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GIS应用正面对空间数据规模日益增加和空间分析算法复杂度逐渐提高的挑战,本文提出一种基于MySQL空间数据库集群与MPI的并行计算库分布式空间分析框架的解决方案。该框架使用MySQL空间数据库集群解决大量空间数据存储与管理问题,利用MySQL Spatial的Replication机制加强空间数据的冗余备份和并发访问控制,同时使用MPI负责分布式计算节点间的通信减少人工控制通信的开发成本。并行框架的任务管理与调度系统采用优先队列式管理,通过Master节点监控集群状态,合理分发计算任务实现负载均衡和容错。最后,以多边形Overlay算法为例,研究其在该并行空间分析系统下的并行策略,采用数据并行的管道流水线作业方式在框架中运行测试,结果表明,该并行框架相比串行算法可以得到可靠的加速比。 相似文献
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Vatti算法是常用的矢量多边形裁剪算法之一,在其构建扫描束实现交点计算的过程中,二叉树的数据结构和递归计算方法导致其计算效率受矢量多边形边界顶点数量影响显著。本文针对Vatti算法执行过程中较为耗时的扫描束构建环节,提出了一种多边形边界顶点预排序的优化方法——VCS（Vertex Coordinate Pre-Sorting）方法,并基于该方法实现了对Vatti算法的GPU细粒度并行化。VCS方法使用双向链表对Vatti算法原有的二叉树数据结构进行了替换,以较小的额外存储空间取得了多边形边界顶点信息查找效率的明显提升。在GPU环境下采用双调排序算法对多边形边界顶点数组元素进行并行化排序并过滤出有效值,克服了原始算法使用二叉树存储导致效率低下的问题。实验结果表明,改进后的算法与原始算法相比,具有相同的计算精度;当多边形顶点数量为92万,CUDA每个线程块中的线程数量为32时,使用VCS优化方法,与采用CPU计算构建扫描束方法相比,GPU并行化方法获得了39.6倍的相对加速比,矢量多边形叠加分析算法效率总体上提升了4.9倍。 相似文献
3.
目前,空间关系查询中常用的Plane Sweep 算法是一种串行方法,而关于多核CPU的并行查询算法,在面对海量数据查询时,由于CPU核心数及线程数量的限制,其难以满足查询效率需求。针对该问题,本文提出了一种全新的异构多核架构多边形图层间空间关系查询的并行算法。首先,利用STR 树索引过滤不相交的多边形;然后,对过滤后多边形的线段构建四叉树索引,利用CPU+GPU架构并行计算线段的相交以判断多边形环间的拓扑关系;再根据环间的拓扑关系计算多边形间的维度扩展九交模型(DE-9IM)参数值,据此确定多边形间的空间关系;最后,通过实验验证了该算法的准确性和高效性。实验表明,本算法能有效缩短大数据量的空间查询时间。在实验中逐渐增加目标数据集和源数据集多边形的数量,当两数据集都为50 000 个多边形时,以包含关系为例,相比于ArcGIS,本文提出的算法可达到2 倍的加速比。 相似文献
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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 总被引：1，自引：0，他引：1
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。 相似文献
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传统关系型数据库在海量地理空间数据的存储与管理上面临着高并发访问规模限制、数据库扩展能力不 足等困难.非关系数据库如 HBase等以其强大的扩展能力与计算能力为该问题提供了新的思·与方法.空间索 引模型和分布式存储模式设计是影响基于非关系数据库的海量地理空间数据的存储与查询效率的关键因素.对 当前主要基于 HBase的索引模型和空间数据存储设计进行了研究,设计了基于行政区划编码与矢量要素编码结 合的 RowKey(行键),使空间数据在 HBase存储中得到很好的聚类效果,并针对要素重叠与边界划分等问题提出 了一种基于四叉树ＧR树的改进的空间索引模型.该模型基于四叉树结构将空间数据划分为多个子网格,为?一个 子网格构建 R树索引,利用 Hilbert(希尔伯特)曲线对子网格进行编码,并设计了基于 MapReduce的并行化索引构 建算法和相应的空间查询算法.经实验测试,该存储设计和空间索引模型具有较好的查询效率. 相似文献
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地统计面插值算法在空间统计分析中有广泛应用,其目的是通过一组面要素的某已知属性值估算另一组面要素的属性值。地统计面插值算法多是基于克里金（Kriging）插值及其衍生算法。克里金插值算法考虑属性在空间位置上的变异性,需计算要素之间的协方差,是典型的计算密集型算法。本文分析了基于克里金插值的地统计算法计算过程,该算法中面要素间协方差计算相互独立,可作为并行计算单元划分。另外,面要素间协方差计算可使用快速傅里叶变换（FFT）快速计算,而FFT是一种非常适合并行处理的计算密集型算法。本文根据算法特征设计了基于异构集群计算的并行算法,并使用MPI+CUDA实现了该算法。实验结果表明,本文实现的算法比使用MPI实现的CPU集群的算法有更好的性能,具备良好的可扩展性,并且随着插值精度提高表现出更好的性能。 相似文献
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脆弱水印可以实现对数据内容真实性的认证,并对发生变化的位置进行定位,鉴此,本文提出了一种点约束分块的矢量地理数据精确认证算法。在认证内容嵌入过程中,首先,按照点约束的方法对矢量地理数据进行分块,并将每块的数据点进行空间位置关系的“之字形”排序,建立数据点之间的位置关系;然后,将相邻点生成的脆弱水印信息嵌入到当前点。在内容精确认证时,比较原始的水印信息与提取的水印信息,判断二者是否相同来鉴别数据是否更新。将本文算法与均匀分块的方法进行了对比实验,结果表明,本文提出的认证算法能实现在数据更新时的精确认证,并可实现要素删除的精确认证,在检测数据变化时可对修改位置进行定位与标记。 相似文献
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基于手机信令数据的城市小活动空间人群空间分布特征 总被引：1，自引：0，他引：1
小活动空间人群是指日常活动范围较小的居民群体,他们对城市公共资源的需求主要集中在家庭位置附近的区域,分析其活动的时空规律特征,有助于更好地实现城市公共资源的均等化和精准化配置。然而目前研究中对此类人群关注较少,为此,本文提出一种基于手机信令数据的小活动空间人群识别及其空间分布的研究方法。首先识别用户家庭位置和停留点位置,构建基家最大距离指标,度量用户以家庭位置为中心的活动空间范围,并据此筛选小活动空间人群;其次根据用户与家庭位置间的距离信息构建“时间-距离”框架下的用户轨迹,在此基础上构建基于面积的轨迹相似性方法;然后利用逐级合并的层次聚类算法,根据用户轨迹的相似性对其进行聚类,挖掘小活动空间人群中典型活动模式;最后根据用户的家庭位置,进一步分析不同活动模式人群的时空分布特征。本文以上海市手机信令数据为例对该方法进行了测试,结果表明：① “时间-距离”框架下构建的基于面积的轨迹相似性方法,可反映用户基于家庭位置进行活动的时空特征,而逐级合并的层次聚类算法对典型活动模式挖掘的效率有明显提高,有助于研究城市居民的移动模式;② 上海市小活动空间人群分布呈现出圈层结构,主要分布在中心城区,郊区的工厂和大学城以及各区的商业中心附近,在郊区过渡区相对较少。本文提出的方法能够用于分析城市小活动空间人群的时空分布特征,可以为目前各大城市提出建设社区生活圈的决策提供方法支撑。 相似文献
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基于Agent建模的地理模拟是认识和理解动态地理现象的有效方法,但随着地理模拟的规模和复杂性不断增加,模型的计算问题开始凸显。分布式并行仿真是解决大规模Agent复杂模拟计算的途径,然而已有研究基于Agent建模/仿真软件构建并行仿真系统的方式并不适用于具有高移动与行为交互的空间Agent建模及其模拟过程的实时可视化。为解决这个问题, 本文提出了一个分布式地理模拟框架DGSimF,用于大规模动态空间Agent模拟,支持模拟过程的实时表示与分析。设计了一个简单但高效的时空数据模型建模空间Agent,支持直接基于Agent行为建模集成地学模型,采用了时间微分方法协同各计算节点行为的执行,实现以“任务并行”的方式进行分布式计算以提高仿真性能,构建了基于三维地球渲染引擎的虚拟地理环境,提供模拟过程的实时可视化。最后,以“红蓝对抗”案例进行了实验验证,对不同模拟计算量和不同客户端数量下的仿真性能进行了分析,结果表明DGSimF可以为具有时空特征变化与行为交互的大规模空间Agent模拟提供一个有效的平台。通过扩展计算节点,DGSimF可以有效地缓解复杂模拟计算的压力问题,并且仿真性能较高,在实验中并行效率保持在0.7以上。 相似文献
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伴随新型城镇化和全面休闲化时代到来,游憩-居住两大功能空间关系研究成为新时期城市地域结构领域的重要关注议题。基于POI地理空间大数据,通过运用Ripley's K函数、同位区位商、“不一致指数”定量模型和采用全局空间自相关、核密度估计等ArcGIS空间分析方法,探究了长沙市游憩-居住功能空间格局及其匹配关系特征。研究发现：① 两大功能空间均具有显著的空间正相关性,形态格局差异鲜明且均呈以“空间极核”为导向的集聚模式,各类型功能空间集聚强度表现为“居住空间>文化休闲空间>体育健身空间>商业娱乐空间>自然生态空间”;② 两大功能空间存在基于“距离-数量”的函数衰减关系,距离居住空间3000 m半径环带是游憩空间集中分布以及居民日常游憩休闲的重要活动范围;③ 居住空间具有“临近”游憩空间布局的指向特征,但反之不显著,两大功能空间呈单向吸引“非对称性”错位临近关系,居住空间临近不同类型游憩空间的指向强度呈“体育健身空间>文化休闲空间>自然生态空间>商业娱乐空间”位序格局;④ 游憩-居住功能空间协调关系具有较强的空间异质性,湘江西岸整体上优于东岸,岳麓区、望城区为游憩-居住协调型,天心区、芙蓉区、雨花区、开福区为游憩滞后居住型,长沙县为游憩超前居住型。本研究通过聚焦新型城镇化和全民休闲时代的城市游憩设施配置及其与居住空间的关系问题,将为丰富传承新背景趋势下的城市公共设施区位理论、城市空间结构理论等提供重要的理论探索方向,并为长沙市及国内同类大都市合理布局城市游憩休闲设施、优化调整城市空间结构和建设休闲宜居城市等提供科学参考。 相似文献
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影像金字塔是实现影像数据多分辨率组织的重要方式,是提高影像可视化性能的有效手段。传统串行金字塔构建算法,对大规模影像数据的构建性能已无法满足遥感影像快速浏览的预处理需求。故此,其成为一个亟待解决的问题,而利用多核、多节点的高性能集群计算环境和并行机制是一个重要的技术途径。本文在共享外存的高性能集群环境下,提出使用消息传递接口(MPI)的金字塔并行构建算法,对构建遥感影像金字塔过程中的重采样与I/O 过程进行并行处理,大大缩短了遥感影像金字塔构建时间。实验结果表明:(1)该算法比传统串行构建方法的加速效果明显,对于单波段遥感影像,其加速效果可达到GDAL的5 倍以上,而对于多波段遥感影像,加速效果可达到GDAL的2 倍以上;(2)遥感影像数据量越大,并行构建算法加速效果越显著,对于大规模的遥感影像,本文提出的金字塔并行构建算法的速度可达到GDAL的10 倍左右。 相似文献
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Mapping detailed soil property using small scale soil type maps and sparse typical samples 总被引：1，自引：0，他引：1
Soil type maps at the scale of I Z 1 000 000 are used extensively to provide soil spatial distribution information for soil erosion assessment and watershed management models in China. However, the soil property maps produced through conventional direct linking method usually suffer low accuracy as well as the lack of spatial details within a soil type polygon. This paper presents an effective method to produce detailed soil property map based on representative samples which were extracted from each polygon on the 1 ： 1 000 000 soil type map. The representative sample of each polygon is defined as the location that can represent the largest area within the polygon. The representativeness of a candidate sample is determined by calculating the soil-forming environment condition similarities between the sample and other locations. Once the representative sample of each polygon has been chosen, the property values of the existing typical samples are assigned to the corresponding representative samples with the same soil type. Finally, based on these representative samples, the detailed soil property map could be produced by using existing digital soil mapping methods. The case study in XuanCheng City, Anhui Province of China, demonstrated the proposed method could produce soil property map at a higher level of spatial details and accuracy： 1） The soil organic matter （SOM） map produced based on the representative samples can not only depict the detailed spatial distribution of SOM within a soil type polygon but also largely reduce the abrupt change of soil property at the boundaries of two adjacent polygons. 2） The Root Mean Squared Error （RMSE） of the SOM map based on the representative samples is 1.61, and it is 1.37 for the SOM map produced by using conventional direct linking method. Therefore, the proposed method is an effective approach to produce spatial detailed soil property map with higher accuracy for environment simulation models. 相似文献
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利用不同尺度的土地利用类型数据,表达不同的内容、传递不同的信息,可揭示不同的现象与规律。宏观的大尺度数据通常是由较精细的小尺度数据经数据综合而得。在论述土地利用类型综合特点的基础上,提出由土地利用类型尺度上推引发的土地利用类型数据综合过程,并给出类型转换、同类图斑合并、小图斑取舍与处理、数据简化与拓扑关系维护的处理流程,在一定程度上解决了土地利用类型数据的尺度上推问题。重点论述构建小图斑的多边形骨架线并将其剖分、归并入相邻图斑的小图斑处理方法,提出基于Douglas-Peucker算法改进的构造平衡线的多边形简化方法,对土地利用类型图斑进行简化,使简化前后面积及拓扑保持一致。通过对实验结果的分析表明,该方法适合于土地利用类型数据的综合,并可作为其他GIS数据尺度上推的参考方法。 相似文献
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地形建模是数字地形分析的重要基础工作。实时优化适应性网格算法（ROAM算法）是目前常用的地形建模方法。但ROAM算法应用于地形可视化实时渲染时要求原始数据为正方形,且渲染后常有裂缝产生,因而该法在地形建模实践中受到较大的限制。针对ROAM算法存在的上述不足,本文提出了基于内接正方形插值方法的改进ROAM算法。通过将多边形分割为一个内接正方形和多个边缘多边形,用多边形的一个顶点依次与其他顶点相连,使边缘多边形分割为多个三角形,并根据边缘三角形面积大小,确定是否对边缘多边形进行继续分割,由此解决数据源限定为正方形的问题,利用添加拆分点的方法消除地形渲染产生的裂缝。采用不规则地形的灰度图作为高程数据源进行地形模拟实验,结果表明：改进后的ROAM算法能够消除裂缝,且对数据源无约束性要求,降低了算法复杂度,提高了整体可视化性能,能够满足地形实时动态显示的要求。 相似文献