Coastline Watch - Processamento de imagens com GPU em algoritmos de monitorização da linha ...

96 Pages·2015·5.76 MB·Portuguese

Ricardo José da Silva Martins
Licenciado em Eng. Informática - DI
Coastline Watch - Processamento de imagens
com GPU em algoritmos de monitorização da
linha da costa
Dissertação para obtenção do Grau de
Mestre em Engenharia Informática
Orientadores: Pedro Abílio Duarte de Medeiros,
Prof. Associado, Universidade Nova de Lisboa
Nuno Duro dos Santos, Engenheiro,
Bluecover Technologies, Lda
Júri:
Presidente: DoutoraAnaMariaDinisMoreira,Profa Associada,DI-FCT/UNL
Vogais: DoutorJoséManuelRibeiroFonseca,Prof.Auxiliar,DEE-FCT/UNL
DoutorPedroAbílioDuartedeMedeiros,Prof.Associado,DI-FCT/UNL
Setembro, 2015

Coastline Watch - Processamento de imagens com GPU em algoritmos de mo-
nitorizaçãodalinhadacosta
Copyright(cid:13)c RicardoJosédaSilvaMartins,FaculdadedeCiênciaseTecnologia,Universi-
dadeNovadeLisboa
A Faculdade de Ciências e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa têm o direito,
perpétuo e sem limites geográficos, de arquivar e publicar esta dissertação através de
exemplaresimpressosreproduzidosempapeloudeformadigital,ouporqualqueroutro
meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgar através de repositórios
científicos e de admitir a sua cópia e distribuição com objectivos educacionais ou de
investigação, não comerciais, desde que seja dado crédito ao autor e editor. Todas e
quaisquerreferênciasrelativasaoCoastlineWatch,sejadiagramas,arquitectura,clientes,
requisitoseimagenssãocopyrightdaBluecoverTechnologies,Lda.

Aosmeuspaiseaomeuirmão

AGRADECIMENTOS
Quero desde já agradecer em primeiro lugar o Prof. Pedro Abílio Duarte de Medeiros
(doDepartamentodeInformática)pelograndeapoioeorientaçãoquemedeudurante
estadissertação.Conheço-oháalgunsanoseéumexcelenteprofessor,abertoadúvidase
dispostoaajudarosseusalunos.Oprimeirocontactoquetivecomelefoiaodesenvolver
otrabalho”GestãodeRecursosemServidoresEquipadoscomAceleradoresGPUs”paraa
cadeiradePIICEIefoiumdostrabalhosquegosteidedesenvolverequemefezdespertar
ointeressepelacomputaçãoparalelaatéhoje.
Quero agradecer ao Eng. Nuno Duro (Bluecover Technologies), ao Prof. Gil Gonçalves
(INESC Coimbra) e ao Dr. António Alves da Silva (Direção-Geral do Território) pelo
suporte que me deram no desenvolvimento do serviço Coastline Watch. Na Bluecover
Technologies,aprendiaprogramareaobterexperiênciasprofissionaisnaáreadaObser-
vaçãodaTerra.
QueroagradeceraoDepartamentodeInformáticadaFCT-UNLquetemumdosmelhores
emaisreconhecidoscursosdopaís,eaosmeuspaiseomeuirmãopelaforçaesuporte
quemederamduranteosmeusanosdafaculdadeparaconseguirconclui-lo.
vii

RESUMO
Asalteraçõesàslinhasdecostasãoumproblemasériohojeemdia.Ascorrenteseas
ondasdomarprovocamalteraçõesàlinhadevidoaoprocessodeerosãoedeacreção.A
costa oestee sulde Portugalcontinental é banhadapelo OceanoAtlântico e aagitação
marítimacausadanosahabitaçõeseinfraestruturaspróximasaomar.Estasagressõesà
linhadecostatrazemimpactoseconómicos,ambientaisesociaisdopaís.
OCoastlineWatchéumsistemacolaborativoquepretendemonitorizarasalterações
à linha da costa causados por fatores naturais (ondas e correntes), fatores humanos ou
por alterações climáticas (subida do nível do mar). Tem uma infraestrutura flexível e
colaborativaparaprocessarpedidos,analisarepartilharresultadoscomoutrosmembros
doprojeto.Estesistemafazoprocessamentodeumconjuntodeimagensdealtaresolução
obtidasporsatélite(edeUAVs),usandoosalgoritmospansharpening,MNDWI+K-Means
eVectorização,earmazenaosresultadosparaumabasededadosespacialOGC(Open
GeospatialConsortium).
Apesardasvantagensdestesistema,existeoproblemadoprocessamentodosdadosser
feitoporCPU.Imagensdealtaresoluçãodemorammuitotempoaprocessar.Umasolução
seria usar GPUs na computação paralela, visto serem uma alternativa para processar
imagensequeapresentamumarelaçãodesempenho/preçomuitosuperioraodosCPUs.
AdquirirmáquinascomGPUsrápidasepotentesparatirarmaiorpartidodacomputação
paralelanãoéasoluçãoporcausadoscustos.Hásoluçõescloudquetêminstânciascom
GPUsparaacomputaçãoparalela.
EstadissertaçãocomeçacomaimplementaçãoeodesenvolvimentodosistemaCoas-
tlineWatch,emqueoutilizadorsubmeteumconjuntodeimagensparaosistemanacloud.
Depois, é descrita uma implementação paralela dos algoritmos mencionados usando
GPUs. No final, é feita uma avaliação comparativa dos resultados do processamento
paralelocomosdoprocessamentosequencial.
Palavras-chave: gpu, cloud, computação paralela, linha da costa, dados abertos, cuda,
mpi,aws
ix