基于MPI的高效半全局约束密集匹配方法

灾害现场的地形地物高效三维重建是快速获取灾情信息的关键技术之一,也是正射影像纠正的先决条件。无人机等低空轻型遥感系统能快速获取高分辨率和高重叠度影像,因此在灾害应急响应中被广泛关注。利用大范围低空影像进行灾害现场快速三维重建依赖于高效的密集匹配方法。文中提出一种基于MPI(Message Passing Interface)的高效半全局约束密集匹配方法,既克服传统的影像匹配方法难以充分利用影像重叠度高的困难,也能在短时间内快速处理大量影像获取灾害现场的三维信息,适应面向灾害应急响应的效率要求。     

一种基于GPU的DEM并行插值算法

采用Open CL框架下的CPU/GPU平台,借助GPU在并行浮点运算方面的巨大优势,提出了DEM并行插值算法;同时以反距离加权插值算法为例,分析了传统插值算法和并行插值算法之间的优缺点与适应性。最后,通过对比实验对两类算法进行了比较。实验表明,当插值点数较少时,GPU并行插值算法效率低于传统算法;然而,当插值点数很高时,并行插值算法的计算效率较传统插值算法有了显著提高,加速的效果甚至高达137倍。实验证明GPU并行插值算法具有很强的可行性。     

基于GPGPU的并行影像匹配算法

提出一种基于GPGPU的CUDA架构快速影像匹配并行算法,它能够在SIMT模式下完成高性能并行计算。并行算法根据GPU的并行结构和硬件特点,采用执行配置技术、高速存储技术和全局存储技术三种加速技术,优化数据存储结构,提高数据访问效率。实验结果表明,并行算法充分利用GPU的并行处理能力,在处理1280×1024分辨率的8位灰度图像时可达到最高多处理器warp占有率,速度是基于CPU实现的7倍。CUDA在高运算强度数据处理中呈现出的实时处理能力和计算能力,为进一步加速影像匹配性能和GPU通用计算提供了新的方法和思路。     

1679年三河-平谷8级地震近断层强地震动的有限元模拟

文中通过收集整理三河-平谷8级地震的历史记录、野外地质调查和区域地震等资料,建立了该地震的震源模型;以穿过研究区的12条测线和区域第四纪、新近纪、古近纪沉积等厚度图等资料为基础,建立了北京地区的传播介质模型;利用哈尔滨工程力学研究所的近断层强地震动有限元程序和40节点的高性能并行计算机计算了北京地区震后60s内地表各点的地震动速度时程和峰值速度。为检验模拟结果的质量,我们取2排测点的速度时程和水平向峰值速度等值线图进行了分析,发现计算结果与历史地震记录及实际地震观测资料吻合良好,说明了我们的模拟结果的可信性和模拟方法的客观性     

水声传播建模研究现状综述

声波是目前唯一能够在海水介质中进行远距离传播的有效载体,因此水下声传播建模理论成为水下作战环境研究的重点和难点之一,对现代声纳的设计和使用以及水面、水下作战部署具有重要意义。从水声传播建模理论的七个主要方面综述了声传播建模理论的发展研究现状,总结了国内外近几十年来并行计算在水声传播建模理论方面的应用现状,指出建立快速准确并与实际海洋环境条件相吻合的三维声场模型,并研究基于硬件平台的并行算法是未来水声传播建模理论的发展方向。     

基于GPU混合反演的隧道电阻率超前探测成像研究

隧道施工期超前探测对于避免突涌水灾害的发生具有重要作用,为满足隧道三维电阻率超前探测快速化解译与成像的要求,本文提出了一种基于GPU并行的蚁群算法与最小二乘方法相结合的混合反演算法.该方法结合线性反演与非线性反演的优点,利用蚁群算法全局搜索能力强的优点为最小二乘反演提供较优的初始模型,以克服最小二乘算法容易陷入局部最优的缺点,提高了隧道三维电阻率反演成像的精度.同时,基于蚁群算法的天然并行性,提出了CUDA环境下的GPU并行策略,实现了三维电阻率反演的快速化成像.其次,开展了基于GPU混合反演的数值算例,与传统最小二乘线性反演进行了对比,基于GPU并行计算的混合反演计算效率得到了显著提高,对含水构造的位置、形态有较好的反映,压制了三维反演的多解性.最后开展了物理模型试验,结果表明基于GPU混合反演探测的低阻异常体与实际含水构造的位置较为相符,发现基于GPU加速的混合反演方法在提高探测精度与加快反演速度方面具有显著优势,为三维电阻率混合反演方法在隧道超前探测实际工程中的应用奠定了基础.     

面向目标自适应海洋可控源电磁三维矢量有限元正演

本文实现了一种面向目标自适应海洋可控源电磁三维矢量有限元方法.为满足三维复杂电性结构模拟的需求,网格剖分采用非结构化六面体.在组装刚度矩阵之后,形成的大型复数线性方程组分解为等价的实数形式,利用带预条件的广义最小残差法进行求解.在获得微分方程的解之后,为提高解的准确性,通过面向目标的自适应误差估计来指示网格细化,重点加密能使观测点数值模拟精度提高的网格.对于大规模三维数据,为了使模型空间的并行计算达到均衡负载的效果,我们使用METIS函数库来进行网格计算任务量的划分.最后,通过对比一维解析解与三维自适应矢量有限元计算结果,验证了程序的正确性;通过自适应过程中误差指示子的分布,验证了面向目标自适应的有效性;通过对三维复杂模型进行均衡负载下的并行计算,测试了程序的可扩展性.     

面向大数据的时空信息云平台建设研究

在大数据时代来临的背景下,传统数据处理和分析方法已无法满足时空大数据高效存取、实时处理、分析挖掘等需求。本文结合智慧广东时空信息云平台的项目建设案例,探讨了面向大数据的时空信息云平台的建设目标、总体架构、关键技术、应用情况等内容,为解决海量时空大数据处理与分析性能问题,推动地理信息服务高质量发展做了积极探索。     

基于OpenCL的射电干涉阵成像网格化算法实现

天文软件开发与应用中迫切需要在单机环境下进行高性能的科学数据处理,由于机器配置不同,采用传统的CUDA+GPU技术存在明显的局限,不利于天文软件的快速移植和无缝运行。针对明安图射电频谱日像仪数据处理中的网格化(Gridding)算法,采用并行计算OpenCL技术进行多线程编程实现。实验结果表明,基于OpenCL实现的网格化算法不仅能够在图形处理器上运行,而且能够在纯中央处理器上运行。当选择在图形处理器上执行时,算法的执行效率与基于CUDA实现的网格化算法执行效率大致相当,但算法不局限于NVIDIA GPU,解决了算法对CUDA+GPU的依赖;同时算法也能在纯中央处理器上较快速地执行,适用于单机模式下进行天文软件的开发和测试,也便于天文软件的应用与推广。     

基于数据级任务分解的大范围地质灾害预警并行计算架构设计与应用

为实现大范围地质灾害预警实时分析计算,搭建了地质灾害预警并行计算架构。结合地质灾害隐患点的现状和监测设备的实际情况,以地质灾害隐患点为分析计算单元,采用数据级并行计算方式对地质灾害计算任务进行分解,实现了任务生成、分解、派发、计算等功能;采用MPI和Socket套接字相结合的方式,达到了并行计算与高效通信的目的;将该并行计算架构应用于某省2016年8月2~4日台风造成的大范围强降雨状况下的地质灾害预警计算实验验证。结果表明:在大范围地质灾害预警中,该并行计算架构随着执行进程数增加而获得一定的加速比,当执行进程达到16个时加速比可达5.652,明显缩短了传统串行计算所需要的时间,实现了地质灾害的实时预警。