面向并行数字地形分析的快速复算方法研究

发布时间：2017-05-14 09:19

  本文关键词：面向并行数字地形分析的快速复算方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着空间数据分辨率及数据规模的快速增加,传统串行计算方式已经不能满足高性能地学和生产应用等方面的需求,并行计算的出现可以有效解决串行计算面临的问题,将并行计算和数字地形分析相结合已成为地学界的研究热点之一。一方面,并行计算的发展为用户提供了强大的数据计算能力,提高了资源的利用率。另一方面,并行计算的应用极大地促进了地学研究和工程实践的发展。然而,多数研究的重点是考虑地形分析算法的并行性,很少涉及有关并行数字地形分析中的容错问题。针对并行数字地形分析的特点,如何恰当的引入容错机制来提高DEM数据计算中的稳定性和可靠性,是高性能地学领域的研究热点和难点。首先,本文针对数字地形分析的数据密集型和计算密集型的特征,并结合当前并行计算平台的特点,提出构建面向并行数字地形分析的数据检错方法。该方法采用MPI编程模型和OpenMP编程模型结合的混合模式实现对DEM计算结果的检错。通过有效的数据划分策略,本文利用并行化方式进行数据的计算和检错,不仅节约资源,而且还降低了整体开销。本文又提出一种改进方式的数据检错方法,将数据检测与计算同步加快检错的效率。其次,为了保证并行数字地形分析的可靠性和结果的正确性,本文在检错和数据划分的基础上,提出了一种新的并行计算容错方法——快速复算方法。该方法具有快速地错误恢复的能力,在发生数据计算错误时,所有空闲进程对原始数据块再次拆分计算。对原始数据块再进行逻辑划分,并分逻辑块保存计算结果。一旦逻辑块计算完成,将其结果发送给比较现场进行比较,同时对该数据块的计算继续进行,使得复算和计算同步进行,从而提高快速恢复的效率。最后,本文实现了快速复算方法,通过坡度算法实验验证了该方法的性能。不仅比常用的容错技术在平均执行时间和系统资源消耗上具有优越性,而且可以高效地解决并行数字地形分析中计算数据检错与恢复问题。
【关键词】：并行计算 并行数字地形分析 快速复算 错误检测 容错技术
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP338.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 检测技术11-14
• 1.2.2 容错技术14-15
• 1.3 课题的提出15
• 1.4 论文的主要工作及创新15-17
• 1.4.1 主要工作15-16
• 1.4.2 创新之处16-17
• 1.5 论文的结构17-18
• 第2章 并行数字地形分析的容错技术综述18-34
• 2.1 并行计算18-24
• 2.1.1 概述18-19
• 2.1.2 并行算法19-20
• 2.1.3 并行编程模型20-23
• 2.1.4 并行体系的结构分类23-24
• 2.2 并行数字地形分析24-29
• 2.2.1 数字地形分析的并行化24-26
• 2.2.2 DTA与DEM的基本内容26-28
• 2.2.3 DEM结构模型28-29
• 2.3 并行领域中的容错技术分析29-33
• 2.3.1 概述29-30
• 2.3.2 检查点技术30-31
• 2.3.3 冗余计算技术31
• 2.3.4 MPI容错技术31-32
• 2.3.5 基于算法容错32
• 2.3.6 并行复算32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 面向并行数字地形分析的数据检错方法34-52
• 3.1 快速复算框架34-36
• 3.2 基于DEM数据的并行化检测分析36-38
• 3.2.1 DEM数据误差分析36-37
• 3.2.2 冗余检测策略分析37-38
• 3.3 数据划分与计算38-42
• 3.3.1 划分约束38-39
• 3.3.2 划分方式39
• 3.3.3 数据计算39-42
• 3.4 构建数据检错方法42-51
• 3.4.1 相关概念及定义42-43
• 3.4.2 快速数据检错方法43-47
• 3.4.3 改进数据检错方法47-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 并行数字地形分析中的快速复算方法52-63
• 4.1 快速复算方法52-54
• 4.1.1 相关概念及定义52
• 4.1.2 错误产生及数据再划分52-53
• 4.1.3 快速复算因子53-54
• 4.2 数据块中关键点的设置54-56
• 4.2.1 关键点的选取与数量54-56
• 4.2.2 关键点的保存56
• 4.3 改进快速复算方法56-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 实验与分析63-69
• 5.1 实验方案63-64
• 5.1.1 实验环境与实验数据63
• 5.1.2 实验设计63-64
• 5.2 实验结果与分析64-68
• 5.2.1 数据检错实验结果与分析64-67
• 5.2.2 快速复算实验结果与分析67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第6章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-77
• 在读期间发表的学术论文及研究成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：364793