[發(fā)明專利]一種地理柵格數(shù)據(jù)任選多邊形區(qū)域的直方圖實(shí)時(shí)生成方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610017618.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105701760A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘志農(nóng);吳燁;馬夢(mèng)宇;陳犖;吳秋云;熊偉;景寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T1/20
• 分類號(hào): G06T1/20;G06T17/05
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地理信息處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種地理信息系統(tǒng)中地理柵格 數(shù)據(jù)任選多邊形區(qū)域的直方圖實(shí)時(shí)生成方法。

背景技術(shù)

直方圖是一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)概念，它通過(guò)對(duì)選定地域某一方面特征(如海拔、顏色 等)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)表征該地域的全局特征。直方圖廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域比如圖像處 理、數(shù)據(jù)挖掘以及數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用。

隨著地理空間數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，人類獲取地理空間數(shù)據(jù)的效率不斷提高， 用于分析處理的地理空間數(shù)據(jù)的規(guī)模越來(lái)越大。與此同時(shí)，隨著地理數(shù)據(jù)分析需 求的多樣化發(fā)展，用戶往往需要通過(guò)交互的方式快速得到自己選定空間區(qū)域的直 方圖數(shù)據(jù)。目前絕大多數(shù)GIS軟件如ArcGIS、SuperMap、MapGIS等均具有生成 直方圖的功能，但是都不支持任選多邊形區(qū)域的直方圖生成，而且其直方圖生成 耗時(shí)比較長(zhǎng)，遠(yuǎn)不能滿足與用戶實(shí)時(shí)交互的需要。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究直方圖快速生成算法主要有兩個(gè)方向。

一個(gè)是利用CPU(CentralProcessingUnit)進(jìn)行直方圖生成。隨著技術(shù)的 進(jìn)步，CPU處理速度越來(lái)越快，計(jì)算的性能可以隨著CPU性能和數(shù)量的增加而不 斷提高，相對(duì)而言I/O性能的增長(zhǎng)跟不上計(jì)算性能的增長(zhǎng)。在地理柵格數(shù)據(jù)處理 領(lǐng)域，當(dāng)處理大規(guī)模數(shù)據(jù)時(shí)，低性能的I/O將成為影響整體性能的瓶頸，這嚴(yán)重 制約了生成直方圖運(yùn)算效率的提高。因此，利用CPU進(jìn)行直方圖生成往往是通過(guò) 減少數(shù)據(jù)的訪問(wèn)量、提高訪問(wèn)速度來(lái)提高生成速度。

另一個(gè)是利用GPU(GraphicsProcessingUnit)進(jìn)行直方圖生成。GPU作為 一種專為計(jì)算密集型、高度并行化應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高性能計(jì)算平臺(tái)，其運(yùn)算能力和 存儲(chǔ)器帶寬上相對(duì)于CPU有明顯的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)計(jì)算統(tǒng)一設(shè)備構(gòu)架CUDA(Compute UnifiedDeviceArchitecture)，GPU可以在單指令多數(shù)據(jù)SIMD(Single InstructionMultipleData)編程模型下發(fā)揮其強(qiáng)大的計(jì)算能力，因此，高效的 直方圖生成可以依托這些并行處理器平臺(tái)。基于GPU的直方圖生成算法的并行化 難點(diǎn)在于如何減少數(shù)據(jù)分布的不規(guī)則所產(chǎn)生的寫沖突。目前CUDA的軟件開(kāi)發(fā)包 已經(jīng)支持32位色圖和256色圖兩種基礎(chǔ)的直方圖生成算法，兩者的實(shí)現(xiàn)主要依 靠于對(duì)直方圖進(jìn)行多次復(fù)制，即為每個(gè)線程生成一個(gè)私有直方圖副本以減少寫沖 突。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種地理柵格數(shù)據(jù)任選多邊形區(qū)域的直方圖實(shí)時(shí)生成 方法。利用本發(fā)明為用戶提供服務(wù)的流程如圖1所示，用戶根據(jù)需求在客戶端屏 幕自由框選任意多邊形區(qū)域，客戶端將用戶輸入的請(qǐng)求發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng) 過(guò)計(jì)算后再將求得的直方圖結(jié)果返回到客戶端，最后由客戶端將結(jié)果反饋給用戶， 而且為了滿足實(shí)時(shí)交互的需求，從用戶輸入完畢到得到直方圖結(jié)果，耗時(shí)不應(yīng)超 過(guò)0.5秒。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)解決方案如下：

一種地理柵格數(shù)據(jù)任選多邊形區(qū)域的直方圖實(shí)時(shí)生成方法，包括以下步驟：

1)進(jìn)行預(yù)處理。首先將原始柵格數(shù)據(jù)分割成一定尺寸的瓦片(可將瓦片大 小取為256×256)，其分割示意圖如圖3所示，圖中陰影部分表示原始柵格數(shù)據(jù)， 一個(gè)方格代表一個(gè)瓦片。然后分別計(jì)算柵格數(shù)據(jù)中各瓦片的直方圖并將其以文件 方式存儲(chǔ)到服務(wù)器。計(jì)算一塊瓦片的直方圖的過(guò)程偽代碼如下：

下面結(jié)合偽代碼對(duì)該過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。其中tile_sizeX和tile_sizeY 為瓦片的長(zhǎng)和寬，tile_data為瓦片中需要統(tǒng)計(jì)為直方圖的屬性數(shù)值，x和y表 示當(dāng)前讀取點(diǎn)在瓦片中的位置坐標(biāo)，interval對(duì)應(yīng)直方圖的間隔，tile_hist 為該瓦片的直方圖結(jié)果向量，i表示向量tile_hist的第i項(xiàng)。計(jì)算一塊瓦片的 直方圖的過(guò)程為依此遍歷瓦片中的每一個(gè)點(diǎn)，對(duì)于其中任意一個(gè)點(diǎn)(x，y)，判斷 該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的瓦片屬性值tile_data(x，y)與直方圖間隔的關(guān)系，如果存在 i×interval≤tile_data(x，y)＜(i+1)×interval，則為結(jié)果直方圖向量 tile_hist的第i項(xiàng)加1。