[發(fā)明專利]一種基于CPU和GPU混合的高速并行地形遮蔽計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810968397.1
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109118583B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王毅;俞信;廉海明;張培
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所蘇州研究院
• 主分類號: G06T17/05
• 分類號: G06T17/05;G06T1/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發(fā)明是一種基于CPU和GPU混合的高速并行地形遮蔽計算方法，該方法采用網(wǎng)格化數(shù)字高程模型，利用遮蔽分析算法，對區(qū)域的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而計算出給定的視點和觀察點這條線段上的最遠(yuǎn)可視距離。本發(fā)明采用的普通CPU并行算法和CUDA并行計算框架混合方法，解決地形遮蔽計算過程中對環(huán)境適應(yīng)能力不足、計算效率低下的問題，實現(xiàn)了對多種應(yīng)用場景下的支持，大大提高了算法的計算效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，涉及一種基于CPU和GPU混合的高速并行地形遮蔽計算方法。

背景技術(shù)

三維場景模擬仿真與地形數(shù)據(jù)息息相關(guān)，而對地形遮蔽的計算能夠很好的分析一定范圍數(shù)據(jù)與地形之間的關(guān)系，在軍事、國土、測繪等方向具有很好的實際意義。

傳統(tǒng)的地形遮蔽算法的實現(xiàn)過程常使用CPU編程的方法。CPU并行計算最常用的方法是多線程并行運算，通常利用OpenMP對循環(huán)進(jìn)行并行化處理，OpenMP提供了一系列應(yīng)用程序接口，通過在源代碼中加入“pragma”來標(biāo)明并行化，并通過系統(tǒng)級的抽象降低了并行編碼的復(fù)雜性。OpenMP以fork-join模型執(zhí)行。但是CPU編程的方法在大量數(shù)據(jù)情況下計算效率不高。

目前，在大規(guī)模的并行計算中，越來越多地應(yīng)用圖形處理器（GPU）進(jìn)行并行計算。運算平臺CUDA (Compute Unified Device Architecture)是一種操作GPU計算的硬件和軟件架構(gòu)，它將GPU視作一個數(shù)據(jù)并行計算設(shè)備，而且無需把這些計算映射到圖形API。但在使用GPU進(jìn)行并行計算的過程中，經(jīng)常會遇到服務(wù)器或者工作站沒有顯卡或者顯卡不支持CUDA的情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于采用普通CPU并行算法和CUDA并行計算框架混合的方法，解決地形遮蔽計算過程中對環(huán)境適應(yīng)能力不足、計算效率低下的問題。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于CPU和GPU混合的高速并行地形遮蔽計算方法，該方法包括以下步驟：

步驟1）建立網(wǎng)格化數(shù)字高程模型，以高程矩陣方式來表示地面高程，根據(jù)需要計算的區(qū)域和高程的讀取范圍，將該區(qū)域劃分成若干網(wǎng)格，對網(wǎng)格進(jìn)行編碼，記錄每個網(wǎng)格的高程值，計算網(wǎng)格化的高程矩陣，使得區(qū)域內(nèi)任一位置有對應(yīng)的網(wǎng)格編碼，從而得到該位置的高程值；

步驟2）采用遮蔽分析算法對區(qū)域的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將兩點在高程矩陣中的編碼擬合成一條直線，通過計算直線與高程網(wǎng)格矩陣的交點，得到視點到觀察點的地形剖面，根據(jù)點與點之間的夾角判斷是否通視，計算出最遠(yuǎn)通視點；

步驟3）高程數(shù)據(jù)校正，將影響高程數(shù)據(jù)的地球曲率和大氣衰減因素作為校正參數(shù)，構(gòu)建校正公式對高程數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

進(jìn)一步的，所述步驟1）中，將需要計算的區(qū)域劃分成網(wǎng)格m×n，網(wǎng)格編碼以起始點的地理坐標(biāo)為網(wǎng)格的原點(0，0)，水平方向為0到n-1，垂直方向為0到m-1。

進(jìn)一步的，所述步驟1）中，計算網(wǎng)格化的高程矩陣，包括以下步驟：

步驟1.1）根據(jù)需要計算的區(qū)域的網(wǎng)格大小（m×n），最小點的位置P_min(lon,lat),其中lon和lat分別表示經(jīng)度和緯度，最大點的位置P_max(lon,lat),計算點P(lon,lat)對應(yīng)的網(wǎng)格編碼（x, y）,其計算公式如下：

單位網(wǎng)格的經(jīng)緯度分辨率為：