Hình 3.7 Tìm kiếm trong 20.000.000 phần tử
Hình 3.8 Tìm kiếm trong 40.000.000 phần tử
Parallel Search: tiến hành thực nghiệm sau khi dữ liệu đã được sắp xếp tổ chức lại . Việc tìm kiếm dựa trên thuật toán tìm kiếm nhị phân, kết hợp với song song hóa thuật toán nói trên. Vùng dữ liệu tìm kiếm được phân chia cho các tác vụ khác nhau cùng áp dụng việc tìm kiếm nhị phân mộ cách đồng thời.
70
3.1.4. Thực nghiệm tìm đƣờng đi ngắn nhất từ 1 đỉnh đến tất cả các đỉnh
Hình 3.9 Thực nghiệm tìm với 1000 đỉnh 99884 cạnh
71
Hình 3.11 Thực nghiệm tìm với 3000 đỉnh 359260 cạnh
Nomal Find Path: thực nghiệm xử lý tìm đường đi ngắn nhất từ 1 đỉnh tới tất cả các đỉnh còn lại sử dụng thuật toán Dijkstra.
Parallel Find Path: thực nghiệm xử lý tìm đường đi ngắn nhất từ 1 đỉnh tới tất cả các đỉnh còn lại, với Dijkstra cải tiến song song hóa. Việc cải tiến tiến hành dựa trên ý tưởng, tìm cách song song hóa với các đoạn xử lý dữ liệu lớn, sao cho việc tính toán của các tác vụ khác nhau không làm ảnh hưởng tới kết quả tính toán của các tác vụ khác.
Đánh giá:
Qua các thực nghiệm ta có thể thấy rõ được những lợi ích về hiệu năng mà xử lý song song đem lại so với xử lý thông thường là vượt trội. Đối với hệ thống có khối lượng càng lớn ta càng thấy rõ sự khác biệt này.
Một hệ thống thông tin GIS có tính thực tiễn cao là hệ thống mang tính đa lớp, các lớp mang thông tin một cách chi tiết, chính xác. Chính yếu tố này làm lên một hệ thống thông tin với khối lượng dữ liệu lớn, công việc xử lý nhiều. Điều này càng thấy việc áp dụng song song trong GIS càng phù hợp thực tiễn và đặc điểm riêng của GIS.
72
3.2. Xây dựng Bản đồ số áp dụng
Ứng dụng đầu tiên của GIS phải nói đến là bộ công cụ tốt nhất cho việc xây dựng và biên tập bản đồ số. Đó chính là ứng dụng khởi đầu cho mọi ứng dụng tiếp theo của GIS.
Khi đã có bản đồ số cùng cơ sở dữ liệu tương ứng của một khu vực nào đó thì : - GIS là công cụ để cập nhật nhanh nhất những biến động thông tin bản đồ. - GIS là công cụ để truy xuất, tìm kiếm và khai thác thông tin về các đối tượng. - GIS là công cụ để quản lý cơ sở dữ liệu các đối tượng bản đồ.
- GIS là công cụ tốt nhất cho việc chiết xuất những thông tin thứ cấp. - GIS là công cụ để đánh giá biến động phục vụ theo dõi diễn biến lớp phủ. - GIS là công cụ tốt cho việc quy hoạch phát triển và tổ chức thực hiện sản xuất.
73
Bản đồ số là ứng dụng mang tính chất phục vụ cộng đồng. Hệ thống Bản đồ số phù hợp để xây dựng ứng dụng đa nền tảng, có ý nghĩa thực tiễn rất cao.
Một hệ thống Bản đồ số cung cấp người dùng các chức năng chính như. + Tra cứu bản đồ dữ liệu
+ Tìm kiếm đường đi trên bản đồ
+ Tìm kiếm địa điểm, thông tin dịch vụ trên bản đồ + Định vị tọa độ người dùng trên bản đồ
+ Đo khoảng cách thực địa trên bản đ + Theo dấu lộ trình đường đi
Mô tả khái quát về server và client:
Server
- Bản đồ số xây dựng theo kiến trúc hướng dịch vụ, Server sẽ cung cấp các dịch vụ Webservice cho các nền tảng dùng chung. Ngoài các dịch vụ(sevice) dùng chung thì với mỗi nền tảng có một số service riêng phù hợp với đặc thù các nền tảng đó.
- Server đươc xây dựng tính toán với các thư viện liên quan đến xử lý hình ảnh, tính toán hình học, phân mảnh dữ liệu chuyển cho client, tính toán tọa độ thực địa, tọa độ ảnh.
Desktop Client: Các ứng dụng được cài đặt trên máy tính, có chứa một số dữ liệu số hóa bản đồ có sẵn, các thông tin dữ liệu cần lấy truy xuất bằng cách gọi các dịch vụ của server.
- Client cung cấp việc tra dữ liệu bản đồ, tìm kiếm đường đi ngắn nhất trên bản đồ, đo đạc khoảng cách thực địa trên bản đồ.
Web Client: Ứng dụng chạy trên môi trường Web, khi có yêu cầu client yêu cầu tới server qua các dịch vụ cung cấp.
-Client cung cấp việc tra dữ liệu bản đồ, tìm kiếm đường đi ngắn nhất trên bản đồ, đo đạc khoảng cách thực địa trên bản đồ.
74
Mobile Client: Client yêu cầu thông tin tra cứu với Server thông qua dịch vụ, ngoài ra client xác định thông tin vị trí thông qua hệ thống định vị toàn cầu GPS, các thông tin sẽ được cung cấp cho server phục vụ tra cứu, tìm kiếm. -Client lấy thông tin tọa độ thông qua hệ thống định vị toàn cầu, vị trí này được gửi lên server, server thực hiện xử lý dữ liệu ảnh, dữ liệu hình học. Các kết quả tính toán xử lý được server phân chia thành các dữ liệu ảnh gửi về cho client. Việc lấy danh sách các dịch vụ: cây xăng, ATM, nhà hàng... được client gửi yêu cầu lên server. Server truy vấn cơ sở dữ liệu gửi một phần thông tin này cho client. Khi client truy vấn lấy địa điểm nào thì server sẽ tiếp tục trả kết quả dựa vào thông tin lựa chọn của client.
76
KẾT LUẬN
Qua các nghiên cứu về xử lý song song, cũng như tìm hiểu về hệ thống GIS. Luận văn đã giải quyết được mục tiêu đề ra là nghiên cứu một số thuật toán xử lý song song có thể ứng dụng trong GIS cũng như đưa ra những đánh giá, thực nghiệm nghiên cứu.
Việc áp dụng các thuật toán xử lý song song trong hệ thống GIS thử nghiệm đem lại hiệu quả rõ rệt. Bên cạnh đó thì việc song song hóa vẫn còn nhiều khó khăn thách thức. Việc phát triển song song hóa cho hệ thống GIS nói riêng cũng như các hệ thống khác cần có những kiến thức tổng hợp, để đem lại hiệu quả cao tối ưu hệ thống.
Sau quá trình nghiên cứu, luận văn đã đưa ra các kết quả nhất định: Đã đưa ra lý thuyết về 5 thuật toán song song hoặc cải tiến song song, trong đó đã cài đặt với dữ liệu thử nghiệm được 4 thuật toán. Các thuật toán đã chứng minh được tính hiệu quả về mặt hiệu năng tính toán thông qua các công thức chưng minh độ phức tạp thuật toán cũng như kết quả áp dụng vào thực nghiệm. Tuy nhiên, với thời gian có hạn, lượng kiến thức chưa sâu cũng như khó khăn trong quá trình tiếp cận với hệ thống bản đồ số thực tế, các thử nghiệm mới chỉ tính toán được trên các mô hình dữ liệu giả lập, tính thực tiễn chưa cao.
Định hướng phát triển: Dự kiến trong thời gian tới, tác giả sẽ tập trung vào việc nghiên cứu sâu hơn về mặt lý thuyết, các phương pháp chứng minh tính đúng đắn của các thuật toán bằng phương pháp toán học, tìm hiểu thực trạng của các hệ thống bản đồ hiện nay, tích hợp các thuật toán song song vào hệ thống, thay thế cho các thuật toán tuần tự nhằm cải thiện hiệu năng cho hệ thống.
77
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Richard Healey, Steve Dowers, Druce Gittings, Mike Mineter, Parallel
Processing Algorithms for GIS.
[2] Nathan Thomas Kerr, Alternative Approaches To Parallel GIS Processing, Arizona State University, 2009
[3] Jurgen Schulze, Torslen Fahle, A Parallel Algorithm for the Vehicle Routing
Problem, University of Paderbron, Germany.
[4] Đặng văn Đức, Hệ thống thông tin địa lý, NXB Khoa học và Kỹ Thuật Hà Nội năm 2001.
[5] Đoàn văn Ban, Nguyễn Mậu Hân, Xử lý song song và phân tán, NXB KH&KT, 2006.
[6] Morgan Kaufmann, The Art of MultiProcessor Programing, 2008. [7] Adam Freeman, DotNET 4 Parallel Programming in Csharp.
78
LỜI MỞ ĐẦU ... 1
CHƢƠNG 1:KHÁI QUÁT VỀ GIS VÀ XỬ LÝ SONG SONG ... 3
1.1 Hệ thống thông tin địa lý GIS ... 3
1.1.1. Lịch sử ra đời ... 3
1.1.2. Định nghĩa GIS ... 5
1.1.3. Các thành phần GIS ... 5
1.1.4. Tổng quan các chức năng của hệ thống thông tin địa lý ... 9
1.1.5 Các ứng dụng phổ biến của GIS... 16
1.2. Tổng quan về xử lý song song ... 20
1.2.1. Tại sao phải xử lý song song ... 20
1.2.2. Phân biệt xử lý song song ... 20
1.2.3. Mục đích của xử lý song song ... 21
1.2.4. Kiến trúc máy tính ... 21
1.2.4.1. Kiến trúc máy tính kiểu Voneument ... 21
1.2.4.2. Phân loại máy tính song song ... 22
1.2.4.3. Song song hoá trong máy tính tuần tự ... 25
1.2.4.4. Một số vấn đề cần quan tâm trong kiến trúc MTSS ... 27
CHƢƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN XỬ LÝ SONG SONG ỨNG DỤNG TRONG GIS... 29
2.1. Tại sao lại áp dụng xử lý song song trong GIS ... 29
2.1.1. Ý nghĩa thực tiễn của xử lý song song ... 29
79
2.2. Xây dựng thuật toán xử lý song song ứng dụng trong GIS ... 30
2.2.1. Nguyên lý thiết kế thuật toán song song(TTSS) ... 30
2.2.2. Các cách tiếp cận thiết giải thuật song song và đánh giá giải thuật song song... 32
2.3. Xây dựng một số thuật toán song song áp dụng trong GIS ... 33
2.3.1. Thuật toán sắp xếp song song bitonic... 33
2.3.3. Tìm kiếm đường đi ngắn nhất ứng dụng trong GIS ... 53
2.3.4. Xây dựng thuật toán tìm kiếm dữ liệu song song ... 58
2.3.5. Thuật toán sắp xếp Quicksort song song ... 62
CHƢƠNG 3: PHÁT TRIỂN CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM THUẬT TOÁN SONG SONG TRONG GIS65 3.1. Thực nghiệm áp dụng xử lý song song trong GIS và Bản đồ số ... 65
3.1.1. Thực nghiệm áp dụng thuật toán Bitonic trong việc sắp xếp dữ liệu đầu vào ... 65
3.1.2. Thực nghiệm với tìm kiếm dữ liệu thô ... 66
3.1.3. Thực nghiệm sắp xếp lại dữ liệu song song ... 68
3.1.3. Thực nghiệm tìm kiếm dữ liệu sau khi đã tổ chức lại dữ liệu ... 69
3.1.4. Thực nghiệm tìm đường đi ngắn nhất từ 1 đỉnh đến tất cả các đỉnh ... 70
3.2. Xây dựng Bản đồ số áp dụng... 72
3.3. Một số hình ảnh chương trình ... 74
KẾT LUẬN ... 76