地理空间数据生产网格的体系结构与关键技术

基于对网格计算技术和目前我国空间数据生产模式的分析,提出了地理空间数据生产网格的概念及其体系结构,并对其实现的关键技术进行了探讨。这里的体系结构是基于OGSA的五层构造:资源层、基础层、生产服务层、网格工作流层和界面层,还包括相关标准和与数据网格的连接。其关键技术包括网格计算、web服务、网格工作流、新一代空间数据模型与Open GIS规范等。最后指出,空间数据生产网格是新世纪信息化测绘的发展方向。     

基于上下文感知的地球空间信息服务中间件的实现

探讨了基于上下文感知的地球空间信息服务中间件体系结构,分析了各个组成部分,重点研究了空间上下文的建模与推理等关键技术,并实现了一个原型系统。     

地学和地震科学研究中的应用网格计算

简要描述了网格的特点和发展;列举了国际上建设地震学应用网格的研究动态;最后对我国地震学中引入网格技术的情况做了简单描述。     

基于云计算的空间数据处理技术

随着云计算时代的到来,基于云计算进行海量数据处理,成为一种解决传统集中式数据管理不适应海量数据不断增长的高效、可信方法。本文介绍了云计算的含义、特点,以及发展现状。分析了运用云计算技术实现空间数据处理的优势,调查并总结了目前基于云计算数据处理技术的研究状况以及所面临的问题。     

基于Dask并行加速的射电干涉成像网格化方法实现

快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)比傅里叶变换有更好的算法性能,是射电干涉成像的基础算法,但因为天线阵列的不规则采样,需使用网格化算法将可见度数据重采样到规则的网格上才能应用。基于卷积的网格化计算具有密集型和迭代型的特点,特别是处理海量可见度数据的情况下,高性能的网格化计算对整个成像过程加速尤为重要。为了缓解数据处理的压力,在现有处理整块数据和支持多核计算的算法基础上,拓展应用Dask并行计算框架,不仅将数据分块并分配到多线程上,提高数值计算效率,而且动态的分布式任务调度策略优化了网格化的实时处理。实验结果表明,多核中央处理器利用率显著提高,即使增加数据量,也能进一步提高网格化算法的性能。分布式任务调度能够将单(多)测量集的网格化弹性缩放到单(多)机系统,充分发挥集群的规模化优势。     

Predicting wave run-up on rubble-mound structures using M5 model tree

Prediction of run-up level is a key task in design of the coastal structures. For the design of the crest level of coastal structures, the wave run-up level with a 2% exceedance probability, R_u2%, is most commonly used. In this study, the performance of M5 model tree for prediction of the wave run-up on rubble-mound structures was investigated. The main advantage of model trees, unlike the other soft computing tools, is their easier use and more importantly their understandable mathematical rules. Experimental data set of Van der Meer and Stam was used for developing model trees. The conventional governing parameters were selected as the input variables and the obtained results were compared with Van der Meer and Stam’s formula, recommended by the Coastal Engineering Manual (CEM, 2006). The predictive accuracy of the model tree approach was found to be superior to that of Van der Meer and Stam’s empirical formula. Furthermore, to judge the generalization capability of the model tree method, the model developed based on laboratory data set was validated with the prototype run-up measurements on the Zeebrugge breakwater, Belgium. Results show that the model tree is more accurate than empirical formulas and TS Fuzzy approach in estimating the full-scale run-up.     

改进混合蛙跳算法的CSAMT信号激电信息提取研究

从CSAMT信号中提取激电信息有利于提高频率域电磁法反演与解释的精度.目前的研究多以线性反演方法为主,存在依赖初始模型、易陷入局部极值的问题.针对CSAMT信号IP提取问题的非线性和非凸特征,本文提出了一种基于柯西分布和惯性权重的二阶段最小构造混合蛙跳反演方法来提取IP信息.该方法首先利用柯西算子取代随机算子来提高算法的全局搜索能力,并通过引入混沌震荡惯性权重来均衡进化过程中的个体经验和群体经验,保证算法后期的稳定收敛;然后通过引入第二阶段反演过程来强化极化率对观测数据的影响,同时将正则化参数引入混合蛙跳算法的适应度函数来改善反演的多解性问题;最后利用CPU并行计算加速了算法的模因组搜索过程.反演结果表明,上述方法能够较好地重构地电结构和提取激电信息,在加噪环境下具有较强的鲁棒性.相比其他非线性算法（标准混合蛙跳算法SFLA,差分进化算法DE和粒子群优化算法PSO）的反演结果,本文算法具有更强的全局搜索能力和更高的计算效率,适合对微弱的激电信息进行提取.

     

大规模数据并行问题的可扩展性分析

大规模数据并行处理的性能受到处理机数量、I/O速度、通信速度等多方面因素的制约。增加处理机数量或提高处理机的计算速度，可以提高计算机的整体处理速度，但是通信和I/O会成为影响并行效率的主要因素。为了综合分析这些因素对计算性能的影响，用一种比较典型的大规模数据并行的计算模型，具体分析了处理机数量、处理机速度与处理机间的通信延迟、通信速率以及输入输出速度之间的关系。得到了大规模并行机的通信和I/O性能与处理机速度与数量之间存在的关系。指出，增加处理机数量、提高单节点处理速度的同时，必须按照一定的关系相应增加节点间的通信性能和I/O性能。单纯以增加处理机数量、提高单处理机速度提高计算机峰值速度的方法会降低系统的计算效率，不能达到计算速度与计算机处理能力同步增长的目的。     

求解3D弹性波方程的并行WNAD方法及其TI介质中的波场模拟

准确模拟TTI介质中弹性波的传播是研究地震各向异性、AVO反演的基础. 在二维加权近似解析离散化(WNAD)算法的基础上, 本文发展的并行WNAD算法是一种研究三维横向各向同性(TI)介质中弹性波传播的、快速高效的数值模拟方法. 我们首先介绍三维WNAD方法的构造过程, 然后与经典的差分格式——交错网格(SG)算法进行了比较. 理论分析和数值算例表明, WNAD算法比交错网格算法更适合在高性能计算机上进行大规模弹性波场模拟. 同时, 本文利用并行的WNAD方法研究了弹性波在TTI介质中的传播规律, 观测了TI介质中弹性波传播的重要特征:横波分离、体波耦合和速度各向异性等. 在TTI介质分界面处, 弹性波产生更加复杂的折射、反射和波型转化, 使得波场非常复杂, 研究和辨别不同类型的波能够加深我们对由裂隙诱导的各向异性介质的认识.     

图层级矢量地图裁剪计算模式与算法策略

矢量地图裁剪是商业GIS软件平台重要的基础功能之一。而各种商业GIS平台的矢量地图裁剪效率存在较大差异,其中,ArcGIS效率较高。本文提出了一种矢量地图裁剪计算模式:首先,筛选与裁剪要素外接矩形框(MBR)相交或者包含于该矩形框内的被裁剪要素;然后,对筛选出的被裁剪要素构造四叉树索引,根据被裁剪要素的类型采用不同的计算模式完成裁剪;最后,采用线程池技术实现并行高效的裁剪计算过程。实验结果表明,本文提出的方法在矢量地图裁剪方面与ArcGIS 10平台的效率相当。