重力测量平台的城市地下空洞快速探测方法。采用国产高精度捷联式重力仪SAG搭建车载移动重力测量平台,在长春卫星广场附近进行动态重力测量试验。首先对测得数据进行楼房干扰校正;之后采用基于传统极值点深度估计(depth from extreme points,DEXP)方法改进的比值DEXP方法进行重力异常数据深度成像;最后采用Tilt梯度法对位场数据进行边界识别。选取轻轨站附近两条测线进行研究,得出测线在700～1 300m区域附近存在负值异常,在800和1 000m附近最佳深度分别是24和28m,构造指数分别为0.18和0.06;经分析符合实际地下轻轨站空洞类型和所在范围,验证了车载移动平台重力测量在城市地下空洞探测中展开的可能性和有效性。     

贵州1：20万重力异常分布特征与透露的区域地质构造新信息

根据1:20万区域重力场和布格重力场透露的地球物理信息,结合地表地质情况,在区内划定了32条大断裂,一级4条二级28条,在原1∶50万重力资料的基础上新增了16条,它们大致反映了贵州基底的构造轮廓,可为当地基础性的地质找矿和地质科研服务,提供深部地球物理信息。