中國作為世界第一大農(nóng)業(yè)大國,當前我國的土壤侵蝕問題已嚴重制約了我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展�？茖W、有效地開展水土流失動態(tài)監(jiān)測工作,可掌握水土流失動態(tài)變化情況。然而傳統(tǒng)的水土流失監(jiān)測手段需要花費大量的時間和精力,因此,基于現(xiàn)有的土壤侵蝕相關(guān)領(lǐng)域的研究成果,利用前沿的3S技術(shù)和計算機技術(shù)等手段,實現(xiàn)一套功能完善的區(qū)域土壤侵蝕模型系統(tǒng)對于定量揭示土壤侵蝕的過程和機理顯得尤為重要,對進一步指導水土保持建設的科學實施具有重要的意義。本文以劉寶元等學者提出的中國土壤流失方程(China Soil Erosion Equation,簡稱CSLE)為理論基礎,分析了土壤侵蝕的過程和機理,并基于用戶的需求,設計并實現(xiàn)了一套不依賴于任何商業(yè)軟件的區(qū)域土壤侵蝕模型系統(tǒng)。此外,以計算統(tǒng)一設備架構(gòu)(Compute Unified Device Architecture,簡稱CUDA)為技術(shù)手段,分析了克里金插值算法的原理和流程,設計并實現(xiàn)了一套基于CUDA的并行克里金插值算法,并且將該算法與區(qū)域土壤侵蝕模型系統(tǒng)集成,在一定程度上提高了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的效率。本文取得的主要研究成果可以概括如下:(1)根據(jù)...

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 土壤侵蝕模型研究現(xiàn)狀
        1.2.2 土壤侵蝕模型與空間插值
        1.2.3 存在的問題
    1.3 本文主要研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)
    1.4 本章小結(jié)
第二章 土壤侵蝕模型理論基礎
    2.1 土壤侵蝕模型概述
    2.2 中國土壤流失方程簡介
    2.3 土壤侵蝕因子及侵蝕模數(shù)計算
        2.3.1 土壤侵蝕因子計算
            2.3.1.1 降雨侵蝕力因子R
            2.3.1.2 土壤可蝕性因子K
            2.3.1.3 坡長因子L和坡度因子S
            2.3.1.4 植被覆蓋與生物措施因子B
            2.3.1.5 水土保持工程措施因子E
            2.3.1.6 耕作措施因子T
        2.3.2 土壤侵蝕模數(shù)計算
    2.4 克里金插值在中國土壤流失方程中的應用
        2.4.1 克里金插值算法原理
            2.4.1.1 普通克里金插值基本原理
            2.4.1.2 變差函數(shù)的概念
            2.4.1.3 變差函數(shù)的理論模型
        2.4.2 克里金插值算法流程
    2.5 GPU并行計算技術(shù)
        2.5.1 并行計算技術(shù)簡介
        2.5.2 GPU體系架構(gòu)
        2.5.3 CUDA編程模型
            2.5.3.1 主機與設備
            2.5.3.2 線程結(jié)構(gòu)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 區(qū)域土壤侵蝕模型系統(tǒng)需求分析與設計
    3.1 系統(tǒng)需求分析
        3.1.1 系統(tǒng)功能需求
            3.1.1.1 用戶管理需求
            3.1.1.2 數(shù)據(jù)管理需求
            3.1.1.3 數(shù)據(jù)預處理需求
            3.1.1.4 模型計算需求
            3.1.1.5 數(shù)據(jù)可視化需求
            3.1.1.6 日志管理需求
        3.1.2 系統(tǒng)非功能需求
            3.1.2.1 易操作性需求
            3.1.2.2 高穩(wěn)定性需求
            3.1.2.3 高安全性需求
            3.1.2.4 易維護性需求
            3.1.2.5 可擴展性需求
        3.1.3 設計約束
    3.2 系統(tǒng)設計
        3.2.1 系統(tǒng)環(huán)境設計
            3.2.1.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境
            3.2.1.2 系統(tǒng)運行環(huán)境
        3.2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設計
            3.2.2.1 數(shù)據(jù)訪問層
            3.2.2.2 業(yè)務邏輯層
            3.2.2.3 視圖層
        3.2.3 系統(tǒng)功能模塊設計
            3.2.3.1 用戶管理功能模塊
            3.2.3.2 數(shù)據(jù)管理功能模塊
            3.2.3.3 數(shù)據(jù)預處理功能模塊
            3.2.3.4 模型計算功能模塊
            3.2.3.5 數(shù)據(jù)可視化功能模塊
            3.2.3.6 日志管理功能模塊
    3.3 本章小結(jié)
第四章 基于CUDA的克里金插值算法設計與實現(xiàn)
    4.1 克里金插值算法在土壤侵蝕模型中的應用
    4.2 克里金插值算法的總體實現(xiàn)思路
        4.2.1 克里金插值算法流程
        4.2.2 克里金插值算法的串行實現(xiàn)
    4.3 克里金插值算法的并行實現(xiàn)
        4.3.1 基于OpenMP的普通克里金插值算法實現(xiàn)
        4.3.2 基于CUDA的普通克里金插值算法實現(xiàn)
        4.3.3 算法性能分析
            4.3.3.1 實驗條件
            4.3.3.2 實驗結(jié)果
            4.3.3.3 算法性能分析
    4.4 結(jié)果驗證
        4.4.1 實驗區(qū)概況
        4.4.2 實驗結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第五章 區(qū)域土壤侵蝕模型系統(tǒng)實現(xiàn)
    5.1 系統(tǒng)主界面
        5.1.1 標題欄
        5.1.2 菜單欄
        5.1.3 工具欄
        5.1.4 工作顯示區(qū)
        5.1.5 狀態(tài)欄
    5.2 用戶管理功能
        5.2.1 用戶管理
        5.2.2 權(quán)限管理
    5.3 數(shù)據(jù)管理功能
        5.3.1 模型輸入?yún)?shù)管理
            5.3.1.1 區(qū)域邊界設置
            5.3.1.2 計算起止時間設置
            5.3.1.3 模型投影和幾何信息設置
        5.3.2 模型輸入地理要素管理
            5.3.2.1 模型動態(tài)監(jiān)測區(qū)域設置
            5.3.2.2 降雨數(shù)據(jù)管理
            5.3.2.3 土地利用數(shù)據(jù)管理
            5.3.2.4 土壤數(shù)據(jù)管理
            5.3.2.5 DEM數(shù)據(jù)管理
    5.4 數(shù)據(jù)預處理功能
        5.4.1 區(qū)域邊界數(shù)據(jù)預處理
        5.4.2 降雨數(shù)據(jù)預處理
        5.4.3 土地利用類型數(shù)據(jù)預處理
        5.4.4 土壤類型數(shù)據(jù)預處理
    5.5 模型計算功能
        5.5.1 土壤侵蝕因子計算
        5.5.2 土壤侵蝕模數(shù)計算
    5.6 數(shù)據(jù)可視化功能
        5.6.1 地圖數(shù)據(jù)可視化
        5.6.2 屬性數(shù)據(jù)可視化
    5.7 日志管理功能
    5.8 本章小節(jié)
第六章 系統(tǒng)測試
    6.1 系統(tǒng)測試
        6.1.1 測試目的
        6.1.2 測試環(huán)境
        6.1.3 測試流程
        6.1.4 軟件測試
            6.1.4.1 用戶管理功能測試
            6.1.4.2 數(shù)據(jù)管理功能測試
            6.1.4.3 數(shù)據(jù)預處理功能測試
            6.1.4.4 模型計算功能測試
            6.1.4.5 數(shù)據(jù)可視化功能測試
            6.1.4.6 日志管理功能測試
            6.1.4.7 系統(tǒng)性能測試
        6.1.5 測試結(jié)果分析
    6.2 本章小結(jié)
第七章 全文總結(jié)與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 研究中的不足與展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士期間取得的研究成果



本文編號：3801918