面向海量DEM資料庫的並行數字地形分析方法研究

《面向海量DEM資料庫的並行數字地形分析方法研究》是依託南京師範大學，由王永君擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向海量DEM資料庫的並行數字地形分析方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王永君
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

針對當前主流數字地形分析的相關理論和方法主要面向單一數據集，及並行數字地形分析研究缺乏系統化的現狀，從並行計算模式下地形屬性計算特徵、處理器負載特徵和數據管道流量特徵分析等方面入手，在理論研究和實驗評價的基礎上，按照地形屬性分類，對典型數字地形分析因子和算法的並行計算架構耦合度進行研究，提出適合運算元分類特徵的分散式數據部署和算法分配策略。以此為基礎，研究並行計算模式下顧及地形結構特徵和算法計算特徵的DEM動態拆分策略；分析區域地形分析運算元和局部地形分析運算元的邊界效應，進行量化評價，並研究消減邊界效應的多尺度數據疊置處理和計算點依賴的數據多級快取、異步調度和融合機制。在上述研究基礎上，選擇典型串列化數字地形分析算法，研究其並行化改造方法，以及結果數據流融合方法，進而探討普適的面向並行運算的數字地形分析算法結構體系，系統的提出和完善基於海量資料庫的並行計算平台下數字地形分析的理論和方法。

結題摘要

經過三年研究，課題按計畫完成了相應的研究任務。 面向並行數字地形分析I/O需求，設計了基於雲平台的DEM海量資料庫管理方法，支持三級空間索引，支持基於範圍、解析度、以及內容的DEM數據快速檢索與提取，並構建了基於Hadoop的海量DEM數據管理實驗平台系統，為並行數字地形分析的提供了快速數據訪問支持。 提出了任務粒度模型的概念和量化方法，從地形屬性的計算特徵、數據負載特徵、任務拆分方法等方面，量化描述地形分析算法的計算屬性和通信屬性，通過計算量、通訊量、任務之間依賴關係的定性與定量描述，為不同數字地形分析算法的數據與任務並行策略提供理論依據。設計了針對局部地形分析運算元的規則靜態數據劃分方法和任務分配策略，以及針對區域與全局地形分析運算元的不規則數據劃分方法與動態數據及任務分配策略。以坡度坡向計算、窪地填平、可視性分析等基本數字地形分析運算元，以及累計可視域分析、黃土溝沿線提取等複雜地形特徵分析的並行化為例，基於MPI、OpenMP、OpenCL等多種並行開發環境，經實驗驗證了所提出的並行數據調度與任務分配策略的有效性。基於軟體容錯模型，以並行數字地形分析為目標對象，提出了基於鄰域型算法的容錯策略N-ABFT，以及對應的容錯調度算法。 綜上所述，本課題系統研究了並行數字地形分析的數據管理、數據劃分、任務調度、地形結構影響、算法特徵量化、負載均衡、系統容錯、誤差分析等方面的理論和方法，為基於大範圍高精度DEM進行數字地形分析套用提供了良好基礎。