空间信息网格服务工作流模型及其应用

现有的空间信息网格应用系统缺乏对计算资源的有效组织及管理方法,无法满足复杂空间业务流程化建模及计算任务协同化处理的需求.从数据与功能相互分离的GIS软件架构角度出发,采用活动网络图的方法提出了一种以服务功能建模为基础的新型空间信息服务工作流模型,该模型通过服务功能的组装拆卸及动态聚合能够实现空间信息服务资源的灵活构建及动态迁移,较好地解决了网格环境下空间计算资源的统一组织与按需分配、计算任务的并行化处理等问题.在此基础上,建立了空间信息网格工作流集群的总体框架并讨论了系统的自动负载均衡及流程资源的动态调度机制.研究成果成功地应用于地质调查信息网格环境下的矿产资源储量测算系统,实现了网格环境下复杂空间应用的工作流处理模式,并有效地提高了业务系统的处理效率.     

基于DBSCAN与网格搜索的雷电定位算法

定位精度是评价雷电定位网络的重要指标之一,定位算法直接影响雷电探测结果的精度。雷电监测系统探测数据误差不可避免,传统定位算法不具备抗误差干扰能力,迭代计算易发散,定位结果精度不高。为了满足实际应用需求,提出一种新的雷电定位算法DG-LLA（DBSCAN and grid-search lighting location algorithm）,在定位计算中引入DBSCAN（density-based spatial clustering of applications with noise）方法与网格搜索方法。通过仿真与国家雷电监测网实际定位结果对比分析定位算法性能。结果表明:到达时间差（time difference of arrival,TDOA）法和Taylor级数展开法定位误差较大,仿真区域的均方根误差分别为982 m和668 m;定位中引入DBSCAN方法后,均方根误差明显减小为406 m,引入DBSCAN方法和网格搜索方法后,均方根误差减小为349 m;在相同回击数据条件下,算法DG-LLA与国家雷电监测网相比定位数量更多,回击数据的利用率从43.4%提升到51.5%,新增定位结果周围雷达回波特征较强,定位精度更高。     

联合地物轮廓线的三维重建算法研究

针对现有三维重建研究中对线特征利用不充分,重建精度低的问题,提出了一种联合地物轮廓线的三维重建算法。利用BDCN模型和相应预处理算法,提取出二维影像上的边缘轮廓线;基于对极几何原理的核线引导和三角测量原理,建立线段的初始匹配假设;通过相似性计算和图聚类算法重建出三维轮廓线模型结果;将结果应用于三维网格模型的优化。使用Building-Imagery-P36和DTU MVS数据集对本文算法进行验证,结果表明：本文方法提取出的轮廓线段精简而完整。相比经典的Line3D++算法,MAE和标准差值平均降低了0.321、0.699,重建时间平均降低了58%,精度和效率都有明显提升。附加三维轮廓线约束后,生成的网格模型视觉效果更佳,细节信息更为丰富。     

双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

针对传统算法效率低的问题,将隐式双时间步法应用于求解二维浅水方程,建立了非结构网格下高效的有限体积模型。在应用双时间步法时,虚拟时间层中的定常问题采用高效的隐式LU-SGS（Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel）方法进行迭代求解。通过模拟计算4个典型算例以及与传统显式算法进行比较,对模型精度、效率及处理实际问题能力进行检验,分析了时间步长、内迭代次数对模型性能的影响。结果表明,双时间步法放宽了稳定性对时间步长的限制,时间步长可取到显式格式10倍以上,计算耗时减少了50%以上,模型具有良好精度与适应性,具有较好的推广应用价值。     

基于粗细网格的有限元并行分析方法

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。探讨了粗细网格与预处理共轭梯度法结合的并行有限元算法。从多重网格刚度矩阵推得有效的预处理子。该算法在工作站机群上实现。用地基处理时土体强夯的数值模拟分析进行了数值测试,对其并行性能进行了详细分析。计算结果表明：该算法具有良好的并行加速比和效率,是一种有效的并行算法。     

提高规则网格最短路径方法反射波走时计算精度的走时校正技术

最短路径射线追踪方法是计算地震波走时的主要方法之一,该方法基于惠更斯原理和费玛原理,具有稳健、适于复杂介质模型的优点.为处理方便,最短路径方法中的介质模型通常以规则网格进行剖分,界面节点(界面与网格的交点)以其邻近的模型单元节点(即边界单元节点)近似表示.界面近似将导致计算误差,对于反射波尤为严重.反射波的走时精度可通过减小网格的尺寸提高,但这样会大大增加计算时间,为高精度和高效率地计算地震反射波走时,我们提出了一种基于规则网格的走时校正技术.地震波传播至或起始于边界单元节点的走时校正为地震波传播至或起始于该边界单元节点所对应的界面节点的走时.数值模型计算结果表明,走时校正方法可使反射波的走时精度提高约1～2个数量级,而其计算时间则和常规算法基本上在相同量级.     

三角网格有限差分法叠前逆时偏移方法研究

随着CPU/GPU机群性能的提高及广泛应用,近几年来逆时偏移得到迅速发展完善并已在国内外投入大规模生产.由于逆时偏移采用双程波波动方程,在逆掩断层、推覆体等复杂地质构造成像方面明显优于单程波偏移方法.本文尝试将三角网格算法引入逆时偏移中,使其可直接处理起伏地表采集的数据,而无需预先做静校正.基于三角网格的有限差分算法保持了差分算法的简单性和有限元算法的精确性.与“波场下延累加”法单程波偏移不同的是,基于矩形网格的逆时偏移算法在直接处理复杂地表数据时,极易出现不稳定的情况,难以实用.而基于三角网格的逆时偏移算法能够保证波场外推过程的稳定性,并很好地使近地表漫散射收敛.本文通过对模型数据和实际资料的测试验证了该方法的有效性.     

地震活动性预测并划分未来地震发生的潜在区域方法研究

采用网格地震方法,选取面积百分比(33%),确定圈闭区域的半径,统计后期地震发生在圈闭区域内的概率。在我国4个不同构造环境和地震活动水平的地区,分别统计了后期地震发生在圈闭区域内的概率。结果表明,4个地区后期地震发生在圈闭区域的概率远远大于面积百分比。说明未来地震是高度地聚集在过去地震发生的区域内,采用地震活动性预测并划分未来地震发生的潜在区域的方法是可行的。     

强震人员损失回归预测方法

在回顾近年对地震人员损失预测的研究工作的基础上,根据USGS的PAGER系统中地震人员损失回归模型,利用发生在1970-2008年间的128条地震现场调查灾害记录建立了我国东、西部区域适用的地震人员损失预测模型;并利用发生在1980-2007年间的234条地震损失记录建立了地震人员重伤数与人员死亡数的回归关系;最后利用模型对2008年四川汶川地震的人员损失进行评估计算,得到了与实际震害损失相接近的评估结果。     

小尺度网格层析速度建模方法在低幅构造区时深转换中的应用

渤海M油田区浅层多发育低幅构造,低幅构造区的地震数据对常规层析成像不够敏感,导致常规速度反演方法很难保证低幅构造速度建模的准确性,从而给时深转换工作带来较大误差.本文提出一种小尺度网格层析速度建模方法,该方法基于低幅构造的薄层信息,在有薄层信息的地层加密网格分布,从而实现根据地质条件划分网格的策略,进而通过解析矩阵方程实现速度模型的迭代更新.通过实际数据应用证明,对于渤海M油田利用本文提出的高精度网格层析速度建模方法是有效可行的,该方法能够有效提高低幅构造区速度建模的精度,利用该方法得到的速度模型能够大幅提高时深转换的精度,从而指导构造解释及成图工作.