基于集群的影像并行OPTA算法研究

并行计算是提高海量遥感影像细化处理速度的有效途径.基于对OPTA细化算法的分析,深入研究OPTA细化并行算法中数据划分和数据通信优化等关键问题,提出一种适合集群并行处理的通信优化并行算法,实验证明该算法具有良好的加速比,适合集群计算环境下海量遥感影像的细化处理.     

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。     

3D GIS支持下盐腔围岩三维计算模型的生成

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的,并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题,提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构,基于研究区域边界、DEM（digital element model,数字高程模型）和钻井数据,构建了研究区域地层三维模型;基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型,并对其进行了拓扑检查与修正;将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算,获取盐腔围岩三维模型;通过对该模型进行三维空间网格离散,得到盐腔围岩四面体网格单元,即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型,可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格,进而可以为盐腔的建造,尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。     

一种语音识别的可定制云计算方法

以云的方式提供语音识别服务是1种新的趋势。当前市场上的语音云都是面向通用领域的,针对这一现状,提出了1种面向特定领域,可定制的,可满足用户个性化需求的云计算方案。首先介绍了语音识别的MapReduce过程,接着描述了基于Sector/Sphere的语音识别系统组成及语音识别的Sphere处理流程,并给出了语音识别系统的云计算架构,然后探讨了语音识别的可定制实现,最后进行实验评估,证明云计算架构的语音识别系统与传统C/S架构的语音识别系统相比更具优势,且具有一定的可扩展性。     

Efficient GOCE satellite gravity field recovery based on least-squares using QR decomposition

We develop and apply an efficient strategy for Earth gravity field recovery from satellite gravity gradiometry data. Our approach is based upon the Paige-Saunders iterative least-squares method using QR decomposition (LSQR). We modify the original algorithm for space-geodetic applications: firstly, we investigate how convergence can be accelerated by means of both subspace and block-diagonal preconditioning. The efficiency of the latter dominates if the design matrix exhibits block-dominant structure. Secondly, we address Tikhonov-Phillips regularization in general. Thirdly, we demonstrate an effective implementation of the algorithm in a high-performance computing environment. In this context, an important issue is to avoid the twofold computation of the design matrix in each iteration. The computational platform is a 64-processor shared-memory supercomputer. The runtime results prove the successful parallelization of the LSQR solver. The numerical examples are chosen in view of the forthcoming satellite mission GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer). The closed-loop scenario covers 1 month of simulated data with 5 s sampling. We focus exclusively on the analysis of radial components of satellite accelerations and gravity gradients. Our extensions to the basic algorithm enable the method to be competitive with well-established inversion strategies in satellite geodesy, such as conjugate gradient methods or the brute-force approach. In its current development stage, the LSQR method appears ready to deal with real-data applications.     

活性污泥和颗粒污泥生物吸附废水中Pb~(2+)的对比研究

采用序批式实验,分别以活性污泥和颗粒污泥为吸附材料,考察接触时间、pH等因素对废水中Pb2+生物吸附效果的影响.结果表明,活性污泥和颗粒污泥对低浓度Pb2+(0～20 mg/L)能在30 min内达到吸附平衡,当Pb2+浓度在20～100 mg/L时,浓度越低,达到平衡时间越快,以被动吸附为主.在Pb2+低浓度条件下(0～20 mg/L),初始pH为4～5时,Pb2+的去除率达99%以上,且初始pH值是影响活性污泥和颗粒污泥生物吸附Pb2+的重要因素.活性污泥和颗粒污泥对Pb2+的生物吸附符合朗缪尔(Langmuir)方程,在pH为4及25 ℃下,活性污泥饱和吸附量为59.88 mg/g,颗粒污泥饱和吸附量为80.65 mg/g.因此,活性污泥和颗粒污泥可作为有效的生物吸附剂处理低浓度(0～20 mg/L)含铅废水,且颗粒污泥比活性污泥的生物吸附效果好.     

多边形叠加Vatti算法的VCS优化方法与GPU并行化

Vatti算法是常用的矢量多边形裁剪算法之一,在其构建扫描束实现交点计算的过程中,二叉树的数据结构和递归计算方法导致其计算效率受矢量多边形边界顶点数量影响显著。本文针对Vatti算法执行过程中较为耗时的扫描束构建环节,提出了一种多边形边界顶点预排序的优化方法——VCS（Vertex Coordinate Pre-Sorting）方法,并基于该方法实现了对Vatti算法的GPU细粒度并行化。VCS方法使用双向链表对Vatti算法原有的二叉树数据结构进行了替换,以较小的额外存储空间取得了多边形边界顶点信息查找效率的明显提升。在GPU环境下采用双调排序算法对多边形边界顶点数组元素进行并行化排序并过滤出有效值,克服了原始算法使用二叉树存储导致效率低下的问题。实验结果表明,改进后的算法与原始算法相比,具有相同的计算精度;当多边形顶点数量为92万,CUDA每个线程块中的线程数量为32时,使用VCS优化方法,与采用CPU计算构建扫描束方法相比,GPU并行化方法获得了39.6倍的相对加速比,矢量多边形叠加分析算法效率总体上提升了4.9倍。     

北京市泥石流灾害临界雨量研究

降雨是泥石流灾害的主要诱发因素。文章根据北京市历史上泥石流灾害发生时的前期雨量与当日激发雨量,建立了临界雨量判别模型。通过对北京地区泥石流灾害与降雨频率的分析,计算了不同时段的临界雨量;经验证明,计算结果是可信的。基于灾害与降雨频率分析来确定北京地区泥石流发生的临界雨量是一种新的尝试。该方法可用于计算不同泥石流沟道发生泥石流的临界雨量。     

几何代数GIS计算引擎的设计与实现

分析型GIS的发展对GIS开发模式的统一性和算法的通用性提出了新的要求。基于几何代数(GA)的GIS多维统一计算模型(GA-MUC)为进行复杂GIS空间分析提供了解决思路。该文提出了基于GA的多维统一GIS计算引擎(GA-MUCE),探讨了基于GA的属性空间、网络空间与场空间中基本对象与算子的表达,并将其用于GIS算法的构建。该引擎具有自适应性特征,可根据具体的应用需求定义计算空间,进而设计相应的对象表达与算子、算法库,最终构建插件形式的GIS分析求解模板。该研究是对复杂GIS空间分析问题求解模式的探索,有利于促进新一代分析型GIS的发展。     

地理要素的分布式空间近似查询处理方法

针对传统空间查询无法满足地理数据交互式可视化对处理时间要求的问题,以窗口查询为例,提出了一种空间近似查询处理方法。该方法包括预处理和查询两步:在预处理阶段,利用分布化的线简化算法对空间对象进行顾及误差的预处理采样,将采样过程及误差值用树型结构保存;在查询阶段,以豪斯多夫距离定义数据可视化的误差,进行误差可知的顶点即时采样与截取,从而实现针对可视化应用的高效的空间近似查询处理。在Hadoop集群上利用77GB的OpenStreetMap数据集进行了实验,证实了本方法的效力与效率。