基于分布式并行遗传算法的电力系统无功优化

针对传统遗传算法寻优质量差、计算时间长的问题,提出了基于计算机集群的一种新的分布式并行遗传算法解决电力系统无功优化问题.采用遗传模拟退火算法和分布式并行计算MPI(Message Passing Interface)技术,实现多进程的分布式集群计算.该算法通过个体迁移策略来协调优化各个子种群,使用计算效率来判断计算负载状态,采用动态种群来进行负载平衡.通过运用标准测试算例IEEE14节点和一个实际电力系统的无功优化计算,结果表明这种算法具有很高的稳定性,有较好的并行效率,适合求解大规模电力系统的无功优化问题.      

基于MapReduce的CME参数识别模型并行计算技术

日冕物质抛射（Coronal Mass Ejection,CME）参数识别模型是太阳风预报过程的重要组成部分.在空间环境预报业务中,为提高太阳风预报的准确率,需要提高CME参数识别的精度.模型以计算任务串行的方式运行,运算效率低导致模型运算时间长,不能满足这种需求.CME参数识别模型的物理运算过程相互不独立,其在单节点上的运行方式不能满足并行化要求.基于MapReduce的并行计算框架,改进了CME参数识别模型的计算流程,提出CDMR（CME detection under MapReduce）方法,实现了CME参数识别模型的并行计算,并对比分析CME参数识别模型在串行计算和MapReduce并行计算下的运行时间,提高了模型的识别精度和计算效率.      

月面复杂地形表层采样可采点确定方法

表层采样是获取地外天体特性的重要手段,是目前原位探测与采样返回样品获取的重要方式。实施月球表层采样过程中,月面复杂地形将对大尺度采样器工作带来约束。结合一类大尺度表层采样器,分析了月面复杂地形的影响,提出了表层采样的可采样充分条件,构建了以可视区分区、分区延伸、局部平均法向量稀疏、基点包覆检测相结合的并行可采点确定方法。仿真结果表明,该方法可准确确定复杂地形下表层采样可采点,分区并行计算可有效提升可采点的确定效率。     

"祝融号"火星车立体视觉算法并行设计与实现

针对地外天体的巡视探测任务,环境感知计算量大影响行走效率的问题,提出了立体视觉算法及并行优化设计与硬件协同来提高效率的方案.通过前向模型一次查表、省略冗余计算、三维点云生成与快速滤波等并行优化算法,立体视觉的计算量显著减少.再通过硬件的并行实现,感知效率比"玉兔二号"提升了8倍."祝融号"火星车采用该算法自主避障,完成...     

基于CUDA的超声二维声场EFIT仿真

随着图形处理器（GPU）的快速发展,基于计算设备统一构架（CUDA）可以方便地将并行计算技术应用于超声声场数值仿真计算,极大地提升计算效率。阐述了弹性动力学有限积分算法（EFIT）的原理,在采用CPU实现带吸收边界的钢材料二维点源激励声场仿真的基础上,基于GPU实现了仿真模型的并行计算,介绍了GPU程序的设计流程和参数优化方法,包括纹理内存使用、吸收边界优化和数据传输优化。对比了相同条件下CPU和GPU仿真计算的耗时和平均计算效率,定量分析了GPU对于EFIT模型效率的提升。比对结果表明,EFIT具有良好的并行计算条件,采用并行计算方法能够有效提升模型计算速度,对于复杂声场仿真应用具有广阔的应用前景。      

基于投影寻踪的高光谱图像异常检测并行算法

投影寻踪方法能有效提取数据中的非高斯结构凸显异常信息,但在求解最优投影方向时存在计算量大、运行时间长的问题,为提高处理效率,提出一种机群环境下的并行算法.选用偏度和峰度组合作为投影指标,将所有像素光谱作为特定投影方向集依次搜索,求解最优投影方向.在并行计算各候选方向投影指标时,分割图像数据分布存储于各机群结点,数据子块朝候选方向并行投影后,将指标计算式变形分解,使各结点在指标计算过程中所需数据均为本地数据,解决数据局部性问题,并采用一种"轮流作主"的机制提高算法负载均衡程度.利用实用型模块化高光谱仪数据在机群系统上进行测试,达到了较好的加速效果,表明该并行算法具有良好的并行性能.     

矩的显式积分算法研究与应用

矩的求解通常被用于求解有限元、体积、惯性矩等问题中.基于矩的叠加性,首先给出了在三维空间中计算域的离散方式,并推导了矩的显式积分公式,随后将其推广到n维空间中,该表达式易于在计算机上实现;设计了矩的并行计算算法,并通过Fortran和Python混编的方式,实现了矩的并行计算;对多重精度下的样例数据给出了一个算例,实现了零阶矩和二阶矩的计算,并和串行算法、逐次降维算法作出比较,进行了效率分析和误差分析.结果显示,矩的显式积分并行计算算法易于程序实现,并且在效率上高于串行算法,能够很容易推广到高维空间,该算法具有高度可并行性,误差主要来自计算域离散.      

基于HPI的神经网络图像匹配多处理机系统

针对嵌入式图像匹配计算特点,采用TMS320C6X系列处理器作为并行神经处理单元,设计了 一种基于TMS320C6X系列处理器HPI(Host-Port-Interface)互连的神经网络图像匹配多处理机系统,在这种并行计算系统中,包括一个主控计算单元和三个并行神经计算单元,主控计算单元通过HPI接口与各个神经匹配处理单元直接连接,通过HPI接口,主控计算单元可以直接访问各个神经元的片上和片外存储器,实现实时图像数据的直接转发和神经元中间运算结果的读取.理论分析表明,该设计可有效优化神经计算结构,提高图像匹配的实时性.      

分治策略在卫星数据交换控制中的应用

基于并行技术对卫星数据流控制进行了研究,利用分治策略设计一种并行架构的卫星数据流控制方式.这种并行进行的通信方式与以往卫星采用的顺序轮询下位机的通信方式相比,可大大缩短与所有下位机完成通信所花费的时间,为中心计算机节约出大量的系统时间,让中心计算机可以利用更多的时间进行卫星姿态控制与轨道计算.     

网络计算环境下任务调度问题研究

利用网上空闲处理机组成机群并行计算环境是快速增长的研究领域,任务调度是其中最关键性的问题之一.在基于消息传递机制的网络并行计算环境下,针对一类大粒度计算任务并行时协同同步工作问题,发展了一种新的静态调度模型,提出了调度算法,它映射一类特殊的并行程序任务到由网络上若干空闲处理机组成的机群中.研究表明该算法能减少此类并行程序的完成时间.      

模拟三维重力波传播过程的并行数值模式

从三维大气运动的基本控制方程出发, 基于MPI消息传递接口和区域分解的思想, 建立了模拟三维可压缩大气中重力波传播过程的并行数值模式. 在对垂直方向进行区域分解的基础上, 针对跳点网格的特点, 以垂直速度主格点线为子区域的下边界, 状态变量主格点线为子区域的上边界进行区域分解. 利用MPI消息传递接口来传递计算各子区域中变量时所要用到的相邻子区域上相应变量, 从而顺利地完成对整个计算域的并行计算. 根据线性重力波理论, 通过模拟小振幅重力波的传播过程对所建模式进行了验证. 结果表明, 模式可以很好地模拟小振幅重力波在三维空间中的传播过程, 模拟的重力波振幅随着传播高度的增加以指数形式增长, 对能量传播路径以及有效扰动位能和扰动动能的模拟结果均与理论预测的结果吻合很好. 另外, 随着进程个数的增加, 完成相同的计算量所用的计算时间也显著减少. 这表明本文建立的并行数值模式不但能够很好的模拟重力波的传播过程, 而且能够有效地节约计算时间.      

小推力发动机高空羽流场数值模拟

以小推力发动机的高空羽流场为研究对象，完成了氮气流的DSMC方法数值模拟研究，对计算的可靠性进行了实验对比验证，分析了高空羽流场特性及高空稀薄流动的非平衡效应。结果表明，用DSMC方法与加密网格技术结合可有效模拟高空羽流场，且必须计及气体非平衡效应。皮托压力的数值结果与实验符合得很好。     

多维三次样条函数及其应用

本文将一维三次样条函数推广到多维问题，它保留了三对角矩阵方程便于求解的特性，并能得到满意的插值、一阶和二阶偏导数。关于边界条件问题，若能给出边界节点处的一阶偏导数边界条件，则精度最高，但在大多数应用问题中，往往给不出此条件。为此，本文提出一种改进方法，即用拉格朗日三点插值法由域边附近的节点数据计算出边界节点处的一阶偏导数。算例表明，此法可改善精度。     

一种扩展的随机DAG模型

针对并行程序结构产生任务计算量和通信量随机性的情况,提出了一种扩展的随机DAG(Directed Acyclic Graph)模型,同时考虑了计算环境异构性和并行程序结构带来的计算时间和通信时间偏移量;基于此扩展的随机DAG,给出了DAG中节点的EST(Earliest Start Time)和偏移量的计算方法,以标准方差和平均值的和的数学期望来表示;最后,给出了基于扩展随机DAG的并行程序建模方法,通过计算实例验证了该扩展的合理性.实验结果表明,通过优化并行程序结构,可以提高并行程序的执行效率,并且更好地实现并行计算负载平衡.      

一种新的界面处理方法在气固耦合传热中的应用

对于高超声速流场和固体结构温度场的耦合传热问题,推导出了一种新的界面耦合处理方法,通过在流固交界面上求解由狄里科利和牛顿边界条件得出的偏微分方程,把对流体和固体两个区域的影响显式地体现在交界面方程中,并对该方法进行了稳定性分析.分析表明:该方法相比于传统的耦合迭代方法有更好的稳定性.将这套算法成功应用于绕无限长圆柱的气动加热计算中,对圆柱在气动加热过程中的温度变化做了比较详细的分析.     

可靠性预计中的置信度问题研究

在电子设备可靠性预计的传统方法中引入置信度概念，从而提出一种置信的可靠性预计方法。用这两种方法分别预计单元设备、表决系统和并联系统的可靠性并加以比较，结果表明，一种潜在的保守性的系统性的误差得以消除，因此置信方法能够更加准确地预计系统可靠性。     

结冰飞机非线性稳定域确定及安全操纵方法

结冰会恶化飞机的动力学特性,造成飞行包线收缩,威胁飞行安全,研究结冰后飞机的非线性稳定域变化对于驾驶员操纵应对策略设计以及飞行安全的提高具有重要意义。以NASA的GTM为案例飞机,首先对飞机气动参数进行多项式拟合,同时结合结冰因子模型,建立了飞机在结冰条件下的纵向通道动力学模型;然后通过分岔分析方法对飞机在不同程度结冰条件和操纵指令下的飞行状态变化进行了研究,并将其用于指导驾驶员操纵,同时考虑到分岔分析方法的局限性,利用微分流形理论确定了飞行系统的非线性稳定域,并将其作为飞行安全边界;最后针对结冰情形,提出将分岔分析方法与微分流形理论相结合共同用于操纵指导,并进行了操纵时域验证。研究结果表明,结冰会使安全边界收缩,在小扰动的作用下都可能使飞行状态超出安全边界。随着结冰程度增加,飞机的稳定性质甚至会发生变化,此时飞行状态将很难维持在原有的安全边界以内,提出了通过指导驾驶员操纵指令变化使飞行状态到达新的安全边界。研究结果对于飞行安全操纵及边界保护都具有一定的指导意义。