基于DEM的流域地形分析并行算法关键技术研究

来源 :南京师范大学 | 被引量 : 25次 | 上传用户:wangqiang1818
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
基于DEM的流域地形分析是数字地形分析的重要组成部分,也是GIS空间分析不可或缺的内容,在地貌、土壤、水文和生态学等科学研究及生成建设中发挥着重要的作用。目前,随着空间数据获取技术的发展,大区域高精度地形数据的快速获取成为现实,为流域地形分析提供了丰富的数据源。在这种大数据背景下,如何对海量规模的地形数据进行快速有效地处理和分析,使之转化为所需的地学知识,成为目前GIS遇到的一大难题。并行计算技术为解决这一难题带来了机遇。本论文以数字地形分析理论与方法为基础,从流域地形分析高性能计算出发,系统研究了流域地形分析并行计算的关键技术及流域地形分析算法并行化方法,以期丰富数字地形分析理论与方法体系,完善地学知识挖掘和知识转化平台,推动大区域高精度地形分析技术在数字流域等领域的有效应用。研究成果可望为大数据时代高性能GIS空间分析提供理论、方法上的借鉴。本论文的主要内容和研究成果如下:(1)综合流域地形分析问题所涉及的数据、任务、结构三大元素,研究提出了流域地形分析并行算法设计的量化模型——并行粒度模型,并从数据的属性和数据体、任务的参数和负载、及计算平台的有效内存等方面对并行粒度模型三大元素进行了有效的量化统一,为流域地形分析并行算法设计中任务分解提供了量化依据。(2)从数据划分策略、结果融合策略及数据通信策略等方面,研究了流域地形分析并行策略。根据数据冗余复制思想和并行粒度模型,构建了基于并行粒度模型的行划分策略和流域式划分策略——以并行粒度为控制参数将全局数据划分为多个并行子块,同时,每个并行子块包含与进程数相同的进程子域。以此为基础,研究了相应的结果融合策略:对于行划分策略,可采用进程子域的数据锚点进行融合,而流域式划分策略则采用三元组机制进行融合。分别从通信方式和数据压缩两方面,研究了流域地形分析并行计算的数据通信策略。分析了MPI中点对点通信和组通信的效率,并从转换压缩和编码压缩两方面,设计了DEM数据内存压缩方法。(3)基于流域地形分析并行策略,系统研究了顾及并行粒度控制的流域地形分割并行算法。面向基于并行粒度模型的行划分策略,提出了两阶段并行方法。以此两阶段并行方法为基础,研究了流域地形分割并行算法:设计了流域边界生成方法并行算法;分析了基于坡面径流模拟的子流域划分方法所存在的问题,针对该问题提出了子流域划分并行算法;提出了一种顾及子流域拓扑关系和面积的改进流域编码方法,并实现了流域编码并行算法。实验结果表明,在并行粒度控制条件下,流域地形分割并行算法能够有效提高计算效率和处理数据规模。(4)利用流域结构特征,研究了顾及并行粒度控制的流域地形特征提取并行算法。基于流域式划分策略的两阶段并行方法,以构建的无DEM预处理过程水流方向生成方法为基础,设计了流域河流网络提取并行算法,并详细研究了并行计算过程中子流域合并、负载平衡与任务分配,及子流域间的信息传递等关键问题;在此基础上,研究了基于子流域的流域河网密度计算方法,设计了河网密度计算并行算法,并重点分析了并行计算过程中“双层”子流域间的信息传递方法。通过实验证明,基于流域式划分策略的并行算法充分利用了子流域可作为独立计算单元的特征,大幅度缩短了算法执行总时间,同时,并行算法可顾及并行粒度控制并具有较好地并行性能。
其他文献
随着我国经济的持续发展,国民消费水平不断提高,消费结构也发生着深刻的变化,体育作为一项具有发展潜力的休闲消费在国民消费结构中所占据的比例越来越大。随着政府将全民健
2015年国家先后出台了《关于在深化国有企业改革中坚持党的领导加强党的建设的若干意见》和《关于深化国有企业改革的指导意见》,不但明确了我国经济发展进入新常态趋势下国
目的:观察半胱氨酰白三烯受体1拮抗剂孟鲁司特对原代神经元缺血性损伤后形态变化的作用。方法:在不同浓度孟鲁司特存在条件下,以缺氧缺糖(OGD)2 h和再灌(R)24 h(OGD/R)诱导大
某供热区域由热电厂(配置抽汽凝汽式汽轮机组、热网加热器)作为热源,近期新增住宅小区供热面积约80×10~4m~2。在抽汽参数不变的条件下,考虑到新增供热负荷较小,不适宜扩大热
为提高页岩气水平井的固井质量,常在套管上安装扶正器。常规的滚轮扶正器对套管的居中度提高有限,旋流扶正器的旋流效果不好。根据页岩气水平井分段压裂的要求,并结合弹簧片
许昌县位于河南中部,是许昌市的一个下属县,北与西北邻接许昌市下属的长葛市、禹州市,南连漯河市、周口市,东靠襄县(属于许昌市),许昌县境内以汉族人为主,基本以本地方言为日常交际用
敦煌饮食文化是中华民族传统文化的有机组成部分 ,也是祖宗留给甘肃的宝贵遗产。敦煌饮食有巨大开发价值。开发敦煌饮食 ,是振兴甘肃经济和西部大开发的迫切需要 ,是对敦煌文
水下管汇是海上油气开发的重要设备,深水中的管汇设计面临许多技术挑战。管汇处于深水中,环境条件比较复杂;内部承压很大;需要实现的功能多;整体布局形式复杂。针对管汇的结
随着我国社会经济的发展、科学技术的进步,人们对于变电站基建工程的质量和安全性要求也越来越高。为了进一步提高变电站基建工程的质量以及现场施工的安全性,首先就要求电力
岁时民俗文献是了解古代民俗的有力依据,是民俗学研究的重要对象,同时也是历史文献的重要组成部分,具有重要的文献学和史料学价值。以断代或分类的方式对中国的岁时民俗文献