一种面向并行空间数据库的数据划分算法研究

面向基于对象关系型数据库而构建的并行空间数据库系统,提出了一种基于Hilbert空间填充曲线的适合于矢量空间数据的数据划分算法。在充分考虑空间信息的海量特征以及矢量数据存储记录的不定长等特点的前提下,该算法可实现并行空间数据库中海量空间数据记录在多个存储设备上的均衡划分,以避免出现数据倾斜现象,从而提高了空间数据的检索与查询效率。

基于R树的分布式并行空间索引机制研究

为提高分布式并行计算环境下海量空间数据管理与并行化处理的效率,基于并行空间索引机制的研究,设计一种多层并行R树空间索引结构。该索引结构以高效率的并行空间数据划分策略为基础,以经典的并行计算方法论为依据,使其结构设计在保证能够获得较好的负载平衡性能的前提下,更适合于海量空间数据的并行化处理。以空间范围查询并行处理的系统响应时间为性能评估指标,通过实验证明并行空间索引结构具有设计合理、性能高效的特点。

并行空间连接查询处理

基于顺序空间连接查询的效率不能令人满意 ,利用并行机制提高空间连接查询效率 .空间连接查询的并行处理方法最重要的特征是任务分配根据多路平面扫描顺序 ,避免了连接处理过程中处理器之间的通信花费 .提出基于空间连接花费模型的任务分配方法和基于花费估计的动态任务分配策略 ,并给出了花费模型 .

基于代理的并行空间查询语言

目前针对并行空间数据处理的研究主要集中在空间数据划分及其在其基础上的并行空间算法,对空间并行数据库平台本身的可用性,如应用程序的开发模式、高并发请求支持等研究较少。为此,对开源并行关系数据库查询语言进行空间查询扩展,提出一种基于代理的并行空间查询语言,并实现相应的并行数据库平台原型。基于该平台开发标准的网络地图绘图服务,在高并发环境下使用该服务对海量矢量数据进行实时渲染。实验结果表明,该平台具有与传统关系数据库一致的开发应用模式,可提供无缝的衔接方式,在海量数据高并发的情况下具有较高的可用性及查询性能。

开源关系数据库集群的并行空间连接算法实现

当前对并行空间连接查询的研究主要集中在算法设计上,缺少在并行关系数据库管理系统上的应用实现研究.通过分析并行空间连接算法流程,利用开源并行关系数据库集群项目PL/Proxy,提出了混合式计算迁移模式并扩展了对空间操作的支持,并在其上实现了可扩展的基于空间划分的并行空间连接算法.通过真实数据的实验表明:设计实现的并行空间连接算法在空间数据划分负载均衡的情况下,可实现近线性的加速比;而在空间划分产生数据倾斜严重的情况下,仍具有一定的加速比,同时具备针对空间划分方案改进的可扩展能力.算法的实现方式为进行并行空间数据管理研究提供了一种可行的解决方案.

基于并行空间数据库和GML的WebGIS系统的研究与实现

目前,对海量空间数据的快速处理与地理信息的互操作问题正制约着WebGIS的进一步发展和应用。作者对并行空间数据库和GML技术进行了探讨与研究,并采用并行空间数据库存储和管理GIS数据、GML作为其在因特网上地理信息的传输数据格式,设计和实现了一个基于WebService的WebGIS系统,取得了良好的应用效果。

虚拟实验教学中并行空间双调排序碰撞检测算法研究

虚拟实验教学是高等教育信息化建设的一个重要内容,计算机组装与维护虚拟实验教学也成为高校实验教学建设内容之一。如何减少计算机组装虚拟实验中配件碰撞次数是虚拟实验碰撞检测技术研究的重要内容。针对这一问题,提出并行空间双调排序碰撞检测算法,通过提高检测搜索过程速度,有效减少发生在物体之间的碰撞次数。通过对串行和并行空间双调排序划分方法测试、实验数据比较得出,采用并行空间双调排序碰撞检测算法可以快速、高效地判断物体是否碰撞并且减小碰撞检测的运算成本。

复合材料加筋板结构的并行空间协同优化设计方法

提出了使用并行子空间协同优化设计方法对复合材料加筋板结构的布局参数和铺层顺序进行协同优化。该方法分为3步:(1)以筋条型式、数量、尺寸和铺层厚度为变量,考虑静强度和稳定性要求,建立3个并行的子优化问题,实现了布局优化;(2)以层合板的各铺层角作为设计变量,考虑层合板的制造和工艺约束,以等效弯曲刚度为中间变量,实现了复合材料加筋板的蒙皮和筋条的铺层顺序优化;(3)通过协调稳定性约束,实现综合优化。本文完成了一个典型算例,算例结果表明,该方法不仅合理而且有很好的优化效果。

混合动态数据库集群的并行空间连接优化算法

传统算法数据划分冗余度和倾斜度高,无用连接数据多,降低负载均衡性,对整体效率产生不好的影响,不适于实际应用。为此,面向混合动态数据库集群提出一种新的并行空间连接优化算法。采用网格划分法对数据进行划分,依据空间数据划分结果获取数据分布状态,计算节点按照数据分布状态得到候选集。通过平面扫描形成若干子空间连接的子任务,利用构建节点花费模型,依据花费模型对并行空间连接所需的平均节点访问个数进行评估,把候选任务集分配至不同计算节点,在不同节点执行并行空间连接操作。通过边界过滤策略,删除不可能有结果的元组,提高效率,增强算法的实用性。实验结果表明,所提算法适于实际应用,效率高。

基于响应面并行子空间设计的载人潜水器优化

为提高载人潜水器的设计效率和综合性能,确定了一型载人潜水器的设计参数,分析了学科与学科、学科与系统之间的关系,完成了基于多学科设计优化思想的载人潜水器学科分解,建立了载人潜水器结构设计矩阵。利用响应面模型建立了艇型与推进、结构等学科的学科分析模型,利用公式建立了其他学科及系统层分析模型。以艇重为目标函数,分别建立了基于响应面并行子空间设计和基于并行子空间优化的载人潜水器优化框架,可实现优化过程中的近似模型更新,以提高求解效率及精度。利用上述2个框架进行了优化求解,结果表明:相比初始方案,并行子空间设计并行子空间设计减重为7.822%、并行子空间优化减重为7.311%,但并行子空间设计在计算精度、求解效率和最优解获取的概率等方面更具有优势。

基于并行子空间设计的AUV多学科可靠性优化

确定性多学科优化设计所得的最优解时常会落在约束边界上,该最优解可能在不确定性因素的影响下滑落出可行域,无法满足工程实践的需求。本文在AUV的设计过程中,考虑随机不确定性因素对AUV性能的影响,结合并行子空间设计方法(CSD),嵌入不确定性分析策略,展开AUV设计领域中的多学科可靠性优化分析研究。研究结果表明:在并行子空间设计方法的系统级中,可以很方便地嵌入蒙特卡洛(MCS)可靠性分析方法,组成基于CSD-MCS串行不确定性多学科优化方法;在AUV的总体设计过程中进行多学科可靠性优化法分析,可提升概率约束条件可靠性,使优化结果更为可靠。

MySQL集群与MPI的并行空间分析系统设计与实验

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O-verlay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。

并行R树空间索引中叶节点大小的确定方法研究

并行R树空间索引结构中叶节点的大小是影响索引效率的主要因素,其确定方法是并行R树索引结构性能优劣的关键。本文讨论并设计了一种多层并行R树空间索引结构,文中以系统的查询响应时间作为性能评估指标,给出了并行R树叶节点大小的确定方法,并通过实验验证了该方法的有效性和适用性,同时也论证了本文所设计的多层并行R树索引结构是合理的和高效的。

基于并行叠加的国土空间开发适宜性评价

在国土空间大数据环境下,基于传统串行叠加分析计算的国土空间开发适宜性评价性能已达极限,需研究并行化方法,以利用更多的计算资源提升国土空间开发适宜性评价的效率.在分析基于多空间对象叠加综合评价原理的基础上,通过引入空间数据预处理方法、空间数据划分方法及并行空间索引,提出并实现了以并行叠加分析为核心的国土空间开发适宜性评价方法.西南四省的国土空间建设用地适宜性评价应用实验表明:本文方法相比传统方法性能提升了至少30倍,且节约了大量的人力物力资源,解决了传统架构下国土空间开发适宜性评价计算效率低或无法胜任的难题.

一种并行多路空间连接处理方法

空间连接查询是最耗时、最重要的空间查询 .空间多路连接是涉及多个空间关系的连接查询 .顺序空间连接查询的效率还是不能令人满意 ,研究利用并行机制提高空间连接查询效率成为有吸引力的方向 .并行空间连接处理由三个阶段组成 :任务创建 ,任务分配和任务并行执行 .本文提出一种新的平面扫描方法用于多路并行处理的任务创建过程 .随后提出基于花费估计的动态任务分配策略 ,给出了花费模型 。

基于并行数据库的空间信息网络服务技术

当前空间信息的日益增长和空间问题复杂程度的不断加大,极大影响空间信息服务的效率。在阐述并行计算与GIS结合的必然性和可行性的基础上,详细讨论并行空间数据库集群体系结构、数据组织及并行算法等并行空间信息服务的关键技术,最终构建基于并行数据库的空间信息网络服务原型系统,并通过实验证明并行空间数据库系统在效率和性能上较传统GIS系统均得到明显提高。

飞航导弹基于响应面近似技术的并行子空间优化设计

分析了基于响应面近似模型的并行子空间方法CSSO/RSA的执行步骤和特点,并介绍了逐步逼近响应面近似模型的构建方法。给出了包含气动、弹道、发动机3个耦合学科的整体式冲压发动机飞航导弹的学科分析模型和系统优化模型,分别采用CSSO/RSA方法和单级多学科优化方法对飞航导弹进行优化设计。结果表明CSSO/RSA方法的性能要优于单级多学科优化方法。

利用并行子空间优化方法实现复杂工程系统并行设计优化

介绍了应用于航空航天领域内复杂系统设计的一种基于全局敏度方程的并行子空间优化算法,分析了算法的计算结构和参数设置,根据其收敛过程振荡和收敛早熟问题,发展了折衷系数的优化规律替代法和自适应累积约束参数法,提高了算法的收敛性能.算例表明改进后算法收敛性能有很大提高.将该算法用于某通用航空飞机的概念设计,考虑气动、重量和性能等3个学科,很好地解决了各学科间复杂耦合带来的计算困难,证实了本文算法的有效性.

邻域加强的并行子空间优化过程

针对基于响应面的并行子空间优化(CSSO-RS)过程的不足,提出了基于邻域加强的改进CSSO-RS优化过程。其主要思路是在子空间优化后,在得到的最优解附近进行全部变量的优化,以更好地协调系统级优化与子空间优化。用经典测试函数及通用航空飞机参数优化问题对该算法进行测试,测试结果表明该算法使CSSO-RS优化效率得到较大的改善。

计及气动和隐身约束结构综合优化的并行子空间优化方法

通过分析基于响应面的并行子空间优化算法的特点指出并行子空间优化算法学科级优化的作用在于向系统级优化响应面提供性能优良的设计点。在此基础上,建立了不要求学科级优化的改进的并行子空间优化算法,进一步降低了设计优化的计算量,解决了分析模块与优化模块间的接口困难。依据该算法建立了结构、气动和隐身一体化设计优化框架,实现了某无人机机翼计及气动和隐身约束的结构综合优化。