利用CPU和GPU混合并行方法快速构建海洋扰动重力梯度基准图

作     者：黄炎 李姗姗 吕明昊 范雕 谭勖立 冯进凯 HUANG Yan;LI Shanshan;LU Minghao;FAN Diao;TAN Xuli;FENG Jinkai

作者机构：军事科学院国防科技创新研究院 信息工程大学地理空间信息学院 96941部队 

基　　金：国家自然科学基金(42174007 42174013) 

出 版 物：《武汉大学学报(信息科学版)》 (Geomatics and Information Science of Wuhan University)

年 卷 期：2025年第50卷第03期

页      码：515-527页

摘      要：高精度、高分辨率的海洋扰动重力梯度基准图是将水下扰动重力梯度辅助惯性导航付诸于实践的关键技术之一，可依据边值问题理论，基于移去-恢复技术计算求得。基于传统串行算法存在计算效率低、耗时长等问题，为满足大范围乃至全球海洋扰动重力梯度基准图的快速构建需求，利用中央处理器（central processing unit, CPU）与图形处理器（graph processing unit, GPU）混合并行（CPU+GPU）编程平台，设计了一种高效的混合并行计算方案。首先，利用数组收缩膨胀方法，有效解决了CPU进行勒让德函数递推计算过程中内存读写冲突问题；然后，引入Hilbert空间填充曲线，将二维格网重力异常数据降维成为具有高度聚簇性的一维数组，通过其在GPU显存中的快速索引，实现了Stokes积分的高效计算。在CPU型号为Intel Xeon（R） Gold 6130、GPU型号为Tesla V100的计算机上进行实验，利用该混合并行方案计算6°×6°范围、1′分辨率的全张量海洋扰动重力梯度基准图仅需15.84 s，而传统串行方法需要35 min以上；计算2°×2°范围、30″分辨率基准图仅需22.7 s，串行方法则需要52 min；计算2°×2°范围、10″分辨率基准图需要26.7 min，串行方法则需要两天以上。在保证并行计算绝对误差小于等于1×10-6E、Txx+Tyy+Tzz绝对值的最大值小于0.1 E、均方根误差小于0.01 E的前提下，实现了全球全张量海洋扰动重力梯度基准图模型的快速构建。

主 题 词：扰动重力梯度 边值问题 CPU GPU 混合并行 

学科分类：08[工学] 081105[081105] 081601[081601] 0816[工学-纺织类] 0811[工学-水利类] 

核心收录：

D　O　I：10.13203/j.whugis20220142

馆 藏 号：203158199...