[发明专利]基于CPU+GPU架构的多边形数据空间关系查询并行系统

摘要

基于CPU+GPU架构的多边形数据空间关系查询并行系统，该系统由4个模块组成：线段间相交分析模块、环间拓扑关系分析模块、多边形间DE‑9IM计算模块以及图层间空间关系查询模块。本发明使用户可以在CPU+GPU架构上，并行加速完成对海量多边形数据的空间关系查询操作，准确输出所有满足空间关系查询条件的多边形数据，有效提高了空间关系查询的处理速度并且保证其准确性。

主权项

1.基于CPU+GPU架构的多边形数据空间关系查询并行系统，其特征在于包括：线段间相交分析模块、环间拓扑关系分析模块、多边形间DE-9IM计算模块和图层间空间关系查询模块，其中：/n线段间相交分析模块：对于输入的两个海量多边形图层数据，分别遍历提取两个海量多边形图层数据中所有多边形的线段信息，将不属于同一图层的独立线段两两组合，利用CPU+GPU架构的并行计算技术，对所有线段组合进行并行分析，得到所有相交线段集合及其相交种类，分析过程中排除不相交的线段组合，只记录所有相交的线段组合，同时记录它们的相交种类；线段相交种类分为四大类：若交点不是两条线段的四个端点中的任何一点，则为普通相交；若交点是两条线段的四个端点中的一点，则为丁字相交；若交点是两条线段的四个端点中的两点，则为连接相交；若两条线段有公共重合线段，则为叠置相交；最终输出为所有相交线段集合，供环间拓扑关系分析模块调用；/n环间拓扑关系分析模块：将环与环之间的拓扑关系分为八种：分离关系(Disjoint)、叠置关系(Overlap)、相等关系(Equal)、接触关系(Meet)、完全包含关系(Contains)、被完全包含关系(Inside)、覆盖关系(Covers)以及被覆盖关系(Covered By)；对于输入的两个环，根据组成它们的线段信息，从线段间相交分析模块输出的相交线段集合中提取它们之间线段的相交情况，据此分析环与环之间的拓扑关系，若无任何相交线段出现时，则环与环的拓扑关系为分离关系(Disjoint)、完全包含关系(Contains)或被完全包含关系(Inside)，再根据射线法判断环上点与另一环的位置关系，以确定最终拓扑关系；若有相交线段出现时，若出现普通相交，则环与环之间一定为叠置关系(Overlap)；若没有普通相交和丁字相交，同时，一环上所有线段都与另一环上的线段发生叠置相交，则环与环之间一定为相等关系(Equal)；若上述判断均不成立，则根据射线法判断环上点与另一环的位置关系，以最终确定环与环之间是覆盖关系(Covers)、被覆盖关系(Covered By)、接触关系(Meet)还是叠置关系(Overlap)；该模块对输入的环与环进行拓扑关系的分析，上述分析结果将供多边形间DE-9IM计算模块调用；/n多边形间DE-9IM计算模块：一个多边形数据由一个外环和任意多个内环组成，外环与内环均为环；维度扩展九交模型(DE-9IM)描述多边形数据之间的空间关系，对于输入的两个多边形数据，调用环间拓扑关系分析模块，分别获得两个多边形数据内环、外环的环间拓扑关系，若两个多边形数据外环间拓扑关系为分离关系(Disjoint)或接触关系(Meet)或叠置关系(Overlap)，则直接确定DE-9IM；若两个多边形外环拓扑关系为相等关系(Equal)，则根据两个多边形是否有内环以及内环间的拓扑关系，确定DE-9IM；同理，若两个多边形外环拓扑关系为覆盖关系(Covers)或完全包含关系(Contains)，以及被覆盖关系(Covered By)或被完全包含关系(Inside)时：首先根据两个多边形是否有内环确定DE-9IM参数值；若都有内环，再根据其中一个多边形所有内环与另一个多边形的外环之间的拓扑关系进行计算；若依然无法确定DE-9IM，则分析两个多边形内环之间的拓扑关系，根据分析结果最终确定DE-9IM；该模块对输入的两个多边形计算它们的DE-9IM，该计算结果将供图层间空间关系查询模块调用；/n图层间空间关系查询模块：对用户输入的两个海量多边形图层数据，分别记为目标图层和源图层，目标图层作为空间关系查询的被查询对象，源图层作为空间关系查询的辅助查询对象；利用CPU+GPU架构提供的并行计算技术，加载线段间相交分析模块分析两个图层之间所有线段的相交情况；同时在已获取两个图层之间所有线段的相交的情况下，循环遍历两个图层中的多边形数据，将目标图层多边形数据与源图层多边形数据两两组对，对所有多边形数据组合调用多边形间DE-9IM计算模块输出它们的DE-9IM，比对DE-9IM参数值是否满足用户设定且满足OGC(开放地理信息系统协会)协议的空间关系查询条件，筛选出满足查询条件的所有属于目标图层，即两个海量多边形图层数据中作为被查询对象的图层数据，的多边形数据作为最终输出结果。/n