矢量多边形栅格化算法快速并行化方法研究

本文在分析典型多边形栅格化算法的基础上,研究了串行算法并行化思路,提出一种多边形栅格化算法并行框架。该并行框架包括MPI与OpenMP的双层并行模式、顾及负载均衡的矢量多边形数据划分方法、多边形栅格化基本算子调用接口。利用本文形成的并行框架对扫描线算法、边界代数法进行了并行化,并利用大规模土地现状数据验证本文所提出的并行化方法的有效性。试验结果表明,该方法能够解决矢量多边形栅格化串行算法快速并行化的问题,并行化后的算法大大减少了矢量多边形转换时间,具有良好的并行效率。     

等量弧段划分并行缓冲区算法的优化

针对矢量缓冲区算法空间关系判断复杂,处理较大数据集时效率低下的问题,提出了基于等量弧段划分的缓冲区并行算法。算法在传统几何实体个数划分法的基础上,以弧段为最小统计单元,将几何要素以近似等量弧段个数划分到各计算节点,在保持几何实体完整的基础上保障了负载均衡,并使用信息传递接口并行编程模型,通过在集群上部署开源GIS最大软件地理资源分析系统(Geographic Resources Analysis Support System,GRASS)对并行算法进行了验证及性能测试。测试结果表明:基于弧段划分的缓冲区并行算法较传统实体个数划分并行法,在加速比与并行效率方面有良好的优化效果,且整体上可获得较好的并行执行效率。该文提出的弧段划分策略对其他空间矢量分析算法的并行化研究也有一定的借鉴意义。     

GRASS的特点,功能与发展

地理资源分析支持系统(GRASS)是一个基于栅格的、具有矢量分析功能的地理信息系统,也是图像处理系统和图件生成系统。它是第一个以工作站为硬件支撑、在 U-NIX 操作系统下运行的地理信息系统。其功能包括:数据输入、地理分析(栅格、矢量、点)、多光谱图像处理、地图显示。分别介绍了 GRASS 在目前以及未来五年主要的设计和实施目标,并由此认为,GRASS 将成为地理信息系统领域的一支后起之秀。     

基于MPI的大规模栅格影像并行瓦片化算法

当前主流GIS软件以及互联网地图应用在WebGIS（网络地理信息系统）解决方案中都广泛采用地图切片（又称瓦片）,切片处理服务是实现影像在WebGIS上快速无缝浏览的关键技术。针对目前传统算法以及商业GIS软件在大数据量栅格影像快速瓦片化方面的不足,提出一种名为ParaTile的高效栅格影像快速瓦片化方法,ParaTile基于MPI共享外存的并行技术,利用多进程对原始栅格影像进行数据划分,每个进程对其所划分的区域进行独立读写和计算,而后再按照TMS或者Google Tile定义的标准将瓦片进行编码输出。实验采用不同级别大小的遥感影像进行测试,结果表明ParaTile在面对不同规模的数据时,无论从速度还是算法稳定性上都较现有算法和工具具有显著优势,特别是当数据量越大时,这种优势愈加明显。     

GIS模型网格计算原理及算法

GIS模型计算逐步向数据处理海量化及过程复杂化方向发展。网格计算为解决GIS应用这一难题提供了契机。GIS模型计算从运算模式上可分解为并行、串行和并行串行模式,该文在这些模式的基础上提出了实现GIS模型网格计算的原理性方法：分块加工、分步加工和立体加工方法,并以GIS和RS中的常用模型(直方图和矢量地图插值)作为算法实例,论述其并行算法实现,同时给出矢量地图数据的分块规则。该并行算法实现可作为实现其它同类算法的基础和扩展。     

面状矢量拓扑数据快速栅格化算法

针对GIS面状拓扑数据,提出了一种快速栅格化算法——差分边界标志与累加扫描算法,首先对所有的面状拓扑数据中的弧段进行顺序扫描,在栅格缓冲区中利用差分边界标志法进行边界标志,然后利用累加扫描线法对栅格缓冲区的各行从左至右进行累加扫描充填,该算法不仅实现简单,而且由于算法中充分利用了弧段的拓扑特征,避免了多边形区域的组织和弧段的重复处理,从而保证了海量面状拓扑数据栅格化的效率;同时还对栅格化算法中的退化问题提出了解决方案,实际应用表明,文中算法具有较高的效率和较强的实用性。     

FMM算法的并行化方法

详细分析快速多极算法FMM(Fast Multipole Method)的基本原理,并对引力场的势函数的多极展开和泰勒局部展开进行了详细的推导.给出了串行FMM算法的伪码描述,并对其进行并行化分析、处理,对FMM算法进行了并行化研究.最后,在基于MPI的群集并行计算环境下进行大量的实验并采集实验数据,对算法进行并行化性能分析,得到较好的并行加速比和较高的并行效率.     

适用于异构集群的混合并行流线生成系统

流线是流场可视化的主要方法之一,而针对大规模流场的流线生成由于计算量大往往需要采用高性能计算机这样的并行计算环境结合并行化算法以实现计算加速.在当前异构计算系统越来越普遍的情况下,为了充分利用并行异构计算环境的计算能力,实现更高效的并行流线生成,本文采用了基于数据并行原语结合分布式消息通讯的技术架构,设计了一套适用于异构集群的混合并行流线生成系统,并在此基础上针对数据分块、数据冗余化及进程通讯策略等方面进行设计,提出并实现了一套并行粒子追踪算法.该系统被部署于国产超算平台上,并针对大规模CFD流场模拟结果数据可视化应用开展了实验.本文给出了相关实验结果,分析了核心并行算法的速度性能、可扩展性以及负载均衡等方面情况,说明了系统及算法的有效性和可扩展性.     

基于图模型的多边形自动并行构建算法

目前GIS基础算法并行化成为高性能GIS进一步深入的前提,作为GIS空间分析基础算法的重点,有必要对多边形构建提出一种自动并行算法。为此,提出基于图模型的多边形自动并行构建算法。该算法根据图模型中有向闭合环的特点对一组线段的集合进行多边形构建,能有效提高多边形构建的自动化程度。将搜索、排序等耗时较多的操作进行并行化处理,能有效减少全局搜索次数及整体排序和逻辑操作时间。实验表明,在对大规模线性数据生成区域时,该算法能有效地实现效率提升,达到良好的效果。     

线目标缓冲区生成的矢栅混合算法研究

线目标的缓冲区生成是缓冲区分析的基础和关键。结合栅格算法与矢量算法的优势,提出矢栅混合算法解决线目标的缓冲区生成问题。采用Douglas-Peuker方法对线目标进行重采样以加快缓冲区建立速度,用扫描线方法将线目标矢量数据转化为栅格形式,再采用膨胀原理生成缓冲区,通过扫描缓冲区栅格边界,提取有效矢量数据,进行求交运算,对缓冲区生成中的自相交多边形进行处理。