[發明專利]基于異構并行計算的城市級海量點云坐標轉換方法

有效

• 申請號: 202110530019.7
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113190515B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 周雋;俞春;潘科;張平;王昌翰;李宇翔;潘成軍;羅旭;葉水全;鄒巍;孫建華;金武正;胡銀
• 申請（專利權）人: 重慶市勘測院
• 主分類號: G06F16/178
• 分類號: G06F16/178;G06F16/18
• 代理公司: 重慶鼎慧峰合知識產權代理事務所(普通合伙) 50236
• 代理人: 徐璞

本發明提供一種基于異構并行計算的城市級海量點云坐標轉換方法，包括以下步驟：S1.掃描待轉換點云文件加入待轉換列表；S2.讀取待轉換點云文件到計算機主機內存中；S3.根據點云坐標系和最小外接矩形自適應選擇平面、高程轉換參數模型，將點云劃分為多個第一點云子集；S4.根據點云數據量大小、計算環境能力將第一點云子集分解為多個第二點云子集并依次加載到GPU全局內存中；S5.調用CUDA核函數對加載到GPU全局內存中的第二點云子集進行平面、高程轉換處理并回傳到計算機主機內存環境；S6.將點云進行合并后從內存寫入磁盤文件。本發明可以解決對城市級海量點云坐標進行轉換時，轉換運算速度慢、效率較低、耗時長、容易造成卡頓，不能批量自動化處理的技術問題。

技術領域

本發明涉及點云數據處理技術領域，具體涉及一種基于異構并行計算的城市級海量點云坐標轉換方法。

背景技術

三維激光掃描技術利用激光測距的方法，對被測物體高速、高密度地發射激光，通過反射回來的回波信號快速獲取目標空間實體表面的三維坐標、從而可以快速且直接地采集各種大型的、繁雜的、形態規則或不規則的空間實體的三維信息。近年來，車載和機載激光雷達平臺的廣泛使用，使得精確、快速地采集城市級大范圍點云成為現實。車載移動三維激光掃描一天可以采集100千米的道路點云數據，無人機機載雷達飛行一個架次就可以采集0.5平方千米的地形點云數據，點云密度可以達到100-2000點/平方米。采集效率的提高，使得生產的點云數據量急劇增長，達到數百GB甚至TB級。

目前，移動三維激光掃描系統通過三維激光掃描設備獲取獲得空間實體的高精度測距信息后，計算出每個地面目標在世界坐標系中的坐標時，一般選用WGS84或者CGCS2000坐標系，高程為橢球高。在城市測量中為了控制投影變形，一般采用的是投影變形較小的當地獨立坐標系，高程系統一般采用1985年國家高程基準或者1956年黃海高程系，因此需要將點云的坐標系轉換到當地獨立坐標系下，高程轉換到1985年國家高程基準或者1956年黃海高程系。面對城市級海量的點云數據，若要對其進行坐標轉換，快速、高效地進行讀取是關鍵的步驟，同時為了滿足工程需求，需要對城市級海量點云數據作坐標轉換，如何提高轉換效率是亟待解決的問題。

現有的點云數據讀取方法一般是采用傳統的I/O文件串行讀取方式，即通過文件流的方式，逐行讀取的方式遍歷整個文本文件，將每一點的信息讀取到內存中。點云的坐標轉換則是通過利用測量同名點計算七參數或者四參數，得到旋轉平移縮放矩陣，然后進行矩陣運算遍歷所有點，將其轉換到新的坐標系內，高程轉換一般采用局部高程擬合的方式。但對于數十億甚至數千億的城市級海量點云數據來說，采用傳統方法運算速度慢，效率較低，耗時長，容易造成卡頓，而且對于城市級海量點云數目前還未有批量自動化處理解決方案。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提出一種基于異構并行計算的城市級海量點云坐標轉換方法，以解決現有技術中存在的對城市級海量點云坐標進行轉換時，轉換運算速度慢、效率較低、耗時長、容易造成卡頓，不能批量自動化處理的技術問題。

本發明采用的技術方案如下：

第一方面，提供了一種基于異構并行計算的城市級海量點云坐標轉換方法，在第一種可實現方式中，包括以下步驟：

S1.掃描待轉換點云文件，將待轉換點云文件的路徑信息加入待轉換列表；

S2.采用內存映射和多進程方式，讀取待轉換列表中的待轉換點云文件到計算機主機內存中；

S3.根據點云坐標系和最小外接矩形自適應選擇平面、高程轉換參數模型，并根據平面轉換參數的范圍將點云劃分為多個第一點云子集；

S4.根據點云的數據量大小、計算環境能力將第一點云子集分解為多個第二點云子集，再將多個第二點云子集依次加載到GPU全局內存中；

S5.調用CUDA的核函數對加載到GPU全局內存中的第二點云子集進行平面、高程轉換處理，處理完成后將數據回傳到計算機主機內存環境；