A GPU-accelerated adaptive kernel density estimation approach for efficient point pattern analysis on spatial big data

Kernel density estimation (KDE) is a classic approach for spatial point pattern analysis. In many applications, KDE with spatially adaptive bandwidths (adaptive KDE) is preferred over KDE with an invariant bandwidth (fixed KDE). However, bandwidths determination for adaptive KDE is extremely computationally intensive, particularly for point pattern analysis tasks of large problem sizes. This computational challenge impedes the application of adaptive KDE to analyze large point data sets, which are common in this big data era. This article presents a graphics processing units (GPUs)-accelerated adaptive KDE algorithm for efficient spatial point pattern analysis on spatial big data. First, optimizations were designed to reduce the algorithmic complexity of the bandwidth determination algorithm for adaptive KDE. The massively parallel computing resources on GPU were then exploited to further speed up the optimized algorithm. Experimental results demonstrated that the proposed optimizations effectively improved the performance by a factor of tens. Compared to the sequential algorithm and an Open Multiprocessing (OpenMP)-based algorithm leveraging multiple central processing unit cores for adaptive KDE, the GPU-enabled algorithm accelerated point pattern analysis tasks by a factor of hundreds and tens, respectively. Additionally, the GPU-accelerated adaptive KDE algorithm scales reasonably well while increasing the size of data sets. Given the significant acceleration brought by the GPU-enabled adaptive KDE algorithm, point pattern analysis with the adaptive KDE approach on large point data sets can be performed efficiently. Point pattern analysis on spatial big data, computationally prohibitive with the sequential algorithm, can be conducted routinely with the GPU-accelerated algorithm. The GPU-accelerated adaptive KDE approach contributes to the geospatial computational toolbox that facilitates geographic knowledge discovery from spatial big data.     

海洋平台结构动力响应优化设计与灵敏度分析

研究了海洋平台结构动力响应优化设计以结构动力响应的灵敏度计算方法。给出了结构稳态频率响应和瞬态时程响应的灵敏度分析算法，并通过数值试验讨论了瞬态响应灵敏度分析算法的精度和差分法中变量摄动量的影响。在JIFEX软件中实现了结构动力响应灵敏度计算，建立海洋平台结构优化模型和求解方法。数值算例表明了本文方法和程序的有效性。     

绿色发展背景下长江经济带产业结构优化升级的地区差异及空间收敛性

基于产业结构高度化和产业结构合理化两个指标,借助重心模型、Dagum基尼系数、空间收敛方法,分析2000—2017年长江经济带产业结构优化升级的地区差异和空间收敛性。研究发现：①长江经济带产业结构优化升级呈现显著的空间非均衡性,东西方向的非均衡性大于南北方向;长江经济带产业结构优化升级水平呈现东-中-西梯度式递减格局,东、中、西部地区均呈现“中心-外围”空间分布特征;②长江经济带产业结构高度化的总体差异不断减小,产业结构合理化的总体差异呈波动扩大趋势,产业结构优化升级的地区间差异是总体差异的第一来源;③长江经济带产业结构高度化存在σ收敛、β收敛和俱乐部收敛,产业结构合理化存在β收敛和俱乐部收敛;④收敛影响因素存在差异性,人力资本和市场规模对促进长江经济带整体、东部和西部地区产业结构优化升级的收敛具有促进作用,政府干预对产业结构优化升级的收敛具有抑制作用。     

黄河三角洲高效生态经济区土地利用结构优化与调整初探

黄河三角洲具有独特的地理区位,黄河三角洲高效生态经济区规划上升为国家战略后,黄河三角洲高效生态经济区（以下简称黄三角）的开发与建设引起社会广泛的关注,土地利用结构调整与优化也成为新常态下具有重要意义的课题。该文探讨了黄三角地区土地资源利用结构的特点,分析了土地利用中存在的结构性问题,探索了土地利用结构调整、优化、升级趋势和方向,提出了土地利用结构调整中应该注意的问题,为发挥区域土地资源优势,促进黄三角经济社会又好又快发展提供一定的借鉴。     

长三角主要空港经济区产业结构演变与优化

空港地区产业演变研究是产业结构优化的重要依据,对长三角六大主要空港经济区产业发育现状以及1999—2013年各区产业结构的历史演变分析表明:总体上,制造业比重持续最高,但已逐步下降,运输业对制造业挤占效应明显。服务业比重稳定在20%左右,商务服务业普遍较弱。行业上,一是零售业、设备制造业快速增长,制造业临空指向有所增强;二是物流业明显受制于机场规模;三是各区大部分行业相同,亦存在区域特色。在归纳世界知名空港经济区模式的基础上,将实证空港经济区与之进行相似度分析,选择各区适宜的发展模式。     

基于旅游业集群的河南省旅游业结构升级优化

旅游业集群作为区域经济发展中的重要现象,从技术创新、旅游业经营和旅游业发展环境等方面有力地推动了旅游业结构的升级优化。运用偏离-份额和灰色关联度模型对河南省旅游业结构现状进行定量分析。结果表明:相对于全国水平而言,河南省旅游业结构存在着各部门发展不协调、内部关联度不高、整体结构效益欠佳等问题。河南旅游业已呈现出集群发展趋势,从旅游业集群视角提出了河南省旅游业结构升级优化的相关对策。     

云南镇康地区铅锌多金属矿成矿规律

镇康地区位于西南"三江"成矿带南段,是云南省重要的铅锌铁铜多金属矿矿集区之一。区内以铅锌矿为主,次为铁、锡,伴生铜、银;已发现超大型铅锌矿1个,中型铅锌矿3个,小型锡矿1个。文章认为区内的寒武系沙河厂组、核桃坪组及保山组碳酸盐岩地层和奥陶系是本区重要的赋矿层位,铅锌多金属矿床受构造控制明显,多分布在区域褶皱核部断裂带上,往往与夕卡岩型铁矿及夕卡岩体相伴,且产于花岗岩体与围岩接触带上。因此,区内的磁异常及区域低重力场中的次级重力高异常是寻找铅锌多金属矿的主要标志,而铅、锌、铜、银等元素的化探异常及重砂异常范围可指示铅锌矿的存在区域。     

拓扑优化在隧道工程中的运用

拓扑优化作为结构优化的高层次优化方法,目前正成为工程界研究的热点,而对于隧道工程的拓扑优化还未见研究成果。建立了隧道洞室的拓扑优化模型,利用高层次拓扑优化理论对隧道洞室进行了拓扑优化分析,提出了预强支护理论,即开挖围岩影响区内进行强支护结合复合衬砌支护的三层支护体系,通过拓扑优化分析确定了预强支护的具体位置。     

预应力锚索支护参数优化研究在金川二矿区的应用

针对金金川二矿区深部高应力采场巷道支护面临的困难,采用以预应力锚索为主要支护手段的综合控制技术,并在1 178 m分段巷道进行了现场试验研究.首先,基于工程经验,确定了长锚索支护的初步设计参数;然后,采用了数值分析方法,进行了正交数值试验和支护参数的优化设计,由此表明,对于Ⅲ类偏上的围岩(RMR=40)和受中等采动影响(β=1.20),预应力锚索长度应为6.5 m;对于受剧烈采动影响的1 178 m分段巷道,采用6.5 m长锚索支护,其稳定安全系数达到1.28,故5.5～6.5 m长的锚索可满足分段道的稳定要求.     

川西致密气藏压裂液氮助排剂优化研究及应用

由于川西气藏具有低渗、致密.压力低的特点,在压裂施工中,通常导致压后返排困难,返排率较低,残留的压裂液不仅对裂缝导流能力造成一定的伤害,同时也会影响压后产量.采用液氮助排剂可以大幅度缩短排液时间,提高压后返排率,液氮量越大虽然返排能力越强,但这种增大不是线性的,液氮用量过大超过线性助排阶段时,过度提高液氮用量,大大增加施工成本.因此,对液氮用量和混气方法进行优化研究.通过对川西致密气藏启动压力的规律研究,结合液氮的最小返排干度,提出最小液氮用量的评价公式,为液氮最小用量的评价提供理论基础;按照进入地层中液体先后和滞留时间长短,提出混注氮气量按照泵注压裂液的次序线性递减或台阶性递减,到井壁缝口处降至零左右的施工过程优化措施.此优化方法和措施,在川西气藏9口井中的现场试验表明24 h内返排率均达到72%以上,反排效果显著、压裂后气井增产效果显著.