中国科学院重点部署项目(KZZD-EW-07)
- 作品数：10 被引量：78H指数：4
- 相关作者：周玉科周成虎马廷范俊甫季民更多>>
- 相关机构：中国科学院中国科学院大学山东科技大学更多>>
- 发文基金：中国科学院重点部署项目国家科技支撑计划国家自然科学基金更多>>
- 相关领域：天文地球建筑科学自动化与计算机技术更多>>
- 并行地图叠加分析中基于数据分解的负载均衡方法研究
- 2015年
- 地图叠加分析是一种计算密集型算法,并行化计算可以加快算法执行速度。本文研究并行化地图叠加分析中的负载均衡方法。首先针对并行算法中的IO竞争情况,定义了负载均衡指数;然后基于分治法分解空间数据,将并行系统下的地理要素分而治之,将Hilbert空间索引作为集群系统中各节点分配数据的依据,最终实现并行地图叠加分析系统中的数据负载均衡,为地图叠加分析算法中的数据并行策略提供可能性。结果表明,利用空间索引分治的负载均衡方法建立索引速度快,调度系统可以将计算任务明确分配到各计算节点。
- 季民周玉科
- 关键词：负载均衡分治法
- 1992-2010年基于DMSP-OLS图像的环渤海城市群空间格局变化分析被引量：47
- 2013年
- 从DMSP-OLS数据提取城市区域的经验阈值法存在固有的缺陷,经验阈值对不同的空间区域不具备通用性,不适用的经验阈值,将导致城区面积提取具有较大误差,可采用统计数据对经验阈值进行修正以降低误差。本文在大时空尺度条件下以少量样本城市的统计数据对经验阈值方法进行了修正;另采用Elvidge二次多项式模型对DMSP-OLS时间序列数据进行了校正。在此基础上选取总斑块数量、景观总面积、平均斑块大小、最大斑块面积比、斑块密度、景观形状指数、总边界长度、平均边界密度和斑块平均回旋半径共9个景观生态学指标,采用FRAGSTATS 3.3软件计算分析了1992-2010年环渤海区域城市发展的空间格局变化特征。结果表明:1992-2010年间,环渤海区域城市化进程持续较快发展,城市建成区总面积增加了2.14倍,平均城市建成区面积增加了76%,提取到的城市斑块平均回旋半径增加了约26.5%,并且城市景观斑块的复杂度明显上升,可检测到的城镇总个数增加了82%。但是,每100km2内孤立的城市景观斑块数却降低了约76%;大城市持续扩张的相对速度慢于中小城市,城市区域边界密度和整体城市分布景观格局破碎度逐渐降低,核心城市与周围卫星城市的景观斑块的联通性逐步增加。
- 范俊甫马廷周成虎周玉科
- 关键词：环渤海城市群建成区
- RaPC:一种基于栅格化思想的多边形裁剪算法及其误差分析被引量：6
- 2015年
- 传统的基于矢量计算的多边形裁剪算法的时间复杂度介于O（NlogN ）-O（N^2）之间,且计算过程与特定的复杂数据结构耦合紧密,难以进行底层优化和细粒度并行化.在满足一定误差要求的前提下,采用栅格化处理思想可以实现多边形快速裁剪.本文在已有多边形裁剪算法特征的基础上,提出了一种基于栅格化处理思想的多边形裁剪算法--RaPC 算法,并对其误差进行了分析和讨论.试验结果显示,RaPC 算法的计算效率随网格单元增大呈幂函数规律降低;当网格大小恒定时,RaPC 算法效率随多边形顶点数量呈线性增长,计算时间复杂度为O（N ）;在处理小数据集时Vatti算法表现出了较 高效率,但是在处理包含大量顶点的多边形叠加时,RaPC 算法更为高效;RaPC 算法的面积误差与网格大小直接相关,提高网格空间分辨率可以有效地降低面积误差.RaPC 算法在处理包含大量顶点的多边形叠加分析时比Vatti算法更为高效.
- 范俊甫孔维华马廷周成虎季民周玉科
- 关键词：栅格化多边形裁剪面积误差
- 全国农村人均住房面积的空间自相关分析被引量：1
- 2014年
- 利用2006年全国各省农村居民人均住房面积统计数据,基于空间自相关方法从空间尺度分析其空间分布特征。首先建立空间邻近网络和邻接矩阵,通过Moran'I自相关指数分析空间关联性,为确定农村人均住房面积的分布存在空间相关性而非随机性,采用蒙特卡罗方法进行多次模拟证明,并利用2011年统计数据进行实际验证。实验分析,2006与2011年农村人均住房面积Moran'I指数分别为0.556 6和0.598 3,表明空间聚集特点明显,基本可以分为东部发达地区、中部和西部三种聚类,并且两年之间聚集现象有显著变化。
- 周玉科高锡章周成虎
- 关键词：人均住房面积空间自相关
- 基于数据分治与双层索引的并行点面叠加分析方法研究被引量：2
- 2015年
- 地图叠加分析是一种计算密集型算法,并行化计算是加快算法执行速度的一种有效方法。该文研究分布式环境下的点面图层并行化叠加分析方法与实现。首先根据点面叠加的特点设置并行数据分解的方式,基于分治法分解空间数据,在并行系统下将地理要素分而治之。然后引入双层索引的并行叠加机制,一是对面图层根据Hilbert空间索引的排序方式分发数据,二是对点图层建立四叉树索引,对每一个进行相交运算的多边形进行快速过滤和求交。最后在Linux集群系统下实现该并行算法,其一利用MPI分布式计算环境实现在整体计算框架下的消息通讯模式的并行,其二在每个子节点中实现基于多核OpenMP工具的本地并行化。结果表明,利用双层空间索引分治的方法可实现并行数据分块,各子节点实现独立计算,减少并行系统中的I/O冲突,并行加速比明显。该方法对矢量地图运算的并行化进行了有益的尝试,为大数据时代的空间数据分析提供一种有效的途径。
- 周玉科周成虎马廷高锡章范俊甫许涛季民
- 关键词：并行计算空间索引MPIOPENMP
- 几何部件缓冲区域合并的Buffer算法及其并行优化方法被引量：4
- 2014年
- 在介绍一种基于几何部件缓冲区域合并的矢量数据缓冲区生成算法的基础上,采用数据并行思想和MPI编程模型对缓冲区算法的并行化实现和优化方法开展研究。试验结果显示,与ArcGIS Buffer工具相比:1当缓冲区结果多边形不合并时,虽然串行缓冲区算法的时间开销较高,但可轻易通过并行方式实现加速;2当缓冲区结果合并时,本文算法要明显优于ArcGIS Buffer工具,并且经过优化的并行缓冲区算法表现出更高的计算效率和更大规模的数据处理能力。因此,基于几何部件缓冲区域合并的Buffer算法具备一定的实用价值,本文提出的按节点数量的任务分解方法和进程间结果树状归并策略是对缓冲区算法进行并行优化的有效途径,对GIS中其他矢量分析算法的并行化及相关优化工作也具有一定的借鉴意义。
- 范俊甫马廷周成虎季民周玉科许涛
- 关键词：缓冲区消息传递接口
- 分治法在GIS多边形快速合并算法中的应用及效率提升评价模型被引量：4
- 2014年
- 分治法采用分解-解决-合并的问题处理模式,应用于多边形合并算法能规避结点累积效应,与经典的"滚雪球"处理模式相比能有效提升多边形合并算法的计算效率。本文以多边形合并算法为研究对象,首先通过分析基于Vatti算法实现的多边形合并算子的效率相对于多边形顶点数的变化特征,指出合并过程中的结点累积效应是"滚雪球"多边形合并模式的潜在性能瓶颈和隐患。考虑分治法的"分而治之"思想在解决多边形合并问题上的适用性以及在归并排序算法中表现出的高效率,提出分治法的多边形"树状"合并处理模式,实现了面向要素集合或者要素层的多边形快速合并算法,最后给出了面向多边形合并的算法效率提升评价模型。实验结果显示,当仅有400个多边形时,"滚雪球"模式的时间开销约是"树状"合并模式的26倍,当需要合并11 200个多边形时,前者的时间开销约是后者的926倍。因此,基于分治法的多边形树状合并策略是对多边形合并算法以及应用到多边形合并算法的高级空间分析算法进行优化的可行途径。
- 范俊甫马廷周成虎周玉科许涛
- 关键词：分治法
- 泛知识化三维GIS表达模型(UKRM)被引量：4
- 2016年
- 面对复杂、多样化的三维世界,现有的三维GIS模型面临着兼容性差、表达类型不足、数据表达效率低等问题,难以满足多用途(户),尤其是海量对象,GIS空间管理、查询与分析的需求.本文根据人类认知思维特征,整合并拓展了与人类认知方式一致的离散表达方式(包括离散面(DCS)、离散体(DB)等),提出并集成了函数、映射两种新的结构类型,构建灵活开放、可扩展性强的泛知识化表达模型(UKRM),实现多种表示方式(包括边界表达B-rep、构造实体几何CSG、参数/函数等)的异质性归一化表达,从而极大提高了GIS对海量、复杂、多样化三维世界的表达能力,实现了GIS数据的重用,并建立了静态GIS向动态GIS拓展的接口.初步应用试验表明,无论规则还是非规则几何体,UKRM模型表达简洁、高效,优于现有构模方式(如IFC,City GML).
- 张树清周成虎张俊岩陈祥葱
- 关键词：GIS数据模型
- GIS中8种图层级多核并行多边形叠置分析工具的实现及优化方法被引量：6
- 2013年
- GIS中基于简单要素模型的非加权多边形叠置分析有交、差、并、交集取反、联合、更新、标识和空间连接8个基本工具。明确目标图层与叠加图层间多边形的数量对应关系,是实现图层级别并行多边形叠置工具集的首要前提。多边形差、交、标识、更新和空间连接操作需要处理目标多边形到叠加多边形间"一对多"的映射关系;合并、交集取反和联合操作需要处理"多对多"的映射关系。本文从多核数据并行角度,分析了8种多边形叠加分析工具并行实现方法的异同,提出基于改进的分组关联最小化方法实现数据划分,基于顶点数量作为指标的负载平衡计算策略和多种并行优化方法和策略,实现了包含8种操作的并行多边形叠置分析工具集。实验结果表明,改进的分组关联最小化数据划分方法能为多边形联合操作带来约92%的并行加速性能和更鲁棒的并行性;以顶点数量作为负载平衡指标,能以极小的代价为并行求差算法获得约21%的性能提升;二路归并能有效解决多边形并行合并过程中潜在的性能瓶颈;动态调度策略下多边形求交与合并工具具有更高的加速比;使用R树进行要素预过滤能为并行求差获得超过20倍的加速;结构化存储的矢量数据批量加载策略能有效降低因磁盘I/O带来的性能损失。
- 范俊甫马廷季民周玉科许涛
- 关键词：OPENMP数据划分负载平衡任务调度
- 基于集群MPI的图层级多边形并行合并算法被引量：9
- 2014年
- 在集群环境下,基于MPI并行编程模型和OGC简单要素规范进行并行多边形合并时,需要处理叠加图层间要素的"多对多"映射关系,由于空间上相邻的多边形在要素序列上并不一定连续,导致无法按要素序列为子节点分配任务,给并行任务映射带来了困难。本文以集群环境下的并行多边形合并算法为研究对象,通过比较叠加分析中两种多边形映射关系对算法并行化带来的影响,基于R树空间索引、MySQL精确空间查询,以及MPI通信机制,提出了6种不同的并行任务映射策略;通过实验分析和比较了6种策略的优劣。结果显示:基于R树预筛选的直接合并策略,在各算法中具有最高的串行计算效率和优秀的并行性能表现。虽然MySQL精确空间查询的预筛选过程较为耗时,但可有效地过滤掉不真正相交的多边形,从而提高合并操作的效率。因此,在集群MPI环境下,基于R树和MySQL精确空间查询的预筛选策略是解决并行任务映射难题,实现图层级多边形并行合并算法的有效途径。
- 范俊甫马廷周成虎季民周玉科许涛
- 关键词：任务映射并行计算
