武汉区域气象中心数值预报业务并行计算机系统

对武汉区域气象中心并行计算机系统进行了详细地介绍，分析了并行计算机体系结构、网络和存储系统特点；给出了在并行计算机SP上实现数值预报业务并行化的部分结果；对数值预报模式在串、并行编程环境下的结果进行了分析比较。     

海洋石油管线探测多波束剖面声纳设计

针对海洋石油管线探测多波束剖面声纳的高速、大容量的实时信号处理任务,以及声纳系统进一步扩展的需求,设计并实现了一种基于IP网络互连的、以并行DSP为处理节点的多波束剖面声纳系统.该系统应用于海底石油管线探测与定位,系统中的每个处理节点与数据采集转换部分采用TCP/IP网络连接,可以通过物理上添加一个或多个处理节点成倍的提高系统的信号处理能力,而在软件上无须大的改动.通过电联调与水槽试验,验证了系统的可行性和稳定性,该设计为高速水声阵列信号实时处理系统提供了一种全新的解决思路.     

空间信息网格中远程空间连接查询的优化

随着空间信息网格的建设,网格平台上管理的空间信息资源越来越丰富,这促进了空间信息网格中空间数据分布式查询的应用需求,而在分布式空间查询中,空间连接查询操作往往成为性能的瓶颈.根据空间信息的特点,通过利用网格计算资源来优化空间连接查询的执行.首先基于网格服务构建网格平台分布式空间数据查询软件结构,通过设计远程空间连接执行服务利用网格平台中的计算资源;根据空间信息的特点.采用基于Kd-Tree空间分区并行连接的方法提高远程空间数据连接操作执行效率,并给出了远程空间连接执行的查询代价模型;然后根据连接代价模型设计了远程空间连接查询执行计划优化生成算法;最后总结了本文工作并探讨了下一步研究方向.     

地理信息服务中数据传输性能分析

地理信息服务系统具有数据密集型和计算密集型的特点,对网络环境的设置有着特殊的需求。本文从地理信息服务系统中对数据传输应用的角度出发,从网络数据传输协议的传输层和应用层两个层次分析地理信息服务系统应用的特殊性,并根据系统应用的特殊需求提出相应的解决方案,提高整个应用系统中各类数据传输的效率、性能和系统运行的稳定性,提高地理信息服务系统为多用户提供地图服务、位置服务以及各种应用服务的综合能力。提高系统适应多用户并发访问海量数据的地图服务作业和频繁访问实效性很强的位置服务作业的能力。     

应用改进并行遗传算法反求水文地质参数研究

利用单纯形法局部搜索速度快和遗传算法全局寻优的特点,同时为了克服两种方法各自的弊病,提出采用混合单纯形技术的并行遗传算法(Hybrid Simplex Parallel Genetic Algorithm,SPGA)进行水文地质逆问题的求解。详细阐述了SPGA算法的具体操作和实现,并将该方法应用于水源地的地下水模拟反演中。计算结果表明,SPGA算法在水文地质参数寻优计算中具有比较好的可靠性和计算效率。     

超级计算机上矩阵乘的并行计算与实现

数值预报系统中经常要用到矩阵乘运算。在分布式超级计算机 (如IBM-SP) 上, 矩阵乘的并行计算需要较多的数据移动, 有效的数据传输对矩阵乘的实现至关重要。该文讨论了两种矩阵乘的并行算法, 一种是基于矩阵的列-行划分方式, 一种是基于矩阵的网格划分方式。在IBM-SP计算机上的实验结果表明, 网格划分的矩阵乘并行算法通讯开销更小, 并行效率更高, 其并行加速比较列-行并行算法改善约10 %。     

螺旋坐标下的因子分解合成炮叠前深度偏移

在合成炮叠前深度偏移的基础上，提出了一种高效的合成炮叠前深度偏移方法，即在螺旋坐标下用因子分解进行波场外推的混合法. 用因子分解进行波场外推分为因果过程和反因果过程两个显式求解过程. 这种螺旋坐标下的显式求解过程,提高了波场外推的效率. 根据相位编码原理,对多个射线参数的合成波场进行了编码叠加,基于射线参数实现了MPI并行计算,进一步提高了计算效率. 在推导了有关公式并进行定量分析之后,对Marmousi复杂模型进行了计算,并作了比较,结果表明本文方法具有精度高和速度快的特点,可用于实际资料的计算.     

台风路径数值预报模式的并行化及路径预报误差分析

国家气象中心台风路径数值预报模式经过串行优化及程序并行, 成功地实现了在国产超级计算机神威上的并行运算, 并可满足业务时效要求。基于并行程序及神威机计算平台的台风路径数值预报业务系统于2002年6月30日投入实时运行, 其初估场与侧边界条件从T106L19模式产品升级为T213L31模式产品 (称为基于T213台风预报系统, 原串行系统称为基于T106台风预报系统)。通过对2002年夏秋季台风路径的检验, 总体来看, 基于T213台风预报系统48 h内的平均路径预报误差小于基于T106台风预报系统的路径预报误差。对西行及西北行登陆的台风, 基于T106台风预报系统的48 h预报好于基于T213台风预报系统的预报。对于转向台风而言, 转向后的预报, 基于T213台风预报系统的预报要好于基于T106台风预报系统的预报, 有效地减小了基于T106台风预报系统对转向台风路径预报的系统性误差:即台风转向后预报路径较实况路径偏西。     

并行处理技术在地理信息数据处理中的应用

随着地理信息存储量的飞速增长,传统的单进程、集中式的数据处理方式已不能满足基于网络的地理信息服务的效能要求。分析对比了OpenMP,MPI和MapReduce等主流并行编程模式,将关系型数据库与分布式空间数据管理系统相结合,提出了面向并行处理的地理信息存储模型和数据组织模型,将该模型与传统模型进行了对比分析,并基于MapReduce实现了地理空间数据并行处理框架,选取了矢量数据装载、影像数据装载以及数据切片作为典型数据处理案例开展对比实验,该技术方案的处理效率均数倍于传统技术方案。实验表明,该模型能够很好地支持并行处理框架,可为分布式环境下数据处理中心构建提供一个有效解决方案。     

大范围复杂三维场景并行绘制实时帧同步技术

针对复杂三维模型在实时绘制过程中的帧同步策略,该文提出改进。基于Windows集群开发了一种sort-first数据分布式体系结构的并行图形绘制系统;基于缓存交换技术提出一种多路并行的帧同步算法来提高集群的通信效率。在Windows集群系统上进行了验证实验,结果表明:(1)该算法较大程度地提高了集群的帧同步性能并缩短了同步重建时间;(2)集群并行系统有效地完成了大范围复杂三维GIS场景的流畅绘制显示。