一种基于消息传递接口的遥感影像金字塔并行构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于地理信息处理技术领域，设及一种地理信息系统中大规模遥感影像金 字塔的构建方法。
【背景技术】
[0002] 随着遥感数据获取技术的快速发展，遥感影像的空间和时间分辨率都大幅度地提 高，单幅遥感影像文件的数据量也急剧增加。对于大规模遥感影像进行快速显示和服务发 布时，通过预先构建金字塔是提高可视化和服务性能的有效手段，但大数据量为金字塔的 构建效率带来了巨大挑战。传统串行的方式由于构建时间很长，已无法与数据获取的速度 相匹配，远远不能满足实际应用需求。如何对大数据量遥感影像快速构建金字塔成为一个 亟待解决的问题。在此背景下，采用多处理器、多节点的集群计算环境和并行处理机制构建 金字塔成为必然趋势。
[0003] 金字塔结构用于实现遥感影像的多分辨率组织。简单来说，金字塔结构就是由原 始遥感影像开始，建立起一系列不同分辨率的遥感影像，不同分辨率的遥感影像对应不同 的金字塔级。同时，金字塔也是遥感影像的一种有损压缩方式。构建金字塔W后，可W改善 遥感影像显示性能，当用户需要对遥感影像进行不同分辨率地放大、缩小或平移时，通过选 择一个与用户视图相近分辨率的数据进行可视化，从而系统只需进行少量的计算和查询就 可W返回结果，不需要进行逐级采样计算，大大减少数据显示时间。
[0004] 并行构建金字塔主要有两种思路。一种是基于GPU (Graphic Processing化it,图 形处理单元）进行并行加速，利用GPU的计算能力加快金字塔的构建速度，该种方法与GPU 硬件能力相关，会提高系统架构的成本；另一种是利用分布式集群系统，将大规模遥感影像 文件的金字塔构建任务划分为多个子任务，在多个分布式节点上同时进行。该种方法扩展 性较好，可W充分利用分布式并行环境来处理大规模数据，但需要将遥感影像分布存储在 多个节点。目前，利用共享外存的高性能集群，基于MPI (Message Passing Inte计ace,消 息传递接口）进行大规模遥感影像金字塔的并行构建研究较少。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的提供一种基于新思路的遥感影像金字塔并行构建方法。本发明不需 利用GPU，而是利用共享外存的高性能集群，实现对遥感影像并行重采样，然后将重采样结 果并行写入到文件系统中，形成遥感影像金字塔。
[0006] 本发明的技术解决方案为；一种基于消息传递接口的遥感影像金字塔并行构建方 法，金字塔级数越大分辨率越低。步骤如下：
[0007] 第一步；设置金字塔级数和进程个数
[000引根据实际需要设定金字塔级数和进程个数，并设定零号进程作为主进程；
[0009] 第二步；读取遥感影像的元数据信息
[0010] 主进程读取遥感影像的元数据信息。
[0011] 第s步：创建金字塔文件
[0012] 主进程根据设定的金字塔级数和遥感影像的元数据信息计算待创建的金字塔 文件大小，如果金字塔文件不超过4GB，则创建GeoTIFF(Georeferenced Tagged Image File化rmat，地理参考标签影像文件格式）格式的金字塔文件，该金字塔文件只包含相应 的元数据信息；如果金字塔文件大小超过4GB，贝ij包I建BigTIFF炬ig Tagged Image File 化rmat，大规模标签影像文件格式）格式的金字塔文件，该金字塔文件同样只包含相应的 元数据信息。
[0013] 对遥感影像的每一个波段进行下述处理，即包括第四步至第走步的处理：
[0014] 第四步：数据划分
[0015] 主进程根据元数据信息，按照行划分的方式对遥感影像的当前处理波段数据根据 数据量平均划分给各个进程，并通知各个进程读取各自划分到的数据。
[0016] 第五步：读取数据
[0017] 各个进程根据各自划分到的数据情况，计算在原始遥感影像文件中的数据偏移， 将所要处理的遥感影像数据读入内存，各个进程读取数据的过程并行地进行。
[0018] 设当前金字塔级数为0级，然后进行下述步骤：
[0019] 第六步運采样
[0020] 各个进程采用重采样算法对所要处理的遥感影像数据进行当前金字塔级数对应 粒度的重采样，将重采样后的结果缓存在内存中，准备写入到金字塔文件，各个进程重采样 操作并行地进行。
[0021] 第走步；并行写出结果
[0022] 各个进程计算第六步缓存在内存中的重采样结果在金字塔文件中放置的偏移量， 将内存中的重采样后的结果并行写入金字塔文件。
[0023] 将当前金字塔级数加1，如果当前金字塔级数小于设定金字塔级数，则返回第六 步；如果当前金字塔级数不小于设定金字塔级数，则结束当前处理波段的处理。
[0024] 本发明的有益效果是：
[0025] (1)本发明所生成的遥感影像金字塔文件与地理空间数据抽象库 GDAL(Geospatial Data Abstract Library,地理数据抽象库）生成的金字塔文件格式一 致，GDAL是一种被广泛应用的金字塔构建工具，其创建的金字塔文件能够被当前绝大多数 地理信息系统软件直接使用，可W无缝集成到各种地理信息应用中。
[0026] (2)本发明构建金字塔效率高。除了在主进程创建金字塔文件时，各个进程需要等 待外，在重采样和数据并行读写过程中，各个进程完全并行。而且，由于创建的金字塔文件 中只包含数据量很小的元数据信息，进程等待时间相对于金字塔构建时间较少。
[0027] (3)本发明数据写出效率高。各个进程在重采样完成后，并行写出重采样结果数 据，提高了数据写出效率。
【附图说明】
[002引图1是本发明的流程不意图；
[0029] 图2是本发明并行构建金字塔时数据划分和重采样的示意图；
[0030] 图3是GDAL算法与本发明方法对不同类型遥感影像构建金字塔的性能对比；
[0031] 图4是本发明方法构建金字塔时执行时间随处理进程数目变化情况。
【具体实施方式】
[0032] 结合附图对本发明作进一步描述。
[0033] 图1为本发明流程示意图。假设设定N个进程参与金字塔并行构建，分别为 Pu，Pi，…，Pw_i，其中P。为零号进程作为主进程。输入参数除进程个数N W外，还有金字塔级 数K，即最后输出为包含L。，Li，…，Lk_i级金字塔数据的文件。主进程从输入遥感影像文件 F中读取元数据信息（包括波段数、行数、列数、数据类型、多波段数据分布方式、颜色表信 息）。假设元数据信息的大小为M字节，遥感影像文件F中除去元数据信息后遥感影像数据 大小为D字节，金字塔文件大小则为M+进，1 D/22兮节。主进程P。根据金字塔级数，设置金