- 吴立新;杨宜舟;秦承志;张树清;张立强;方金云;孙文彬;刘善军;
随着减灾应急、流域模拟、智能交通、宏观规划、区域发展等大型地学问题的不断涌现,地理信息系统(GIS)处理的数据量和计算规模不断扩大,而主流GIS仍以串行计算为基础框架,不能充分利用和发挥当前新型硬件构架(单机多核、多机多核、集群等)计算机资源的能力,难以满足实际应用的规模与高效需求。该文在分析了基础地理算法研究现状的基础上,按计算数据的关联性将基础地理算法的计算特征分为本地计算、邻域计算、区域计算和全局计算,按计算过程的资源消耗分为数据密集型、计算密集型和I/O密集型,提出了相应的并行计算策略,包括串行算法的并行改造、并行算法的性能提升和并行算法的创新设计等。进而研发了面向新型硬件构架的新一代GIS的基础地理并行计算算法库和中间件,并已集成到国产高性能GIS平台——HiGIS中,将会促进我国GIS研究、技术、系统和应用的跨越式发展。
2013年04期 v.29 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 453K] [下载次数:854 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:45 ] |[阅读次数:124 ] - 张立强;徐翔;谭继强;
随着测绘、遥感及相关技术的发展,矢量地图的数据规模和细节层次迅速增加,它们含有大量复杂地理空间要素,且要素间存在复杂的拓扑几何关系,使得大规模矢量地图的快速可视化对于高性能并行计算的需求十分迫切。为了实现大数据量矢量地图实时可视化,提出了基于多核CPU和GPU的矢量地图快速可视化的方法。在GPU进行并行计算的同时,利用多核CPU创建多线程进行数据读写,隐藏数据I/O时间,提高显示的实时性。实验表明,与串行方法相比,该文的并行方法在大数据量矢量地图简化和可视化效率上有了极大提高。
2013年04期 v.29 9-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 540K] [下载次数:457 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:15 ] |[阅读次数:116 ] - 方金云;张聪;邱强;袁满;
选址-配送问题(LRP)涉及配送中心选址与配送路径选择,是现代物流系统的核心问题,也是复杂度高的NP-hard问题。该文针对路网数据的稳定性,使用GIS网络分析算法对路网数据进行预处理,并完成静态的配送中心选址,对于动态变化的配送任务,使用并行遗传算法(pGA)解决LRP问题。实验证明该算法处理中等规模的配送任务可以将时间控制在数秒,大大提升了物流配送系统的实用性和时效性。
2013年04期 v.29 13-16+34+2页 [查看摘要][在线阅读][下载 750K] [下载次数:229 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:8 ] |[阅读次数:106 ] - 孙文彬;谭正龙;王江;周长江;何俊芳;
常见的最短路径算法多是研究单源多汇或多源多汇问题,针对单源单汇最短路径并行算法的研究较少。为此,该文探讨基于并行Boost库、网络分割、对向搜索的最短路径并行算法;并应用DIMAS提供的路网数据进行了相关实验。结果表明:对向搜索的并行算法效率较高,算法耗时为串行Dijkstra算法的1/4~1/2。
2013年04期 v.29 17-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 190K] [下载次数:833 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:17 ] |[阅读次数:121 ] - 任应超;寇一丹;徐翔;张立强;何子琳;
为解决当前矢量数据传输过程中单条数据传输链路网络带宽利用率不高的问题,该文引入多链路矢量数据并行传输技术,提升数据传输效率。以该技术为核心,采用集群数据存储的方式,构建矢量数据分布式并行查询与传输系统。多链路与单链路数据传输效率对比结果表明,多链路数据传输技术能充分利用单条链路未使用的剩余网络带宽,有效提高了数据传输的效率,该研究有助于提高大尺度矢量数据传输可视化的效率。
2013年04期 v.29 21-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 143K] [下载次数:234 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:4 ] |[阅读次数:140 ] - 杨宜舟;吴立新;郭甲腾;李志锋;刘善军;
分析了拓扑关系并行算法的特点,为实现拓扑关系并行计算进程间的任务均衡与负载均衡,提出了一种矢量目标集的数据均衡划分方法,基于该划分方法设计了拓扑关系并行算法并测试了算法性能。测试表明:利用该方法可实现进程间计算负载的高度均衡与数据负载的基本均衡,加速比随进程数基本呈线性增长,算法并行效率基本不随进程数增加而衰减,基本稳定在80%。该方法为面向单机多核、众核和高性能集群环境下的海量数据拓扑关系分析软件的开发与服务提供一种高效的矢量数据划分方法。
2013年04期 v.29 25-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 486K] [下载次数:370 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:20 ] |[阅读次数:153 ] - 江锦成;吴立新;孙文彬;杨宜舟;
K阶邻近在空间层次聚类、空间邻近分析、DEM内插等方面有着广泛应用,然而传统的串行算法无法满足大规模数据集快速搜索K阶邻近的需求。该文在分析V图-K阶邻近串行搜索算法特点的基础上,提出了一种基于MPI的并行搜索算法——PVKN(Parallel Voronoi K-order Neighbors)算法,分别对V图构建和K阶邻近搜索进行并行化,并通过实验对算法进行测试。结果表明:当求解单源点目标的K阶邻近时,构建V图的时间远远大于搜索K阶邻近的用时,仅对构建V图过程进行并行化,即可获得良好的加速效果;当对多源点目标进行求解时,搜索K阶邻近的时间随着K阶数和源目标数的增加而增长,成为影响PVKN算法效率的主要因素,对K阶邻近搜索过程进行并行化,PVKN算法加速比可达5倍以上,能有效降低运行时间。
2013年04期 v.29 30-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 540K] [下载次数:194 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:3 ] |[阅读次数:125 ] - 邱强;曹磊;方金云;
矢量数据叠加分析是空间分析的一种基础算法,该文基于MPI在Linux集群环境下,采用基于平均条带划分法进行点包含性测试。通过R-tree对数据进行划分,保证了数据的空间邻近性;通过动态调度或静态调度,保证了各个子节点之间的负载均衡。实验结果表明,动态调度策略总体优于静态调度策略,但也存在诸如数据划分粒度以及I/O瓶颈的问题。
2013年04期 v.29 35-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 578K] [下载次数:119 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:5 ] |[阅读次数:76 ] - 闫志远;孙文彬;周长江;熊婷;王江;
在p-中心定位问题中,经典启发式算法或元启发算法均无法兼顾解的质量与计算效率。为此,提出一种并行分散搜索算法,对分散搜索框架中的解优化和解组合过程进行了并行化处理,从而提高解的质量和计算效率,并应用模拟路网数据进行了相关实验。实验表明:与串行算法相比,并行分散搜索算法效率得到了大幅提升,并可以获得比Densham-Rushton算法更高质量的解。
2013年04期 v.29 39-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 371K] [下载次数:187 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:9 ] |[阅读次数:114 ] - 张树清;张策;杨典华;张俊岩;潘欣;姜春雷;
矢量叠加分析(Overlay)是对用户感兴趣区域不同数据层及其所含属性进行空间叠置分析,它可定量分析不同类型空间对象间相互影响与作用的空间范围与特征,然而传统基于单机、单线程的Overlay计算模式,难以满足海量及动态空间数据的快速实时分析与应急决策需求。该文针对简单要素模型下多边形对象特征:单环、多环及其大量节点数据构成多链的环,进行了分类描述,并确立了多重数据包围盒(Box)的多边形对象数据筛选与并行计算策略。同时将Overlay在已有最基本操作类型"点包含"、"线穿越(线相交)"基础上,增加了"共线"类型,从而可快速计算多边形叠加操作的共线相对位置、节点数量,并准确判断共线是否为"交集区域边界"。作为研究阶段性成果,该方法的有效性已在串行计算实验环境下得以证明。
2013年04期 v.29 43-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 315K] [下载次数:183 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:9 ] |[阅读次数:75 ] - 王阳;李连发;
分类是空间数据分析中一个非常重要的问题,采用贝叶斯网络进行分类,能够充分利用现有知识,实现对目标更精确的分类。随着实际可应用在贝叶斯网络学习中的数据样本量越来越大,贝叶斯分类器在结果更加准确的同时,其结构学习、参数学习、分类推断等每一个步骤的处理时间也会变得漫长,亟须将并行计算引入到贝叶斯网络的学习与分类预测中。该研究研发了一种海量空间数据的并行贝叶斯分类器,通过对矢量数据序列化、按空间拓扑关系分块、扩展基于MPI的并行原语等一系列设计,解决了其并行计算中不同节点矢量数据传输、负载均衡、异步IO等方面的问题。实验结果表明,并行贝叶斯分类器在保证结果一致的前提下大幅缩短了贝叶斯分类器学习与分类预测所需要的时间。
2013年04期 v.29 47-51+85页 [查看摘要][在线阅读][下载 706K] [下载次数:174 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:6 ] |[阅读次数:81 ] - 潘欣;杨典华;张树清;张策;姜春雷;崔树林;
傅里叶变换是地理栅格数据处理的重要算法之一。但当面对超大型栅格数据时,传统的单个进程方法无法快速地处理出结果;而且由于多数方法需一次加载所有数据,所以很多程序难以处理超过系统内存大小的数据。该文提出一种面向超大型栅格数据的并行快速傅里叶变换算法,通过"列暂存文件"作为交换空间,实现整个数据的分步骤处理,在有限的内存空间下,可以并行地分步骤、分块地处理整个数据。实验表明,该算法可以显著提高傅里叶变换运行速度,并一直占用较低的内存空间。
2013年04期 v.29 52-55+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 355K] [下载次数:192 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:4 ] |[阅读次数:78 ] - 宋效东;窦万峰;汤国安;张刚;江岭;
为提高并行地形分析的性能,需要对分布式并行任务进行合理的划分与调度。鉴于基于有向无环图任务划分方法存在的不足,提出了基于任务粒度模型的优化调度方法。以并行累积可视性分析算法作为用例,采用分组的调度策略实现具有不同依赖关系子任务的合并。为体现任务粒度的性能优势,使用Bresenham算法计算不同种类的可视域。在小规模集群环境的实验结果表明,基于该任务调度方法的并行算法具有较高的计算效率。
2013年04期 v.29 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 590K] [下载次数:197 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:2 ] |[阅读次数:269 ] - 江岭;刘学军;阳建逸;刘凯;宋效东;
作为数字地形分析的重要内容,基于格网DEM的水系提取包括DEM预处理、汇流累积及河网分级3个子过程。面对海量DEM数据,单机计算十分耗时,很难满足用户的时间相应需求。该文分析了提取过程的串行实现,基于MPI并行化工具,提出了基于双栈的并行策略,实现了DEM预处理、汇流累积及河网分级串行算法的并行化,完成了水系提取的并行计算。在配置Linux操作系统的集群环境下,利用不同大小的DEM数据,测试了算法的并行性能,结果表明并行算法运行时间明显低于串行算法,具有较好的并行效率。
2013年04期 v.29 62-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 298K] [下载次数:553 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:15 ] |[阅读次数:111 ] - 马益杭;占利军;谢传节;秦承志;
连通域标记算法在地理栅格数据分析中有广泛应用,当面对大规模地理栅格数据时,连通域标记串行算法十分耗时,亟须算法并行化。但目前连通域标记算法还缺乏并行化,更缺乏对不同并行技术实现时的性能对比。该文对常用的连通域标记两遍扫描法进行了并行化设计,并分别利用OpenMP和MPI两种并行技术实现了不同版本的并行算法,以适用于单机多核、多机多处理器等不同的并行计算硬件环境。对所实现的并行算法在单节点、多节点的不同测试环境下,以不同数据规模和不同连通域复杂度情况的数据进行效率测试,结果表明:该算法均大幅缩短了运行时间;在数据量较小且连通域数目较少的情况下更适合使用OpenMP版本的并行算法;若图像数据规模较大时,MPI并行算法更快、更高效,但是在多节点的集群环境中,如果连通域情况复杂,进程数的增多并不能保证获得更好的加速效果。
2013年04期 v.29 67-71+2页 [查看摘要][在线阅读][下载 974K] [下载次数:538 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:38 ] |[阅读次数:86 ] - 薄海光;吴立新;余接情;谢磊;
球体退化八叉树格网(Spherical Degenerated Octree Grid,SDOG)及其三元组模型为全球变化及地球系统科学研究提供了一种地表及其内外空间统一表达与建模的全球空间数据模型。然而,现有SDOG模型可视化效率较低,难以满足全球模式下空间数据快速可视化的要求。该文采用GPU并行计算技术实现SDOG模型可视化加速。通过分析SDOG模型可视化过程的并行特征,选取格网码(C)解码及三元组渲染两个过程进行GPU并行化,分别利用数据并行及直接显存渲染策略实现GPU加速;设计了两组实验进行测试,结果表明:1)GPU并行对C解码过程具有明显的加速效果,且随数据量增长加速效果更加突出,加速比达15倍;2)受系统构建、数据传递等因素制约,GPU并行对C解码过程的加速效果与GPU性能呈正相关,但不呈正比;3)直接显存渲染优化策略可有效提高SDOG的GPU并行渲染效率,渲染速度可提高1.5倍。
2013年04期 v.29 72-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 720K] [下载次数:270 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:8 ] |[阅读次数:177 ] - 王维一;裴韬;秦承志;
随着数据量的急剧增长,传统的串行算法已逐渐不能满足该类计算密集算法对运行效率的需求,迫切需要并行计算的支持。为此,该文对栅格地理数据的模糊C均值聚类(Fuzzy C-Means,FCM)算法进行了并行化设计,并利用MPI实现了并行算法,同时针对并行化时传统按区域大小均匀划分数据的方式导致的负载不均衡问题,提出了按计算强度均匀划分的方法。应用结果表明,该方法显著缩短了计算时间,得到了满意的加速比。
2013年04期 v.29 77-80+90页 [查看摘要][在线阅读][下载 498K] [下载次数:292 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:6 ] |[阅读次数:70 ] - 张刚;汤国安;宋效东;杨坤;
从负载均衡的角度详细分析了数据并行的特征,提出一种通用且有效数据可达的DEM数据划分策略。基于该方法设计了分布式并行通视分析算法,以全国90mSRTM作为数据源,对算法的执行效率进行实验,结果表明:基于海量地形数据进行分布式并行通视分析的计算效率与进程数具有一定的关系。另外,算法的并行性能在一定程度上受到地形数据的影响。该文提出的方法有效地提高了海量数据的通视分析算法的计算效率,动态数据划分方案有望为并行环境下地形分析提供新的思路。
2013年04期 v.29 81-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 459K] [下载次数:672 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:26 ] |[阅读次数:111 ] - 钱辰;窦万峰;杨坤;汤国安;
面对海量的离散点云数据,插值生成DEM的过程需要消耗大量的时间,将并行计算运用到插值计算中会显著缩短计算时间。该文提出了均匀分布下基于时间均衡的数据划分方法。针对面积均衡的初始划分进行处理过程的时间分析,讨论了在均匀分布的假设下搜索时间与点密度的关系,并给出全过程的时间估算方法;通过时间估算得出时间系数,依据时间系数进行再次划分,从而实现基于时间均衡的静态划分。通过对比串行和并行计算的执行时间,以及与传统的数据划分方法下并行插值的执行时间相比较,分别验证了该方法的实用性和高效性。
2013年04期 v.29 86-90+2页 [查看摘要][在线阅读][下载 844K] [下载次数:160 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:6 ] |[阅读次数:100 ] - 刘凯;汤国安;江岭;宋效东;阳建逸;张刚;
随着地理数据的来源不断扩展,分辨率不断提高,利用并行计算技术实现对海量地理数据处理已成为数字地形分析的研究热点。邻域统计型算法是一类常用算法,通过对一定分析窗口中的栅格值进行统计分析,以反映局部乃至区域地形特征。该文通过对邻域统计型串行算法解析,以地形起伏度算法为例,对该类算法的并行化方法进行了分析探讨,重点研究了数据划分策略和光圈效应处理策略。利用黄土高原DEM数据对算法的并行效率进行测试,结果显示,窗口大小和数据集规模对邻域统计型算法的并行效率有较大影响,当采用大数据集和大分析窗口时,算法呈现数据—计算密集型特点,其并行效率明显高于小数据集和小分析窗口的并行效率。
2013年04期 v.29 91-94+2页 [查看摘要][在线阅读][下载 792K] [下载次数:394 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:15 ] |[阅读次数:120 ] - 方金云;闵伟;陈翠婷;李栋宾;
并行地理计算与面向计算密集型的高性能计算和面向数据密集型的分布式计算不同,因此迫切需要一套针对地理计算的监测评估工具,以发现并行程序性能的瓶颈和热点,获得程序设计、实现和优化指导。该文通过代码自动插桩、热点监控、事件日志并行分析等技术实现了复杂地理计算并行算法性能评估,经过初步验证,并行工具性能良好,能够满足地理计算并行算法评估要求。
2013年04期 v.29 95-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 234K] [下载次数:216 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:2 ] |[阅读次数:72 ]
- 张宇;刘坡;杨敏华;龚建华;黄明详;
提出一种基于GPU的二部图联合聚类并行算法,它能够在单指令多线程模型下完成高性能并行计算。针对空间联合聚类算法中存在大量的空间聚类计算和约束判断计算(文中为求和计算),并行算法分别采用共享存储器和全局存储器加速技术,来提高算法执行的效率。该文以表示同一地区多时相、多比例尺的两个空间要素集的聚类为例,表明二部图并行算法比CPU串行算法最高可以获得858倍的加速比。GPU的实时处理能力和计算能力可以为海量的空间数据聚类提供新的思路和参考。
2013年04期 v.29 99-103+108页 [查看摘要][在线阅读][下载 398K] [下载次数:132 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:9 ] |[阅读次数:160 ] - 陈娱;许珺;徐敏政;
该文借鉴了复杂网络领域的模块度概念,构造了空间点集的集聚度函数。基于集聚度的增量值,提出一个快速的空间聚类算法。实验证明,该值同点集的类间均方差(SSB)与类内均方差(SSE)的比值(SSB/SSE)有相同的结论,可以评价不同的点集在空间分布上的集聚程度(即群簇结构是否明显),同时该算法可以在不预先设定聚类个数的情况下快速有效地得到聚类结果。
2013年04期 v.29 104-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 362K] [下载次数:215 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:5 ] |[阅读次数:147 ] - 王亚飞;程亮;钟礼山;李满春;蒋洁;
像素级遥感影像时间序列保留了更多的原始影像信息和地表细节层次信息,能够更准确地提取地物信息、揭示地物的变化规律。针对SAR影像堆积数据,提出了一种像素级SAR影像时间序列的建模方法,主要步骤包括辐射校正和高精度的几何配准,将SAR影像数据集转换为一系列由离散的后向散射系组成的时间序列文本化数据。利用2006-2009年21幅分辨率为150m的WSM模式ENVISAT ASAR影像进行建模试验,构建了像素级SAR影像时间序列。试验表明:该建模方法具有较高的几何精度和辐射精度,能够直接应用于地物识别,在地物信息提取、聚类分析、变化检测等方面发挥独特的优势。
2013年04期 v.29 109-112+116+2页 [查看摘要][在线阅读][下载 789K] [下载次数:299 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:10 ] |[阅读次数:83 ] - 郑悦;程红;孙文邦;张凤晶;
目前对结构拼接缝的消除多采用寻找最佳拼接缝的方法,但该方法无法使得全局各处的错位都得以消除,仍存在局部错位。因此,提出一种新的针对局部错位位置进行改正的结构拼接缝消除算法。首先以模板内对应像素差最小寻找对应的错位点,然后确定错位点相应的动态改正范围,再在对应错位点和动态改正范围边界点确定的三角形改正区域中将错位逐步消除,最终得到视觉上没有明显错位的图像。实验表明,该算法在基本保持原图像特征和清晰度的同时,能准确找到对应的错位点并进行消除,近似恢复原图像的连贯完整特性,且该算法是对已完成几何镶嵌后的图像进行处理,不需要原两幅图像的重叠区域,是一种有效、可行且效率较高的结构拼接缝消除方法。
2013年04期 v.29 113-116+127页 [查看摘要][在线阅读][下载 629K] [下载次数:82 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:5 ] |[阅读次数:61 ] - 赵建吉;曾刚;
在分析浦东区域发展的时代背景及发展历程的基础上,认为基于高端外资的外向型经济、聚焦高新技术产业和高端服务业、基于重点小区的功能开发是浦东区域发展的经济内涵;工业化和城镇化互相推进、消除城乡二元结构是其社会内涵;海派文化、国际接轨的政府服务是其文化内涵。浦东是全球地方联结背景下发展中国家实现区域发展的典型案例,它挑战了产业分工的"雁型模式",可以为大都市边缘区的发展提供一定的借鉴。在南汇和浦东合并的时代背景下,新浦东区域发展应在内生发展能力、产业引领控制能力、服务全国能力、低碳经济转型、生态文明建设等方面实现突破。
2013年04期 v.29 117-121+126页 [查看摘要][在线阅读][下载 230K] [下载次数:656 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:4 ] |[阅读次数:74 ] - 赵世湖;尹丹;
光学遥感数字成像系统是空间移变系统。传统的基于空间移不变特性假设的光学传递函数模型与理论应用于遥感数字成像具有很大局限性。该文从光学辐射传输角度建立了数字成像传感器空间移变采样过程的数学函数表征,分析了数字成像传感器离散采样物理过程所引起物像频谱的空间移变效应,从理论上推导了空间域上对连续像面函数g(x,y;Δx,Δy)经离散采样后,输出函数gs(x,y;Δx,Δy)的频谱Gs的变化;基于光学遥感数字成像概率统计模型,采用Monte Carlo光子追迹方法,实现了光学遥感成像空间移变仿真,通过定量的对比分析,验证了光学遥感数字成像的空间移变特性对特征点线信息提取的影响。该研究对光学遥感成像系统优化设计、严密遥感成像模型建立与遥感信息提取具有参考意义。
2013年04期 v.29 122-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 436K] [下载次数:115 ] |[网刊下载次数:0 ] |[引用频次:1 ] |[阅读次数:72 ] 下载本期数据