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基于pRPL的栅格地图投影变换算法并行化研究

魏梦婷  
【摘要】:地图投影变换是地图学与地理信息科学研究领域的基本研究课题,也是影响地图生产质量的重要环节。地图投影变换包括矢量地图投影变换和栅格地图投影变换。目前,矢量地图的投影变换已经相当成熟。由于栅格数据的结构简单、便于叠置分析和地表模拟、数据获取现势性强,因此,栅格地图已经成为地图生产的标准产品之一。然而,栅格数据由于数据量大,栅格本身隐含数学基础和地理空间位置,对栅格数据的任何变换,都会影响投影后的栅格地图质量。因此,栅格地图的投影变换精度和效率等相关问题的研究仍是地图学与地理信息科学领域关注的基础研究问题。本文针对栅格地图数据量大、投影效率低的问题,基于pRPL(Parallel Raster Processing programming Library,并行栅格处理库)重点研究栅格地图投影变换算法的并行化。论文主要研究内容包括:(1)基于栅格地图投影变换的过程,总结栅格地图投影变换算法实现过程,分析不同投影间坐标变换关系的确立、重采样方法等数学原理,实现栅格地图投影变换算法的串行程序;(2)基于栅格地图投影变换算法的串行程序,使用性能分析工具对其进行热点分析,找出算法中耗时的函数,结合算法的数学原理分析耗时函数的可并行性,基于pRPL提供的不同负载均衡、I/O模式对栅格地图投影变换算法分别进行并行化设计与实现;(3)在多核平台上对初步实现的并行算法进行测试,找出pRPL中适用于栅格地图投影变换算法的最优负载均衡和I/O模式。在最优模式下,分析程序各部分的耗时,找出制约其处理效率的原因,使用简单并行Tiff写入器(the Simple Parallel Tiff Writer,SPTW)并行写入输出文件以优化并行算法。将优化后的算法与栅格地图投影转换工具Librasterblaster进行性能对比。本文实验结果表明:基于pRPL设计的并行算法能够有效提升算法的运行效率;在初步并行基础上的优化算法能够进一步提高算法效率。与Librasterblaster进行对比,本文算法的加速比有明显的提升。本文研究为栅格地图投影变换提供了一种基于pRPL的并行化算法,提高了栅格地图投影变换效率,并对于栅格算法在pRPL上的并行化实现提供了借鉴,具有一定的技术参考价值。


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