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研究影响水体污染物扩散的因素,使用计算机快速地对水体污染物进行模拟,能够为水体污染物的控制提供决策支持。将元胞自动机与并行计算相结合,能够高效地模拟水体污染物扩散。分析了元胞自动机的构成,综合考虑了污染物浓度、风向、风速、水流方向、水流速度、水体边缘等因素对污染物扩散的影响,设计了面向水体污染扩散的元胞自动机模型。分析了MPI(Message Passing Interface)在并行计算方面的优势,设计了面向水体污染物扩散的并行元胞自动机模拟算法流程,实现了水体污染物扩散的模拟。对比分析了面向水体污染物的元胞自动机串行计算、单机并行计算和多机并行计算的执行时间,结果表明,运用并行元胞自动机可以节省计算时间,提高计算效率。 相似文献
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对于不规则三维表面路径寻优的问题,在将连续三维表面进行格网离散化的基础上,利用元胞自动机在元胞空间上的并行特性．采用元胞动态邻居,将时间演进间隔定义为最小剩余权,构造出一种新的基于元胞自动机模型的最短路径搜索算法。该方法能够达到蚁群算法效率,并且为基于元细胞自动机模型的实际应用提供新的思路。 相似文献
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元胞自动机结构简单且具备模拟复杂系统的能力,已被广泛应用于大气、流体力学、地球物理等领域。然而,现有元胞自动机以欧氏空间为约束进行地球系统过程模拟,忽略了地球重力等天然约束,导致计算过程中元胞状态的传递方向与真实运动的趋势方向不相符,一定程度上扭曲了最终的模拟结果。本文提出了地球系统元胞自动机这一概念,并从元胞表达及构建、邻居模型等方面设计了基于SDOG-ESSG格网的地球系统元胞自动机框架。由于演化规则取决于不同的应用,因此本文进一步以地壳的热传递为例,通过对热力学方程离散化设计了相应的演化规则。最后,借助公开的数据源开展了地壳热传递元胞自动机模拟的初步试验,并与一定区域下的数值模拟结果展开了比对。试验表明,与数值模拟方法相比,本文方法的模拟结果相对误差控制在27%以内,具备一定程度的可行性,可作为地球系统过程模拟的一种新思路。 相似文献
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基于六边形格网建模的方式研究城市内涝洪水的演进过程,采用离散格网的方法,建立了一种基于规则多尺度离散格网的城市几何模型,通过三维地形测量数据和二维建筑物矢量数据的融合,形成了规则的地表格网模型,该模型同时考虑了城市地形和建筑等特殊阻拦体。在此基础上,提出了一种逆向的水流推演方法,由洪水的状态反算演进过程,即以洪水的水淹深度为基础,通过与出(排)水口的连通性,计算水淹的范围,由此实现了城市内涝洪水的模拟推演。试验表明,本文方法能够有效地实现城市内涝场景的演进推演,可以为城市防减灾与应急决策提供科学依据。 相似文献
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为解决大数据量带来的热力图生成效率低的问题,引入基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)的并行计算方法,并结合轨迹线模型,提出了一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法。首先,针对轨迹点分布不均、邻域半径设置不合理等条件下产生的热力值不连续、不均等问题,采用轨迹线模型提升了热力图的效果。其次,针对大规模数据计算产生的热力图生成效率低的问题,通过GPU并行计算并配合内核函数参数调优、循环展开、像素缓冲对象显示等策略大幅提升算法计算效率。实验结果表明,所提方法较传统的基于中央处理器（central processing unit, CPU）的方法计算效率提升了5~30倍,且随着图像分辨率和轨迹数据的增加,算法加速比有逐步上升的趋势。 相似文献
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针对紧急条件下的溃坝洪水演进模拟实时要求高、灾情资料相对匮乏的问题,文章提出了一种基于栅格数据的水动力学溃坝洪水演进模拟算法。算法以栅格地形为基础,采用水动力学原理和GIS地形分析技术相结合的方法进行多次迭代计算。利用曼宁公式计算栅格单元间的流量,通过分析不同栅格单元洪水的流速特征,自适应计算迭代步长和计算次数,通过确定栅格间的洪水演进顺序,实现溃坝后洪水演进速度、淹没范围和水深的动态预估。选用安徽省王家坝蓄洪过程进行实验和对比验证。结果表明,该方法具有输入数据少、算法简单、计算速度快等特点,其模拟过程与历史灾情基本吻合,能够适应应急环境下的洪水演进模拟需要。 相似文献
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《测绘科学技术学报》2013,(5)
构建了多视匹配过程的总计算量模型,根据模拟参数赋值结果,分析得到了其中的密集计算任务,探讨了其GPU并行加速的必要性;针对单立体影像匹配技术细粒度GPU并行计算方案的不足,研究并设计了一种多视匹配密集计算任务的GPU粗粒度并行计算方案;利用专业级的GPU并行计算平台,对GPU粗粒度并行计算方案进行了实验验证,结果表明,该方案对于多视匹配过程中密集计算任务的并行加速效果十分显著。 相似文献
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元胞空间分区及其对GeoCA模型模拟精度的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
采用双约束空间聚类方法对元胞空间进行分区,在此基础上对不同的分区分别求取元胞转换规则,从而提高
元胞自动机的模拟精度。以杭州市土地利用变化为例,采用本文提出的基于双约束空间聚类的分区元胞自动机模型对
研究区域2000年—2005年的土地利用变化进行模拟,并利用逐点对比法和Moran I指数对模拟结果进行精度评估。结果
表明：(1)采用双约束空间聚类算法对元胞空间进行分区,可以保证同一分区内的元胞既在空间上邻近,又具有相对一
致的非空间属性信息,分区效果较好;(2)与不分区元胞自动机模型和基于空间聚类的分区元胞自动机模型相比,双约
束空间聚类元胞自动机模型具有较高的模拟精度,尤其是在空间形态和整体结构上具有较好的模拟效果。 相似文献
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构建基于元胞自动机的河道水流漫延模型,在该模型中针对河道地形特点处理边界问题,基于水力学中的曼宁公式构建模型局部转换规则,并利用元胞自动机的模拟空间复杂系统动态演变能力的特点,模拟了水流由上断面向下断面流动的动态过程,形成符合上下断面水位的水面,进而计算河道槽蓄量.实验结果表明,把元胞自动机模型引入水文领域计算河道槽蓄量的方法具有可行性. 相似文献
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根据球面四元三角网（quaternary triangular mesh,QTM）的离散特征及图形处理器（graphics processing unit,GPU）的多线程原理,用距离的计算与比较代替传统的扩张操作,提出了一种基于QTM的球面Voronoi图并行生成算法,并给出了Voronoi边界提取算法。利用C++语言及统一计算设备架构（compute unified device architecture,CUDA）开发了实验系统。实验结果表明,本文算法能够在球面上快速生成点、线、面数据集的Voronoi图,且能够将Voronoi误差控制在两个格网以内。同时,GPU并行计算的使用,提高了算法的效率。 相似文献
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《International Journal of Digital Earth》2013,6(4):383-403
Abstract Geospatial simulation models can help us understand the dynamic aspects of Digital Earth. To implement high-performance simulation models for complex geospatial problems, grid computing and cloud computing are two promising computational frameworks. This research compares the benefits and drawbacks of both in Web-based frameworks by testing a parallel Geographic Information System (GIS) simulation model (Schelling's residential segregation model). The parallel GIS simulation model was tested on XSEDE (a representative grid computing platform) and Amazon EC2 (a representative cloud computing platform). The test results demonstrate that cloud computing platforms can provide almost the same parallel computing capability as high-end grid computing frameworks. However, cloud computing resources are more accessible to individual scientists, easier to request and set up, and have more scalable software architecture for on-demand and dedicated Web services. These advantages may attract more geospatial scientists to utilize cloud computing for the development of Digital Earth simulation models in the future. 相似文献
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大范围动态水面场景的实时三维仿真是虚拟海洋环境以及三维游戏中研究的难点和热点。由于水的动态性以及各种复杂的光照等效果,传统基于CPU的模拟很难达到实时交互的能力。近年来图形处理器(GPU)性能得到大幅度提高,尤其引人注意的是出现可编程特性,这使得人们可以充分利用GPU上提供的运算器来设计算法完成一定的任务。基于此,针对目前实时水波模拟的瓶颈及提倡的"解放CPU"(Offload CPU)的思想,本文对水波模拟的模型进行了研究,提出了一种基于GPU的水波模拟方法,充分利用GPU的并行运算及浮点运算能力.加快水面模拟的速度。文章给出了一定网格大小下,数量不同的点波源模拟水面的效果,并给出了单纯利用CPU和基于GPU两种方法的对比情况。 相似文献
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The Markov chain random field (MCRF) model is a spatial statistical approach for modeling categorical spatial variables in multiple dimensions. However, this approach tends to be computationally costly when dealing with large data sets because of its sequential simulation processes. Therefore, improving its computational efficiency is necessary in order to run this model on larger sizes of spatial data. In this study, we suggested four parallel computing solutions by using both central processing unit (CPU) and graphics processing unit (GPU) for executing the sequential simulation algorithm of the MCRF model, and compared them with the nonparallel computing solution on computation time spent for a land cover post-classification. The four parallel computing solutions are: (1) multicore processor parallel computing (MP), (2) parallel computing by GPU-accelerated nearest neighbor searching (GNNS), (3) MP with GPU-accelerated nearest neighbor searching (MP-GNNS), and (4) parallel computing by GPU-accelerated approximation and GPU-accelerated nearest neighbor searching (GA-GNNS). Experimental results indicated that all of the four parallel computing solutions are at least 1.8× faster than the nonparallel solution. Particularly, the GA-GNNS solution with 512 threads per block is around 83× faster than the nonparallel solution when conducting a land cover post-classification with a remotely sensed image of 1000?×?1000 pixels. 相似文献
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基于水文仿真模型与GIS的三维可视化在城市洪水演进中的模拟研究——以马鞍山为例 总被引：1，自引：0，他引：1
本文对城市三维可视化虚拟场景构建和洪水演进实时动态模拟及其实现方法进行研究。以洪水水文数学模型为核心计算方法,对系统构建过程中的关键技术进行了深入探讨和研究,构建了城市洪水演进和洪水淹没三维模拟系统。研究表明,三维可视化技术与水力学模型结合提高了模型计算结果的准确性和可视性,对于城市防洪决策及水利工程有重要意义。以安徽省马鞍山市为应用实例,实现了城市三维地形仿真场景模拟及洪水演进分析和三维模拟。 相似文献
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Changqing Yan Jimin Liu Gang Zhao Chuanfa Chen Tianxiang Yue 《Transactions in GIS》2016,20(6):991-1003
A high accuracy surface modeling method (HASM) has been developed to provide a solution to many surface modeling problems such as DEM construction, surface estimation and spatial prediction. Although HASM is able to model surfaces with a higher accuracy, its low computing speed limits its popularity in constructing large scale surfaces. Hence, the research described in this article aims to improve the computing efficiency of HASM with a graphic processor unit (GPU) accelerated multi‐grid method (HASM‐GMG). HASM‐GMG was tested with two types of surfaces: a Gauss synthetic surface and a real‐world example. Results indicate that HASM‐GMG can gain significant speedups compared with CPU‐based HASM without acceleration on GPU. Moreover, both the accuracy and speed of HASM‐GMG are superior to the classical interpolation methods including Kriging, Spline and IDW. 相似文献
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王克刚 《测绘与空间地理信息》2011,34(1):112-114,117
研究了如何构建3维可视化虚拟场景和洪水演进的动态模拟及其实现方法.基于水文模型和DEM为核心计算方法,对3维洪水淹没构建过程中的技术进行了探讨和研究,研究表明,3维可视化技术与水力学模型结合提高了模型计算结果的准确性和可视性,对于防洪决策及水利工程有重要意义.以长江九江段数据为应用实例,进行3维地形仿真场景模拟及洪水演... 相似文献
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为了进一步解决大数据量带来的平差效率低下的问题,引入GPU并行计算技术,同时使用预条件共轭梯度法以及不精确牛顿解法求解区域网平差过程中的法方程,构建了适用于GPU并行计算的全新的区域网平差技术流程。本文方法避免了存储法方程系数矩阵,而是在需要的时候实时的计算该矩阵,使得本文算法相较于传统的算法所需的计算机内存空间大幅减少(仅需要存储平差原始数据即可),平差计算速度明显提升,同时计算精度与传统方法相当。初步试验证明,本文的方法在普通电脑上仅需要约1.5min即可完成对4500张影像、近900万像点数据的平差计算,且计算精度达到子像素级。 相似文献