“天河一号”大规模科学与工程计算应用

安装在国家超级计算天津中心(以下简称天津超算中心)的"天河一号"超级计算机系统是目前世界上最快的超级计算机,已广泛应用于多个高性能计算领域,并取得了一系列具有国际影响力的应用成果。本文主要介绍了"天河一号"在石油勘探数据处理、生物信息与生物医药、环境科学、工程仿真、磁约束聚变领域的最新应用成果,其成果表明"天河一号"在上述领域具有良好的可扩展性和并行效率,对自主科技创新和产业技术提升给予了巨大支撑。     

图像半色调化算法研究综述

半色调化算法是图像打印输出的关键技术之一。介绍了简单阈值比较算法、使用随机数的半色调化算法、误差扩散算法、点扩散算法、按序抖动算法和抖动算法等一系列半色调化算法,并揭示了这些算法之间的联系。为了高效率地对图像做半色调化操作,商用光栅图像处理器一般使用抖动算法。抖动算法生成的半色调化图像的质量取决于所采用的抖动矩阵。基于几何分割设计半色调化抖动矩阵的方法可以在满足堆栈限制的前提下优化半色调化图像的质量。使用随机数的半色调化算法可以消除图像半色调化中产生的莫尔纹。随机半色调化算法的基础是将一定数量的随机点均匀地分布到一个正方形区域中。Asano提出了随机点均匀分布问题等价于圆形装填问题的命题,本文对该命题给出了初步的证明。最后,给出了一些有待进一步研究的图像半色调化课题。     

并行仿真中全状态保存技术研究

乐观时间同步机制能够显著提高并行仿真的性能,但是在乐观时间推进过程中会出现因果错误,需要根据保存的状态对事件进行回退,因此事件状态保存机制是影响乐观时间推进效率的重要因素。本文首先简要介绍了并行仿真中逻辑进程的执行过程,讨论了乐观时间推进的状态保存与回退机制;然后对全状态保存技术进行了建模和理论分析,并通过实验测试了全状态保存算法的性能,测试结果验证了理论分析的正确性。     

分布式计算环境中的协同分配任务调度仿真系统

协同分配是在分布式计算环境中进行资源分配的一种重要技术,用于把一个应用程序分解为多个子作业,然后将其分配到多个资源上同时处理来满足特定的性能要求。本文提出了一个离散事件驱动的网格资源协同分配仿真系统,实现了对用户、调度器、协同分配器、协同预留器等协同分配相关实体的仿真,实现了FCFS、FPFS、Backfill等主要的协同分配调度算法和策略,可用于资源协同分配相关的分布式计算环境的资源管理和调度算法的仿真和研究。     

一种基于多Agent的人群仿真多机并行平台研究

本文提出了一种针对多Agent人群仿真模型的多机并行平台,该平台利用MPI作为节点间的通讯软件,采用主从模式设计多机并行执行环境。在主控节点中设置结果回收模块与监控模块,通过K-means算法保证执行节点之间的负载均衡,同时以此作为任务分发与调度的依据;在执行节点(从节点)中,则根据主控节点的任务调度执行相关Agent模型,并执行仿真同步与状态信息汇报等任务。实验结果表明,该多机并行平台能够执行基于多Agent的人群仿真模型,能有效地提高仿真的性能,同时具有良好的可扩展性。     

基于B-样条曲线的线缆变形仿真

线缆变形仿真是线缆辅助设计和维修过程仿真需要解决的核心问题,也是目前虚拟现实技术研究的热点之一。B-样条曲线是计算几何学的重要理论成果,已经广泛应用于计算机辅助设计。本文首先对B-样条函数的概念进行了简单介绍,分析了用三次开放B-样条曲线进行线缆变形仿真的优越性;然后将全局能量优化方法与高度坐标置零法结合求解曲线控制点的坐标,建立关于已知两端点位置和通过指定点的线缆模型;用Lagrange乘子法建立指定点有切矢约束的线缆模型。这种方法描述的是处于平衡状态的线缆变形,计算量小,模型逼真,而且形状控制方便,能够实现线缆布线指导和维修过程仿真。     

嫦娥三号着陆控制研究与软件仿真

嫦娥工程分为3个阶段,目前已经进行到第二阶段,即发射可在月球表面软着陆的登陆器,这便是嫦娥三号的主要任务。为了保证登月探测器在月球表面平稳地降落并且能够有效应对外太空环境下各种因素造成的干扰,需要对控制方案进行深入的研究和认真的设计。选择非线性变结构控制与状态反馈相结合的办法设计控制方案,设定关于系统高度、速度以及加速度等状态变量的性能指标,通过对相应的哈密尔顿函数采用极小值原理来得到变结构控制的相关输入,从而完成控制方案的数学模型。使用Simulink软件对所得到的数学模型分别在理想的情况以及存在干扰的情况下进行仿真,并且得到了满意的仿真结果。所设计的控制方案有一定的可行性,但因为大多数工作只是理论层次的分析,因此还需要进一步的研究。     

基于图像识别的网络数据单向传输系统研究和实现

网络数据单向传输问题在人类生产生活中具有十分广泛的应用,但目前对该问题还没有较为完善的解决方案。在分析该问题几种方案存在不足的同时,提出并实现了一种全新的基于图像识别原理的网络数据单向传输解决方案。实验证明,这种新的解决方案在具备完全物理隔离优点的同时,具有实现简单、便于推广的特点,在一定程度上优于现有常用的解决方案。     

对地观测卫星成像区域仿真研究

为了发挥对地观测卫星在大面积、实时、快速获取地表数据方面的优势,用户需要事先掌握对于自己感兴趣区域上空的卫星过境情况和成像能力。本文通过对卫星轨道预报模型与算法、卫星地面成像区域边界轨迹计算模型和算法的探讨与实践,得到了一些对卫星成像区域仿真有益的经验。试验证明,对于无侧视情况下,使用较旧的卫星轨道根数来计算卫星成像区域,仍能满足用户对于成像区域预报的精度要求。     

大数据爆发前夜需度过两大瓶颈

今年早些时候《纽约时报》刊文称"大数据时代已来临"文章中说,大数据是一个带有文化基因和营销理念的词汇,但同时也反映了科技领域中正在发展中的趋势,这种趋势为理解这个世界和作出决策的新方法开启了一扇大门。根据科技研究公司IDC作出的估测,数据一直都在以每年50%的速度增长,换而言之,也就是每两年就增长一倍。这不是简单的数据增多的问题,而是全新的问题。随着互联网技术日新月异,人类的线下行为逐渐迁移线上。过去人的沟通、社交、办公以及日常生活场景等其他物理行为在日益发展的强大技术背景下都将被全部数字化,现实场景数字化到线上,对个人意味着足不出户就能得到个性化、智慧化的服务,对企业意味着不在费尽周折了解一个客户过去交易记录,只需查看此客户过去的一些交易行为