HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

400

BƯỚC ĐẦU XÂY DỰNG MÔ HÌNH XỬ LÝ SONG SONG
CHUYỂN ĐỔI TỌA ĐỘ VỚI KHỐI LƯỢNG DỮ LIỆU GIS LỚN
(INITIALIZING ESTABLISHING PARALLEL PROCESSING MODEL FOR
THE GIS DATA TRANSFORMATION PROBLEM)

Khưu Minh Cảnh
a
, Lê Trung Chơn
b

a
Trung tâm Ứng dụng Hệ thống Thông tin Địa lý, Sở KH&CN, Tp. HCM
[email protected]
b
Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa, Tp. HCM
[email protected]

Abstract: This paper presents some analyses on parallel processing the GIS data
transformation problem. Besides the correctness, the main problem is the time to transfer
data, especially in online applications or in some remote sensing applications. Thanks to the
technology development, we could process it in parallel. And there is also the description of
some parallel packages.
Keywords: Parallel processing, GIS, data transformation.

1. GIỚI THIỆU
Bài báo cáo này tập trung vào việc phân tích các nhu cầu tính toán trong bài toán chuyển
đổi hệ tọa độ và qua đó hình thành mô hình tính toán song song. Ta có, bên cạnh độ chính

⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
Z
Y
X
+
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
Δ
Δ
Δ
Z
Y
X
+

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
Z
Y
X
(1)
Trong đó:
ZYX ΔΔΔ ,,
: là những tham số tịnh tiến gốc tọa độ từ hệ A sang hệ B.
zy
x
ω
ω
ω
,,
: là những tham số quay của các trục tương ứng trên hệ A để về hệ B.
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

401
ds: là tham số tỉ lệ co giãn chuyển đổi đơn vị dài trong hệ tọa độ A về đơn vị dài trong
hệ tọa độ B.
2.1.2. Quan hệ toán học giữa hệ tọa độ vuông góc không gian ba chiều và hệ tọa độ trắc

- Tăng tốc (speed-up): tỉ số tốc độ giữa chương trình tính toán song song với một
chương trình tuần tự.
Theo đó, chúng ta có nhiều phân loại về phần cứng cũng như phần mềm trong lĩnh xử lý
song song như: phân loại về mô hình bộ
nhớ, phân loại về đồ hình kết nối, phân loại về xử lý
tính toán (phân chia xử lý theo vùng dữ liệu hoặc phân chia xử lý theo phép toán).
,sin})1({
;sincos)(
;coscos)(
2
BHeNZ
LBHNY
LBHNX
+−=
+=
+=
.
sin1
22
Be
a
N
−
=
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

402

Hình 1. Minh họa về đồ hình kết nối các bộ xử lý hình tháp phù hợp với bài toán
có phân chia hoặc phân tích ảnh viễn thám nhiều độ phân giải.

thuộc vào các yếu tố cơ bản như:
-
Bài toán GIS cần thực hiện: tính toán theo từng điểm, từng đối tượng, theo từng
đường, theo vùng,…
-
Định dạng lưu trữ dữ liệu GIS: theo tập tin hoặc theo cơ sở dữ liệu.
-
Cấu trúc dữ liệu: vector, raster, BBL,…
-
Bản thân mỗi đối tượng hình học. Ví dụ: một đối tượng không gian có 100 đỉnh và
một đối tượng không gian có 4 đỉnh sẽ có tốc độ chuyển đổi tọa độ khác nhau.
Thật sự, những yếu tố trên sẽ ảnh hưởng đến quá trình đọc dữ liệu. Hơn thế nữa, đối với
một số bài toán như bài toán chuyển đổi hệ tọa độ. Do các đối tượng mớ
i hình thành sẽ có sự
tương đồng với đối tượng cũ. Do đó, những yếu tố trên sẽ ảnh hưởng đến quá trình sau cùng
trong tính toán song song, đó là quá trình tổng hợp dữ liệu.
2.2.3. Một số gói phần mềm hỗ trợ tính toán song song trong GIS
Hiện tại, chi phí để xây dựng một hệ thống tính toán song song rất lớn. Tuy nhiên, trong
một phạm vi nghiên cứu, chúng ta có thể sử dụng một số gói phần mềm mở hỗ trợ môi trường
tính toán song song như: LAM/MPI, OpenMPI, MPICH2. Hầu hết các phần mềm đều có các
gói nghiên cứu trên các hệ điều hành Unix và Microsoft Windows. Hơn thế nữa, hiện tại các
gói phần mềm đã hỗ trợ chuẩn MPI2. Từ đó, chúng ta có thể dễ dàng qu
ản lý các tiến trình và
các đồ hình tính toán.
Hình 3. Tạo môi trường thực thi MPI trên 2 máy bằng gói MPICH2 phiên bản 1.2.1
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011


đây, chúng ta lại thấy rằng, nếu tập dữ liệu cần chuyển đổi hệ tọa độ
gồm 10 tỷ đối tượng, thì chúng ta có thể bị cản trở về thời gian phân phối dữ liệu (nếu chỉ một
máy đảm trách). Như vậy, mô hình phân phối dữ liệu phục vụ tính toán là mô hình quan trọng
trong xử lý song song chuyển đổi tọa độ. Hai mức độ giải quyết bài toán phân phối d
ữ liệu:
-
Mức độ 1: Giải quyết bài toán phân phối dữ liệu trên cơ sở thiết lập các đồ hình kết
nối. Đối với mức độ này, chúng ta phải nhận diện ra được các luồng dữ liệu truyền
trên mạng. Với cấu hình mạng tốt, chúng ta sẽ giảm thời gian mạng chờ.
-
Mức độ 2: Giải quyết bài toán phân phối dữ liệu trên cơ sở đã có đồ hình kết nối. Ở
mức độ này, thông thường chúng ta áp dụng cho những ứng dụng. Ví dụ: chúng ta
cần tạo (render) một hình về dữ liệu sau khi biến đổi để trả về cho máy khách trong
mô hình WebGIS. Khi đó, chúng ta phải hội tụ các máy tính tính toán cho một vùng
dữ liệu cần trả về máy khách tổng hợp. Khi đó, dữ liệu phân phối cụ th
ể đến các
máy được lọc theo vùng với những chiến lược riêng.
3.2. Đề xuất các chiến lược song song hóa
Từ những phân tích trên, chúng ta có các phương án thực hiện song song hóa khi thực
hiện tính toán chuyển đổi tọa độ như sau:
-
Phương án 1: Song song hóa việc chuyển đổi từng đối tượng. Chúng ta chỉ quan tâm
đến việc phân phối đều số đối tượng vào số bộ xử lý.
HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2011

405
- Phương án 2: Song song hóa việc chuyển đổi từng điểm. Vì trong đối tượng không
gian có thể có nhiều điểm. Do đó, chúng ta có thể thực hiện việc đánh giá số lượng
điểm trong tập đối tượng và phân phối việc tính toán song song. Trong phương án
này, chúng ta sẽ có thời gian tính toán tốt hơn phương án trên. Tuy nhiên, việc chuyển

Tài liệu tham khảo

1. TS. Lê Trung Chơn, Bài giảng môn học sau đại học Hệ qui chiếu trắc địa nâng cao.
http://ww.pgs.hcmut.edu.vn/~ltchon/lectures/geodetic_datum/Chuong1_BK_files/frame.htm

2. TS. Trần Văn Hoài, Bài giảng môn học sau đại học Tính toán song song.
3. PGS.TS. Nguyễn Đức Nghĩa, Bài giảng môn Tính toán song song, NXB Đại học Bách Khoa Hà
Nội, 2008.
4. Michael A. G. A¨ıv´azis, ACM/CS 114 Parallel algorithms for scientific applications, California
Institute of Technology, 2010.
5. George A.Jennings, sách Modern Geometry with Applications, Springer, 1994
6. Ian Foster, sách Designing and Building Parallel Programs, 1995.
7. Richard Healey, Steve Dowers, Bruce Gittings và Mike Mineter, sách Parallel Processing
Algorithms for GIS, Nhà xuất bản Taylor&Francis, 1998.