计算模式驱动下GIS体系结构的发展分析

计算模式是信息时代特有的解决问题的方法范式,它综合反映了信息科学的理论、软件与硬件等因素在解决实际问题中相互作用的形式,是与相应阶段主流信息技术相对应的信息系统体系结构的规律模式或构筑范式。该文分析了计算模式驱动下GIS的体系结构从单机模式、局域网模式、广域网模式(WebGIS)到网格模式(GridGIS)的发展过程,指出单机、局域网和广域网模式本质上都具有集中封闭的性质,不同程度地存在着理论、技术、物理、功能和逻辑思维等五大边缘,是典型的空间信息孤岛。网格计算模式是一种彻底的分布式计算模式,GIS的网格模式直接打破了传统模式的技术、物理、功能和逻辑思维限制,并面向理论边缘的解决,具有开放、均质、扁平的结构性质,升格为空间信息网格基础设施。     

一种基于地球剖分网格的区域面积计算方法

区域面积计算是区域分析的基础。随着空间信息剖分组织理论的发展,地球剖分网格受到广泛关注,并且显示了在空间大数据组织能力上的潜力。球面空间与欧式空间不同胚导致地球剖分网格规格不一的特征,在进行区域面积计算时需要先将网格转换回对应的经纬度范围,再进行积分运算,流程复杂,计算效率不高。由此本文根据GeoSOT全球参考网格的剖分方案,基于矩阵变换的分块、邻接操作以及向量的乘法运算,设计了一种可以摆脱经纬度和积分运算的面积计算方法,并针对此方法设计实验验证了其可行性和高效性,为网格体系下区域面积计算提供一种新思路。     

非结构化网格下近岸波生流数值模拟

波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。     

螺旋列板——深水立管涡激振动抑制装置

立管是海洋油气开采中必不可少的组成部分,它承担着流体输送和钻探的重要功能。深水立管在来流作用下容易产生涡激振动,涡激振动是造成立管疲劳破坏的主要原因之一,它会加速立管的疲劳破坏,因此需要采取适当的措施抑制深水立管涡激振动。海洋工程中涡激振动的削弱方法多是在立管外侧添加抑制装置,螺旋列板作为一种广泛应用的深水立管涡激振动抑制装置,在墨西哥湾、北海、西非等深水项目中有多年的应用。文中介绍了螺旋列板的设计、加工制作及安装方法,着重阐述了列板形状尺寸、海洋生物、包覆比例等对其抑制效率的影响,最后对螺旋列板的未来发展方向进行了展望。     

数字海图与海上作战仿真训练

地形及地表景物是虚拟环境的主要组成部分。在虚拟战场环境中,地形模型的基础是真实的原始地形数据,原始地形数据包括地形高程数据和地形文化数据,地形文化数据是表征地表地理文化特征的数据。讨论了二维建模的整个过程,提出了基于区域划分的分层分级的地形二维模型和利用数字海图高程点数据的三维建模方法,可以应用于虚拟海战场环境的系统开发。     

海量多波束数据抽稀方法的比对分析

针对构建海底DEM高效率、高精确度的要求,对比分析了海量多波束水深数据的抽稀方法。利用格网分块结构高效组织海量多波束水深数据,分别采用三种数学模型内插网格节点水深值,实现了不同网格尺度下的数据抽稀。实验证明:所提分块索引策略能提高多波束数据抽稀效率;距离加权内插模型能有效提高海底DEM模型的准确度。     

一种互补的矢量地图数据数字水印算法

针对当前矢量地图数据数字算法应对各类水印攻击的不同优劣特性,提出了一种变换域算法和空间域算法互补结合的水印算法,通过两者结合,优劣互补。实验表明,该算法对绝大多数攻击具有较好的鲁棒性,是一种比较好的水印嵌入方法。     

基于CUDA的高阶旋转交错网格有限差分法的弹性波正演模拟

应用高阶旋转交错网格的有限差分法,求解了基于一阶的速度-应力弹性波方程,推导了时间二阶精度空间2M阶精度的高阶有限差分离散格式.为了提高弹性波正演模拟效率,论文探讨了常规的CPU串行计算、基于GPU平台的节点并行计算、基于GPU平台的分量、节点同时并行的3种正演模拟计算模式,给出了不同算法的流程示意图.通过对比3种算法的耗时及后两种算法的加速比,可清晰判定,基于GPU平台的节点并行算法较CPU平台的串行算法有明显加速,最大加速比可达到60倍,而基于分量、节点同时并行算法的最大加速比最大可到180左右,加速效果更为明显.最后应用Marmousi模型的15000次时间步迭代的正演计算,基于分量、节点GPU并行算法大约是节点并行计算耗时的1/3,说明了该并行设计能有效提高弹性波正演模拟的效率,节约计算耗时.     

碎软煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯高效抽采模式

瓦斯区域超前治理是实现煤矿安全、高效及智能化开采的重要保障,针对碎软煤层区域瓦斯高效抽采难题,以陕西韩城矿区3号煤层为研究对象,提出井下煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯抽采模式。采用理论分析、数值模拟和现场试验等多手段相结合的方法,验证模式适用性,阐明紧邻煤层顶板梳状钻孔压裂裂缝延展规律、抽采机理和压裂曲线特征,进而建立适用于500 m孔深的集地质条件动态分析、分段水力压裂、封隔器遇阻解卡和压裂范围连续探查于一体的顶板梳状长钻孔裸眼分段水力压裂关键技术体系,实现煤层顶板梳状钻孔主孔轨迹距离煤层5 m左右、多段均匀压裂、压裂范围全孔监测和孔内事故高效处理。以此为基础,在韩城桑树坪二号井开展2孔次的工程实践：压裂主孔深度588 m、距3号煤层2 m左右,单孔压裂6段,压裂范围探查深度381 m、压裂影响半径20 m以上;压裂后,钻孔抽采瓦斯平均体积分数40%以上、瓦斯抽采量1 m3/min以上,抽采效果是常规钻孔的4倍,120 d瓦斯抽采有效半径可达9 m,实现了碎软煤层瓦斯区域高效抽采。并提出了适用于碎软煤层大区域瓦斯抽采以及高瓦斯压力碎软强突煤层远程区域抽采卸压等规模化应用技术思路。     

Provenance of Precambrian Fe- and Al-rich Metapelites in the Yenisey Ridge and Kuznetsk Alatau, Siberia： Geochemical Signatures

Major, trace and rare earth element contents of Fe- and Al-rich metapelites from the Korda （Yenisey Ridge） and Amar （Kuznetsk Alatau） formations were determined to examine the nature, origin and evolution of their protoliths. Results indicate that these rocks are the redeposited and metamorphosed products of Precambrian kaolinitic weathering crusts, while the geochemical distinctions between the studied metapelites are determined by different weathering conditions in the source area and tectonic settings. The protolith of the Korda Formation metapelites was produced by erosion products of the post-Archean granitoid rocks, which accumulated under humid climate conditions in shallow-water basins along the continental margin. The geochemical characteristics of the deeper primary deposits of the Amar Formation suggest that volcanogenic material of mafic composition derived from an island-arc environment had a major role in supplying the erosion zone. These results agree with lithofacies data and with the geodynamic reconstruction of the evolution of the Yenisey Ridge and Kuznetsk Alatau during the Mesoproterozoic and Neoproterozoic, respectively. It was shown that REEs had limited mobility during contact metamorphism. The coherent mobility of REEs during collisional metamorphism may be attributed both to mineral reactions responsible for modal changes and to local chemical heterogeneity inherited from the initial protolith.