[發明專利]一種并行方式柵格影像切片方法

有效

• 申請號: 201610066304.7
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105550977B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 劉世永;李軍;吳秋云;熊偉;陳犖;鐘志農;吳燁
• 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: G06T1/20
• 分類號: G06T1/20;G06T7/10;G06F17/30
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 陳立新

本發明屬于地理空間信息處理技術領域，涉及一種并行方式柵格影像切片方法。包括步驟：第一步：獲取原始柵格影像，設置目標瓦片級別和進程總數；第二步：讀取原始柵格影像的元數據信息；第三步：將原始柵格影像變換至WebMercator投影；第四步：計算投影變換結果影像的瓦片最大級別和最小級別；第五步：計算投影變換結果影像的瓦片行列號范圍，建立空瓦片文件；第六步：采用車輪法，給每個進程劃分任務；第七步：每個進程分別對各自任務池中瓦片逐一進行讀取，并反算瓦片對應的地理范圍；求相交的區域在投影變換結果影像中的相對位置以及大小，將相交區域的原始柵格數據讀內存空間中；第八步：重采樣后寫入之前創建好的空瓦片文件中。

技術領域

本發明屬于地理空間信息處理技術領域，涉及一種并行方式柵格影像切片方法。

技術背景

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有大幅度地提高，單幅遙感影像文件的數據量也急劇增加。當前主流GIS軟件以及互聯網地圖應用在WebGIS(網絡地理信息系統)解決方案中都廣泛采用地圖切片(Tile，又稱瓦片)的發布策略，這種方法通過預先將原始影像按照一定的切分規則切割成一張張大小相同的瓦片，以加載小數據量瓦片的方式達到在網絡帶寬受限的條件下實現影像的高效顯示。但是目前的商業GIS軟件其地圖切片的生成以及發布成本較高，操作較復雜，以行業內知名的ArcGIS系列軟件為例，要將柵格影像進行切片不僅要安裝ArcGIS Desktop，而且還要安裝龐大的ArcGIS Server，并且操作十分復雜繁瑣，極大增加時間和物力成本。最重要一點是隨著單幅遙感影像文件的分辨率以及數據量的急劇增加，其相應的切片數量會呈現幾何級數式的增長，傳統的串行算法以及商業GIS軟件是通過單機預先切好瓦片，再對外提供，這種傳統切片技術計算資源利用低下，并且沒有錯誤恢復機制，一旦切片過程中出現故障，整個切片工作得推倒重來，無法在原有的進度上繼續進行。因此在硬件性能高速發展的情況下，如何利用高性能計算技術，方便快捷并且高效快速地進行柵格影像切片，已經成為WebGIS地圖應用中快速可視化方面必須要解決的重要問題。

柵格影像切片是指將指定地理范圍的柵格影像，在某一級別比例尺下，基于一定的切割準則切割成若干行和列的固定尺寸的正方形柵格圖片的過程，這些規整的影像切片又稱為瓦片。每個瓦片在該級別比例尺下都有一個獨立的編碼，該編碼由瓦片的行列號以及比例尺的級別構成。當瀏覽器前端在影像瀏覽時，根據當前的地理范圍動態地計算所需顯示的影像切片的行列號，通過行列號以及當前比例尺級別得到瓦片的編碼，而后通過編碼向服務器端請求相應瓦片進行顯示，從而達到快速響應目的。

目前柵格影像并行切片方法主要有三種思路：一種是CPU(Central ProcessingUnit，中央處理器)+GPU(Graphic Processing Unit，圖形處理單元)的方式，利用GPU的計算能力進行并行加速，這種方法并行能力受限于GPU硬件的能力，并行程度有限，而且會提高系統架構成本；另一種是利用分布式集群系統，將切片任務劃分為多個子任務，各子任務在多個分布式節點上同時進行，這種方法可以比較方便將原有的串行方法并行化，但是當數據規模比較大的時候，前期的數據分布式存儲以及后期的結果合并都比較耗時；再一種是基于多線程并行技術，各線程將任務劃分成多個子任務，每個子任務同時進行，這種方法可以充分利用本機計算資源，但是由于線程間并行屬于細粒度并行，各線程共享父進程的內存空間，容易造成系統的不穩定，并且這種方法可擴展性不是很好；目前基于MPI(Message Passing Interface，消息傳遞接口)的多進程方式進行柵格影像的并行切片研究較少，這種方法利用共享外存的高性能集群，可擴展性強，穩定性強，可以充分利用多機計算資源，由于集群之間共享外存，所以數據無需提前分布式存儲，可以極大地提高影像切片的效率。

發明內容