VZPOREDNO RAČUNANJE VIDNOSTI IN FRESNELOVIH CON NA GRAFIČNIH PROCESNIH ENOTAHOSTERMAN, ANDREJ (Avtor) Vidmar, Matjaž (Mentor) računanje vidnostiFresnelove coneradijske predikcijeradijski linkiCUDAGPEvzporedno računanjeGRASS GISDelo opisuje inovativno metodo izračuna vidnosti [61, 62] in Fresnelovih con na digitalnih zemljevidih z uporabo grafično procesnih kartic CUDA NVIDIA. Izdelani so trije vzporedni algoritmi: • modificiran vzporedni algoritem R2 za računanje vidnosti (R2-P), • algoritem za izračun zakrivanj Fresnelovih con (FZC), • algoritem za izračun prečnega preseka Fresnelovih con med oddajnikom in sprejemnikom (FZTI). Na osnovi uveljavljenega sekvenčnega algoritma R2 za računanje vidnosti je razvit modificiran vzporedni algoritem R2-P, ki za pohitritev izračuna poleg večnitenja izkorišča še druge uporabne lastnosti grafične procesne enote. Združen dostop do globalnega pomnilnika pripomore k hitrejšemu pretoku podatkov in s tem k hitrejšemu izračunu. Izmenjava informacij med nitmi v času računanja igra ključno vlogo pri pohitritvi. Izračun vidnosti na poljubno velikih podatkih je omogočeno s segmentacijo digitalnega zemljevida. Modificiran vzporedni algoritem R2 je primerjan z že implementiranimi algoritmi za izračun vidnosti v smislu točnosti izračuna in časa izračuna. Izkaže se, da je novi algoritem enako točen kot že uveljavljeni sekvenčni algoritem R2, hkrati pa omogoča bistveno pohitritev izračuna. Čas izračuna je skrajšan iz reda nekaj minut na red nekaj sekund. To pa v praksi pomeni možnost interaktivnega dela. Pri načrtovanju radijskega pokrivanja je poleg vidnosti zelo uporaben podatek o zakrivanju Fresnelovih con. Pri algoritmu za izračun zakrivanj Fresnelovih con se izbere lokacijo radijskega oddajnika, višino oddajnika, opazovano višino sprejemnika nad terenom in valovno dolžino radijskega valovanja. Algoritem za vsako točko terena izračuna, katera Fresnelova cona je zakrita. Rezultat je digitalni zemljevid z izrisanimi območji zakrivanj Fresnelovih con, kar o radijskem signalu na terenu pove precej več kot izračun vidnosti. Predvsem na področjih, kjer je prva Fresnelova cona povsem zakrita, se v primerjavi z izračunom vidnosti pridobi v praksi zelo uporabna informacija. Algoritem ima tudi možnost upoštevanja rabe tal, kjer se višina terena poveča v odvisnosti od rabe tal (npr. za gozdno površino reda 15 m). Z modifikacijami, kot sta vpeljava Friisove enačbe in upoštevanje smernega diagrama anten, postane algoritem enostaven propagacijski model in tako primeren za izračun radijskega pokrivanja. Izračun radijskega signala se primerja z izmerjenimi vrednostmi na terenu za frekvence 90 Mhz (FM), 800 MHz (LTE) in 1800 MHz (LTE). Za različne vhodne parametre enostavnega propagacijskega modela se izračuna standardna deviacija sprememb med izmerjenimi in izračunanimi vrednostmi in se jih prikaže na grafih. Tako se pridobijo najbolj optimalne vrednosti vhodnih parametrov za vsako frekvenčno področje posebej. Algoritem za izračun prečnega preseka Fresnelovih con med oddajnikom in sprejemnikom izračuna sliko Fresnelovih con, ki predstavlja matematični presek vseh skaliranih prečnih presekov Fresnelovih con vzdolž radijske poti. Rezultat je vizualna slika, ki pokaže lastnosti radijske (linkovske) zveze v smislu zakritja posameznih Fresnelovih con. V praksi bi algoritem najbolj koristil pri načrtovanju radijskih linkov, kjer bi lahko preverili, koliko in kateri del Fresnelovih con manjka zaradi ovir (terena). Vsi trije algoritmi so implementirani kot moduli GRASS GIS in se lahko uporabljajo na vsakem osebnem računalniku, ki ima vgrajeno grafično procesno enoto CUDA NVIDIA in naloženo ustrezno prosto dostopno programsko opremo.20152015-11-10 08:35:01Doktorsko delo/naloga73398VisID: 32941COBISS_ID: 11202132sl