[發明專利]一種混合并行方式柵格影像金字塔構建方法

有效

• 申請號: 201610018294.X
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105677488B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: 陳犖;吳秋云;劉世永;鐘志農;熊偉;吳燁;陳浩;伍江江;李軍;景寧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 胡偉華

本發明屬于地理空間信息處理技術領域，涉及一種混合并行方式柵格影像金字塔構建方法，具體包括步驟：(1)初始化金子塔總級數，進程總數與進程號，初始級數為0；(2)獲取原始柵格影像，各進程讀取原始柵格影像的元數據信息；(3)指定一個進程為主進程，創建空金字塔框架文件，并對創建的空金字塔框架文件采用多線程技術進行結構組織；(4)按照行劃分的方式把柵格影像的數據量平均劃分給各個進程，并計算在原始影像上的邏輯偏移位置；(5)根據邏輯偏移位置，采用GDAL類庫函數將柵格影像的各波段數據依次讀取到內存；(6)各個進程根據當前金字塔級數采用最鄰近內插算法依次對數據進行對應粒度為2^lev的重采樣；(S7)并行寫出結果，構建金子塔文件。

技術領域

本發明屬于地理空間信息處理技術領域，涉及一種混合并行方式柵格影像金字塔構建方法。

背景技術

隨著衛星傳感器技術以及無人機航拍技術的快速發展，遙感影像的空間和時間分辨率都大幅度地提高，單幅遙感影像文件的數據量也急劇增加。對于大規模柵格影像進行快速顯示和服務發布時，通過預先構建金字塔是提高可視化和服務性能的有效手段，但大數據量為金字塔的構建效率帶來了巨大挑戰。已有串行算法以及商業遙感軟件構建金字塔的效率已遠遠跟不上數據的獲取速度，高效快速創建金字塔已經成為柵格數據高效管理和可視化必須要解決的重要問題。

金字塔是一種柵格數據的多分辨率組織結構。簡單來說，金字塔結構就是由原始柵格影像開始，建立起一系列不同分辨率的柵格影像，不同分辨率的柵格影像對應不同的金字塔級。同時，金字塔也是柵格影像的一種有損壓縮方式。構建金字塔以后，可以改善柵格影像顯示性能，當用戶需要對柵格影像進行不同分辨率地放大、縮小或平移時，通過選擇一個與用戶視圖相近分辨率的數據進行可視化，從而系統只需進行少量的計算和查詢就可以返回結果，不需要進行逐級采樣計算，大大減少數據顯示時間。

并行構建金字塔主要有三種思路。一種是基于GPU(Graphic Processing Unit，圖形處理單元)進行并行加速，利用GPU的計算能力加快金字塔的構建速度，這種方法與GPU硬件能力相關，會提高系統架構的成本；另一種是利用分布式集群系統，將大規模柵格影像文件的金字塔構建任務劃分為多個子任務，在多個分布式節點上同時進行。這種方法擴展性較好，可以充分利用分布式并行環境來處理大規模數據，但需要將柵格影像分布存儲在多個節點，數據的分布存儲以及結果的合并都是比較耗時的。還一種是基于MPI(MessagePassing Interface，消息傳遞接口)的多進程方式進行影像金字塔的并行構建，這種方法利用共享外存的高性能集群，實現對柵格影像并行重采樣，然后將重采樣結果并行寫入到文件系統，這種方法現階段存在一些問題，由于任務劃分的不同容易產生黑邊現象以及類型溢出。目前基于MPI以及OpenMP(Open Muti-Processing，共享存儲并行編程)利用共享外存的高性能集群系統采用多進程與多線程混合并行方式的大規模影像金字塔構建方式研究較少。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提供一種混合并行方式柵格影像金字塔構建方法。本發明利用多進程技術對任務進行劃分，當單個進程任務過重時，每個進程內部可采用多線程技術對任務進行細分進行二級并行，不僅解決了傳統并行構建金子塔常見的黑邊現象，而且實現了金字塔框架文件的高效創建，金字塔并行重采樣，以及重采樣數據并行寫入。具體技術方案包括步驟如下：

(S1)初始化設定金字塔級數level、進程總個數n和金字塔級數迭代初始值lev為0級；消息傳遞接口(記為：MPI)為每個進程分配一個進程號i，0≤i<n，作為該進程的唯一標識，其中i，level，n為整數；后續可以通過對該進程號描述相應進程的操作；

(S2)獲取原始柵格影像，各進程讀取原始柵格影像的元數據信息；所述柵格影像的元數據信息包括原始柵格影像的長，寬，波段數，數據類型；