[发明专利]一种并行方式栅格影像切片方法

说明书

本发明属于地理空间信息处理技术领域，涉及一种并行方式栅格影像切片方法。包括步骤：第一步：获取原始栅格影像，设置目标瓦片级别和进程总数；第二步：读取原始栅格影像的元数据信息；第三步：将原始栅格影像变换至WebMercator投影；第四步：计算投影变换结果影像的瓦片最大级别和最小级别；第五步：计算投影变换结果影像的瓦片行列号范围，建立空瓦片文件；第六步：采用车轮法，给每个进程划分任务；第七步：每个进程分别对各自任务池中瓦片逐一进行读取，并反算瓦片对应的地理范围；求相交的区域在投影变换结果影像中的相对位置以及大小，将相交区域的原始栅格数据读内存空间中；第八步：重采样后写入之前创建好的空瓦片文件中。

技术领域

本发明属于地理空间信息处理技术领域，涉及一种并行方式栅格影像切片方法。

技术背景

随着卫星传感器技术以及无人机航拍技术的快速发展，遥感影像的空间和时间分辨率都有大幅度地提高，单幅遥感影像文件的数据量也急剧增加。当前主流GIS软件以及互联网地图应用在WebGIS(网络地理信息系统)解决方案中都广泛采用地图切片(Tile，又称瓦片)的发布策略，这种方法通过预先将原始影像按照一定的切分规则切割成一张张大小相同的瓦片，以加载小数据量瓦片的方式达到在网络带宽受限的条件下实现影像的高效显示。但是目前的商业GIS软件其地图切片的生成以及发布成本较高，操作较复杂，以行业内知名的ArcGIS系列软件为例，要将栅格影像进行切片不仅要安装ArcGIS Desktop，而且还要安装庞大的ArcGIS Server，并且操作十分复杂繁琐，极大增加时间和物力成本。最重要一点是随着单幅遥感影像文件的分辨率以及数据量的急剧增加，其相应的切片数量会呈现几何级数式的增长，传统的串行算法以及商业GIS软件是通过单机预先切好瓦片，再对外提供，这种传统切片技术计算资源利用低下，并且没有错误恢复机制，一旦切片过程中出现故障，整个切片工作得推倒重来，无法在原有的进度上继续进行。因此在硬件性能高速发展的情况下，如何利用高性能计算技术，方便快捷并且高效快速地进行栅格影像切片，已经成为WebGIS地图应用中快速可视化方面必须要解决的重要问题。

栅格影像切片是指将指定地理范围的栅格影像，在某一级别比例尺下，基于一定的切割准则切割成若干行和列的固定尺寸的正方形栅格图片的过程，这些规整的影像切片又称为瓦片。每个瓦片在该级别比例尺下都有一个独立的编码，该编码由瓦片的行列号以及比例尺的级别构成。当浏览器前端在影像浏览时，根据当前的地理范围动态地计算所需显示的影像切片的行列号，通过行列号以及当前比例尺级别得到瓦片的编码，而后通过编码向服务器端请求相应瓦片进行显示，从而达到快速响应目的。

目前栅格影像并行切片方法主要有三种思路：一种是CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)+GPU(Graphic Processing Unit，图形处理单元)的方式，利用GPU的计算能力进行并行加速，这种方法并行能力受限于GPU硬件的能力，并行程度有限，而且会提高系统架构成本；另一种是利用分布式集群系统，将切片任务划分为多个子任务，各子任务在多个分布式节点上同时进行，这种方法可以比较方便将原有的串行方法并行化，但是当数据规模比较大的时候，前期的数据分布式存储以及后期的结果合并都比较耗时；再一种是基于多线程并行技术，各线程将任务划分成多个子任务，每个子任务同时进行，这种方法可以充分利用本机计算资源，但是由于线程间并行属于细粒度并行，各线程共享父进程的内存空间，容易造成系统的不稳定，并且这种方法可扩展性不是很好；目前基于MPI(Message Passing Interface，消息传递接口)的多进程方式进行栅格影像的并行切片研究较少，这种方法利用共享外存的高性能集群，可扩展性强，稳定性强，可以充分利用多机计算资源，由于集群之间共享外存，所以数据无需提前分布式存储，可以极大地提高影像切片的效率。

发明内容