[发明专利]一种地理栅格数据任选多边形区域的直方图实时生成方法

说明书

技术领域

本发明属于地理信息处理技术领域，具体涉及一种地理信息系统中地理栅格 数据任选多边形区域的直方图实时生成方法。

背景技术

直方图是一个统计学概念，它通过对选定地域某一方面特征(如海拔、颜色 等)进行统计来表征该地域的全局特征。直方图广泛应用于许多领域比如图像处 理、数据挖掘以及数据库应用。

随着地理空间数据采集技术的发展，人类获取地理空间数据的效率不断提高， 用于分析处理的地理空间数据的规模越来越大。与此同时，随着地理数据分析需 求的多样化发展，用户往往需要通过交互的方式快速得到自己选定空间区域的直 方图数据。目前绝大多数GIS软件如ArcGIS、SuperMap、MapGIS等均具有生成 直方图的功能，但是都不支持任选多边形区域的直方图生成，而且其直方图生成 耗时比较长，远不能满足与用户实时交互的需要。

当前国内外研究直方图快速生成算法主要有两个方向。

一个是利用CPU(CentralProcessingUnit)进行直方图生成。随着技术的 进步，CPU处理速度越来越快，计算的性能可以随着CPU性能和数量的增加而不 断提高，相对而言I/O性能的增长跟不上计算性能的增长。在地理栅格数据处理 领域，当处理大规模数据时，低性能的I/O将成为影响整体性能的瓶颈，这严重 制约了生成直方图运算效率的提高。因此，利用CPU进行直方图生成往往是通过 减少数据的访问量、提高访问速度来提高生成速度。

另一个是利用GPU(GraphicsProcessingUnit)进行直方图生成。GPU作为 一种专为计算密集型、高度并行化应用而设计的高性能计算平台，其运算能力和 存储器带宽上相对于CPU有明显的优势，通过计算统一设备构架CUDA(Compute UnifiedDeviceArchitecture)，GPU可以在单指令多数据SIMD(Single InstructionMultipleData)编程模型下发挥其强大的计算能力，因此，高效的 直方图生成可以依托这些并行处理器平台。基于GPU的直方图生成算法的并行化 难点在于如何减少数据分布的不规则所产生的写冲突。目前CUDA的软件开发包 已经支持32位色图和256色图两种基础的直方图生成算法，两者的实现主要依 靠于对直方图进行多次复制，即为每个线程生成一个私有直方图副本以减少写冲 突。

发明内容

本发明的目的是提供一种地理栅格数据任选多边形区域的直方图实时生成 方法。利用本发明为用户提供服务的流程如图1所示，用户根据需求在客户端屏 幕自由框选任意多边形区域，客户端将用户输入的请求发送到服务器，服务器经 过计算后再将求得的直方图结果返回到客户端，最后由客户端将结果反馈给用户， 而且为了满足实时交互的需求，从用户输入完毕到得到直方图结果，耗时不应超 过0.5秒。

为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：

一种地理栅格数据任选多边形区域的直方图实时生成方法，包括以下步骤：

1)进行预处理。首先将原始栅格数据分割成一定尺寸的瓦片(可将瓦片大 小取为256×256)，其分割示意图如图3所示，图中阴影部分表示原始栅格数据， 一个方格代表一个瓦片。然后分别计算栅格数据中各瓦片的直方图并将其以文件 方式存储到服务器。计算一块瓦片的直方图的过程伪代码如下：

下面结合伪代码对该过程进行简要说明。其中tile_sizeX和tile_sizeY 为瓦片的长和宽，tile_data为瓦片中需要统计为直方图的属性数值，x和y表 示当前读取点在瓦片中的位置坐标，interval对应直方图的间隔，tile_hist 为该瓦片的直方图结果向量，i表示向量tile_hist的第i项。计算一块瓦片的 直方图的过程为依此遍历瓦片中的每一个点，对于其中任意一个点(x，y)，判断 该点对应的瓦片属性值tile_data(x，y)与直方图间隔的关系，如果存在 i×interval≤tile_data(x，y)＜(i+1)×interval，则为结果直方图向量 tile_hist的第i项加1。