高性能时空计算及应用

本书综合地理信息科学、计算机科学等领域知识，结合团队积累的研究案例，对高性能时空计算的理论、方法进行总结和凝练，可以指导海量时空数据处理、分析、挖掘等具体实践。全书共9章。第1章阐述高性能时空计算的现状及发展趋势；第2章介绍并行计算的基本概念、通用流程、评价方法等；第3～5章分别介绍多核、集群、众核环境下的时空分析算法设计与案例；第6章结合云计算的理论介绍时空大数据的存储与管理，包括分布式文件系统／非关系数据库下时空剖分、时空索引、查询访问等关键技术；第7章结合内存计算的理论介绍时空大数据的处理与可视化，具体包括时空大数据LOD方法、大规模POI数据／点云数据的可视化案例等；第8章介绍大规模时空过程模拟的方法与案例，包括元胞自动机、多智能体模型并行化及不同领域的应用；第9章介绍深度学习与时空计算的融合，结合具体案例讲述高性能计算支持的时空智能分析。本书可供地理信息系统、地球空间信息学、计算机科学、地理信息工程与应用、资源环境科学等领域的研究人员和开发人员使用，亦可作为高等院校相关专业的高年级本科生、研究生教学参考用书。

第1章高性能时空计算现状及趋势
1.1背景
1.2时空大数据
1.3高性能软硬件发展概况
1.3.1硬件架构
1.3.2典型的高性能计算模型及框架
1.4时空大数据并行处理与分析进展
1.4.1时空大数据存储与管理
1.4.2时空大数据并行分析
1.4.3时空大数据挖掘
1.5当前研究发展趋势
参考文献
第2章并行计算基础
2.1并行计算概述
2.1.1并行计算基本概念
2.1.2并行计算环境分类
2.2并行程序设计方法
2.2.1并行计算实现模式
2.2.2并行算法设计过程
2.3并行程序性能评价
2.3.1加速比及效率
2.3.2阿姆达尔定律
2.4并行程序设计案例
参考文献
第3章多核计算支持的时空分析算法设计
3.1多核计算概述
3.2多核CPU发展
3.3多线程开发模型
3.3.1PThreads
3.3.2OpenMP
3.3.3IntelTBB
3.4应用1：基于并行流水线的IDW空间插值
3.4.1空间插值
3.4.2基于并行流水线的IDW插值
3.4.3实验结果
3.5应用2：大规模点云的并行不规则三角网构建
3.5.1Delaunay三角网
3.5.2基于分治和并行流水线计算的并行Delaunay三角网构建
3.5.3实验结果
参考文献
第4章基于集群的时空分析算法设计
4.1集群计算概述
4.2集群的体系结构
4.2.1集群的分类
4.2.2集群开发模型
4.3MPI并行编程
4.3.1MPI简介
4.3.2消息通信模式
4.4应用1：基于MPI的k-均值聚类算法
4.4.1k-均值聚类（k-means）算法简介
4.4.2基于MPI的k-means聚类
4.4.3实验结果及分析
4.5应用2：基于MPI的克里金插值
4.5.1克里金插值简介
4.5.2基于MPI的分布式克里金插值
4.5.3实验结果及分析
参考文献
第5章基于GPGPU的时空分析算法设计
5.1众核计算概述
5.2GPU技术发展
5.2.1GPU体系架构变迁
5.2.2现代GPU体系架构
5.2.3GPGPU开发模型
5.3CUDA模型
5.3.1CUDA编程模型
5.3.2CUDA加速库
5.4应用1：基于CUDA的河网提取
5.4.1河网提取算法
5.4.2基于CUDA的河网提取实验
5.4.3实验结果及分析
5.5应用2：基于CUDA的Bellman-Ford*短路径搜索
5.5.1Bellman-Ford*短路径算法
5.5.2基于CUDA的Bellman-Ford*短路径搜索
5.5.3实验结果及分析
参考文献
第6章时空大数据分布式存储与管理
6.1云计算概述
6.1.1云计算的定义
6.1.2云计算的特征
6.1.3主流云计算平台及产品
6.2分布式文件系统
6.2.1分布式文件系统概述
6.2.2典型分布式文件系统
6.2.3HDFS简介
6.3分布式NoSQL数据库
6.3.1分布式NoSQL数据库概述
6.3.2文档数据库MongoDB
6.3.3列族数据库HBase
6.4时空数据组织与管理关键技术
6.4.1时空数据存储模式的发展
6.4.2时空索引和编码技术
6.5应用1：基于HBase的时空轨迹数据存储与管理
6.5.1时空轨迹数据存储管理方法概述
6.5.2系统实现及关键技术
6.5.3实验结果及分析
6.6应用2：基于MongoDB的海量地图瓦片服务
6.6.1地图瓦片服务
6.6.2系统实现及关键技术
6.6.3实验结果及分析
参考文献
第7章时空大数据可视化
7.1时空大数据可视化概述1347.1.1时空大数据可视化特征
7.1.2时空大数据可视化流程
7.1.3时空大数据可视化发展概况
7.2LOD技术
7.2.1LOD概述
7.2.2LOD构建方法
7.3分布式内存计算框架
7.3.1Spark简介
7.3.2Spark内存数据抽象
7.3.3Spark计算模式
7.4应用1：海量LiDAR点云数据可视化系统
7.4.1点云数据可视化
7.4.2系统实现及关键技术
7.4.3实验结果及分析
7.5应用2：海量POI数据可视化系统
7.5.1POI数据可视化背景
7.5.2系统实现及关键技术
7.5.3实验结果及分析
参考文献
第8章分布式地理时空过程模拟
8.1地理过程模拟概述
8.1.1地理系统与地理过程
8.1.2地理过程模拟
8.2地理过程模拟模型
8.2.1地理元胞自动机
8.2.2多智能体模型
8.3地理过程分布式模拟
8.3.1并行CA模拟
8.3.2并行ABM模拟
8.4应用1：实时信息支持下大规模微观交通过程模拟
8.4.1微观交通过程模拟
8.4.2大规模微观交通过程分布式模拟
8.4.3实验结果及分析
8.5应用2：基于元胞自动机的分布式林火蔓延模拟
8.5.1林火蔓延模型
8.5.2分布式林火蔓延模拟
8.5.3实验结果及分析
参考文献
第9章高性能计算支持的深度学习与时空计算
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