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。     

电磁地理环境监测数据空间插值方法

电磁地理环境无所不在,电磁环境的“时间、空间、频率”特征进行监测与分析对于评估电磁地理环境对人类的日常生产生活的影响具有十分重要的现实意义。目前电磁辐射数据的获取方法和空间化表达的研究非常有限。电磁现象有着自身的空间传播与衰减特性,传统的空间插值方法并不适用于电磁现象的空间化表达。全频段车载电磁环境监测系统沿道路密集采集获取不同频段电磁辐射强度信息,需要对其进行空间插值才能刻画其二维空间的分布特征,本文根据电磁波空间传播规律,提出并实现了基于电磁辐射传播模型的电磁环境空间插值方法,对车载移动电磁环境监测系统获取的数据进行空间化处理,并将该方法与常用的IDW和Ordinary Kriging空间插值方法进行实验对比分析。实验结果表明,本文方法比其它空间插值方法更适合于电磁地理环境数据的空间化表达。     

利用空间聚集的贝叶斯网络评估手足口病发病风险

手足口病是一种常见的传染病,以往的研究表明该疾病与气象、环境和社会经济等因素相关联,其影响关系复杂,而疾病本身体现出较强的区域聚集性,采用普通的线性风险建模方法无法捕捉影响因素的复杂性及空间聚集性。因此,本文以山东省为例,在前人研究的基础上,提出了采用贝叶斯网络综合风险建模方法研究手足口病的发病风险与气象、土地利用、社会经济及空气污染等要素间的关系,并通过引入空间扫描统计聚集结果,将空间聚集引入到贝叶斯网络模型加强其空间推理功能,减少模型的偏差,提高评估的精度。结果表明,本文建立的手足口病空间贝叶斯网络风险模型具有较高的估计效果,引入的空间聚集性较好地融入到贝叶斯概率推理模型中,合理建立预测因子同手足口病发病风险之间的关系。通过对建模结果的解译,分析了手足口病的发病风险影响因素,特别是气候、社会经济及空气污染的影响。本文的空间贝叶斯建模方法及研究结果对手足口病暴发的防控预警具有重要的意义。     

耦合蚁群算法和SCS-CN水文模型的城市不透水面空间格局优化

近年来,中国城市暴雨内涝频繁发生,已经发展成为一类严重的“城市病”。城市不透水面密度及其空间格局是形成暴雨内涝的一个重要影响因素。本文提出一种耦合蚁群算法和SCS-CN水文模型优化不透水面空间格局的方法,从而实现通过增加地面雨水渗透量达到减缓城市内涝发生的目的。首先应用Williams公式计算基于坡度修正的CN值,在此基础上计算地表径流量;然后设定径流系数最小化目标,耦合水文模型和蚁群算法对径流小区尺度的不透水面空间格局进行优化配置;最后应用景观格局指数对不透水面空间格局进行分析。研究结果表明：面对1年、5年、10年、20年、50年以及100年一遇重现期的1 h持续降雨事件,研究区优化后的不透水面空间格局可以分别减少径流系数21.19%、19.58%、19.38%、18.93%、18.41%和17.25%,在一定程度上缓解城市暴雨内涝的发生。在此基础上,提出面向暴雨内涝防治的城市更新优化措施建议：① 通过增加草地、花园、树木等植被绿化减少高不透水面类型的面积,并划分成更多中高不透水面类型的斑块;② 集聚低、中低等不透水面类型,从而加大连通性,形成更多的中高不透水面类型;③ 增加每个径流小区内斑块数量,增大斑块密度,减少其蔓延度和聚集度。     

全国山洪灾害调查评价成果及规律初探

山洪灾害调查评价是1949年来水利行业最大的非工程措施项目,是规模最大的全国性防灾减灾基础信息普查工程,历时4年,涉及全国30个省305个市2138个防治县（区）,国土面积755万km²,人口近9亿。运用普查、详查、外业测量、分析计算等多种手段,掌握了中国山洪灾害防治区范围、人员分布、下垫面条件、社会经济、历史山洪灾害等基本情况,科学分析了山丘区小流域的暴雨洪水特性,评价了现状防洪能力,计算了预警指标,划定了危险区,为山洪灾害预警预报和应急救援决策提供了基础信息支撑。本文系统介绍了全国山洪灾害调查评价的核心要点,综述了调查评价成果,归纳了调查评价成果要素类型,揭示了全国山洪灾害防治区、人口、历史山洪灾害事件与预警能力的空间分布一致性,即山洪灾害各要素集中分布于青藏高原-四川盆地过渡带、川滇交界地区、黄土高原区、东部沿海地区及华北等地区,最后初步探讨了该成果的应用前景。全国山洪灾害调查评价成果将为中国山洪灾害监测预警预报体系建设及防灾减灾能力提升提供丰富的基础数据支撑。     

海州湾4种鱼类生长特征的空间异质性

传统的渔业资源评估均假设鱼类的生长参数是匀质的,然而近年来越来越多的研究表明海洋鱼类生长存在空间异质性。为探究海州湾鱼类生长参数的空间异质性现象,本研究分析了2013–2018年海州湾及其邻近海域方氏云鳚(Pholis fangi)、尖海龙(Syngnatus acus)、小黄鱼(Larimichthys polyactis)和赤鼻棱鳀(Thryssa kammalensis)的空间分布,使用电子体长频率分析方法结合Bootstrap重抽样方法估算了这4种鱼类的生长参数及其在深、浅水区域中的差异。结果显示,这4种鱼类生长参数均表现出一定的空间异质性,其中尖海龙和小黄鱼生长参数的空间异质性表现较为明显。这种差异可能是由于空间上的理化条件、群落结构以及物种本身洄游分布的差异而产生的。     

地理空间元数据及其相关技术的探讨

对地理空间元数据的概念、功能、内容及标准化情况进行了详细的介绍，并就其部分相关技术做了深入的探讨。     

关于GeoMedia Professional坐标系统定义问题的探讨

介绍了GeoMedia Professional软件在油田地面工程数字化工作中的应用,并针对设置工作空间、数据库、特征类的坐标系统时容易混淆的问题,及该问题引起的不同数据库之间的坐标系统不一致,以及一个数据库中个别特征类的坐标系统参数不正确的情况进行了分析,同时总结了操作过程中需要注意的问题及解决方法。     

移动荷载下三维半空间动力安定性下限分析

针对交通移动荷载,基于第一动力安定性理论预测了弹塑性半无限空间动力安定性下限值。通过建立无限元边界的三维动力有限元模型,研究了移动荷载作用下弹塑性半无限空间的动应力分布,构造了稳态动应力下的残余应力场,基于残余应力场的构造提出了动力安定性下限值的预测方法,分析了交通动应力下的安定性下限值以及车辆移动速度对安定性的影响,同时分析了均布荷载和Hertz荷载分布对动力安定性下限值的影响。当荷载移动速度低于Rayleigh波速时,安定性极限值随着速度的增加而增加,而当速度超过Rayleigh波速时,随着速度的增加而减小。研究还发现,当荷载和总重相等时采用圆形均布荷载和Hertz荷载的安定性极限值较为相似。     

苏州城市规划区地下空间开发适宜性评价

结合苏州城市规划区的地质环境特点,选取地形地貌、建筑场地类别、不良岩土体、水文条件、地质灾害等5个方面13个因子作为地下空间资源开发适宜性评价指标,运用层次分析法(AHP)确定各指标因子的权重,采用多目标线性加权函数建立评价数学模型,利用GIS叠加生成适宜性评价图。结果表明:西部基岩山区地质环境条件较好,适宜地下空间开发,东部平原区水系发育,软土层较厚,水文条件复杂,地下空间开发适宜性相对较差。