基于多GPU的Harris角点检测并行算法

提出了一种基于多图形处理器(graphic processing unit,GPU)设计思想的Harris角点检测并行算法,使用众多线程将计算中耗时的影像高斯卷积平滑滤波部分改造成单指令多线程(single instruction multi-ple thread,SIMT)模式,并采用GPU中共享存储器、常数存储器和锁页内存机制在统一计算设备架构(com-pute unified device archetecture,CUDA)上完成影像角点检测的全过程。实验结果表明,基于多GPU的Har-ris角点检测并行算法比CPU上的串行算法可获得最高达60倍的加速比,其执行效率明显提高,对于大规模数据处理呈现出良好的实时处理能力。     

一种景观生态脆弱性指数构建及验证方法

针对目前景观格局指数构建方法中人为扰动因素关注不够及没有景观生态脆弱性指数构建合理性验证方法的问题,提出了一种结合景观脆弱性指数和人口压力指数加权构建景观生态脆弱性指数的方法及一种景观类型变化等级加权值与景观生态脆弱性指数变化值进行回归分析的景观生态脆弱性指数构建合理性验证方法,以松花江流域(哈尔滨段)为实验区域,对实验区域2010年和2015年景观生态脆弱性指数进行构建,对两期景观生态脆弱性指数进行减运算获得研究区域景观生态脆弱性指数变化分布图。2010—2015年间,研究区域内景观生态脆弱性普遍降低,其中,景观生态脆弱性降低程度较高的区域主要分布在研究区域西部,研究区域中东部景观脆弱性变化不明显。通过两期景观生态脆弱性指数变化值与景观类型变化等级加权值进行相关分析,结果表明两者强相关,相关系数为0.795,即验证了本景观生态脆弱性指数构建的合理性,为景观生态脆弱性计算及验证提供了科学的方法。     

一种曲线分割与化简的并行算法

针对现有曲线分割与化简算法多为串行算法,无法充分利用多核心处理器的并行计算能力以提升计算效率这一问题,该文提出了一种曲线分割与化简的并行算法。该算法使用Numba库,将曲线分割与化简步骤中,例如弯曲面积计算、判断线段是否相交等具有并行性的任务,加以分割并分配到多核处理器的每一个核心上,以充分利用多核处理器并行计算的优势,提高算法的性能。实验证明,曲线分割与化简的并行算法,可以有效地提高数据处理的效率,降低分割与化简曲线的时间成本。     

一种基于GPU的实时水波模拟方法

大范围动态水面场景的实时三维仿真是虚拟海洋环境以及三维游戏中研究的难点和热点。由于水的动态性以及各种复杂的光照等效果,传统基于CPU的模拟很难达到实时交互的能力。近年来图形处理器(GPU)性能得到大幅度提高,尤其引人注意的是出现可编程特性,这使得人们可以充分利用GPU上提供的运算器来设计算法完成一定的任务。基于此,针对目前实时水波模拟的瓶颈及提倡的"解放CPU"(Offload CPU)的思想,本文对水波模拟的模型进行了研究,提出了一种基于GPU的水波模拟方法,充分利用GPU的并行运算及浮点运算能力.加快水面模拟的速度。文章给出了一定网格大小下,数量不同的点波源模拟水面的效果,并给出了单纯利用CPU和基于GPU两种方法的对比情况。     

一种基于GPU Tessellation的地形渲染方法

为了在大规模地形实时渲染过程中提高渲染效率和得到更平滑逼真的地形,该文提出了一种基于GPU Tessellation技术的地形可视化方法。该方法首先对地形预处理构建四叉树;使用视锥体裁剪和LOD选择降低CPU-GPU数据传输量;在三角化阶段利用GPU代替传统的CPU进行三角化方法极大地减轻CPU的负担并且提高了渲染速率;同时引入地形粗糙度计算GPU Tessellation算法内部细分因子,达到平滑而又不失细节的地形表面渲染效果;以数据细节层次动态设置GPU Tessellation算法的外部细分因子消除了T型裂缝。实验结果表明,该方法CPU利用率低,能够以较小计算代价消除T型裂缝,在地形实时交互式漫游系统中能以较高的渲染帧率输出平滑、逼真的三维虚拟数字地形。该文方法可运用到大规模地形可视化系统中。     

一种基于GPU Tessellation的地形无缝绘制算法

针对传统多分辨率地形绘制算法构网速度慢、T型裂缝不易处理等问题,提出了一种GPU（graphic processing unit）构网的地形无缝绘制算法。首先,引入实时网格细分（tessellation）技术,将地形构网分为CPU粗粒度Tile网格构建和GPU细粒度Patch网格细分两个阶段;然后,Tile网格采用基于视距的细节层次模型进行LoD层次选择,Patch采用基于屏幕空间投影误差的细节层次模型完成网格细分,兼顾了视距和地形粗糙度对地形绘制的影响,实现了地形细节层次的自适应选择;最后,应用C++语言和DirectX 11工具,设计开发了相应的可视化实验系统。实验结果表明,该方法实现了多分辨率地形的自适应无缝表达,保证了地形网格的连续性;并通过合理平衡CPU-GPU负担,显著提升了地形渲染效率。     

一种基于GPU的DEM并行插值算法

采用Open CL框架下的CPU/GPU平台,借助GPU在并行浮点运算方面的巨大优势,提出了DEM并行插值算法;同时以反距离加权插值算法为例,分析了传统插值算法和并行插值算法之间的优缺点与适应性。最后,通过对比实验对两类算法进行了比较。实验表明,当插值点数较少时,GPU并行插值算法效率低于传统算法;然而,当插值点数很高时,并行插值算法的计算效率较传统插值算法有了显著提高,加速的效果甚至高达137倍。实验证明GPU并行插值算法具有很强的可行性。     

一种基于GPU并行计算的无人机影像快速镶嵌方法

提出了一种从匀光后无人机影像出发,以Voronoi图为镶嵌线网络,基于GPU并行计算的无人机影像快速镶嵌方法。首先,通过Wallis滤波处理影像间色彩不一致问题;然后,以测区影像位置自动生成Voronoi图镶嵌线网络;最后,基于GPU并行计算将无人机影像快速正射纠正并镶嵌。通过对230张空间分辨率为0.1 m的无人机影像进行快速纠正镶嵌,实验结果表明,该方法较传统方法效率有很大提升。     

一种面向变化检测的建筑物指数

针对在高分辨率遥感影像中传统建筑物检测算法检测出的建筑物不完整或丢失;建筑物与道路、比较亮的土壤的光谱特征非常相似,不易区分开等问题,提出了一种多尺度最大形态学重建轮廓的建筑物指数来有效地表征建筑物。本文利用两套ZY-3卫星数据以建筑物变化检测为应用背景,进行相关试验,验证了该方法的优越性。     

一种组合反演叶面积指数的方法

针对传统PRO4SAIL+查找表方法反演叶面积指数存在查找表过于庞大,反演速度较慢等问题,该文提出一种基于PRO4SAIL与局部加权多元回归组合模型反演叶面积指数的方法。通过利用卫星传感器光谱响应函数实现了实测端元高光谱向像元多光谱的转化,解决了测量尺度不同导致的反射率差异问题;选取两种叶面积指数植被指数MTVI1和MCARI1作为反演因子,同时只选用40组PRO4SAIL模型模拟数据建立训练组,解决查找表数据量过大的问题;将局部加权多元回归的权重因子距离公式按照反演因子个数从一维空间扩展至多维空间,更符合实际应用。该组合模型的预测决定系数为0.727 1,平均相对误差为11.09%,传统查找表的预测决定系数为0.693 2,平均相对误差为13.63%。实验结果表明:组合模型具有较好的预测能力,反演得到的叶面积指数含量精度较高,可为更好地监测路域植被生态环境提供技术支撑。     

一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法

为解决大数据量带来的热力图生成效率低的问题,引入基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)的并行计算方法,并结合轨迹线模型,提出了一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法。首先,针对轨迹点分布不均、邻域半径设置不合理等条件下产生的热力值不连续、不均等问题,采用轨迹线模型提升了热力图的效果。其次,针对大规模数据计算产生的热力图生成效率低的问题,通过GPU并行计算并配合内核函数参数调优、循环展开、像素缓冲对象显示等策略大幅提升算法计算效率。实验结果表明,所提方法较传统的基于中央处理器（central processing unit, CPU）的方法计算效率提升了5~30倍,且随着图像分辨率和轨迹数据的增加,算法加速比有逐步上升的趋势。     

一种便捷的城市三维景观可视化方法

本文提出了基于城市CAD地形图和高分辨率遥感影像的城市景观三维建模方法。利用建筑物的多边形和层数属性,在二维GIS软件中以建筑物多边形为底、层数乘以每层高度为高,生成立柱体。再把立柱体和正射影像投影到DEM上,得到城市三维景观模型。本研究以南京市新街口地区为例,实验结果表明,该方法是一条经济而高效的城市景观三维可视化途径,可广泛应用在城市GIS的相关研究中。     

遥感影像CVA变化检测的CUDA并行算法设计

随着遥感影像数据量以及复杂程度的日益增加,遥感图像的快速处理成为实际应用过程中亟需解决的问题。为了实现遥感影像的实时变化检测,针对基于变化矢量分析CVA的变化检测算法,设计了一种基于统一计算设备构架CUDA的并行处理模型。首先利用地理空间数据提取库GDAL实现大数据量遥感影像的分块读取、操作和保存;其次将基于变化矢量分析的变化检测过程分为变化强度检测、映射表构建和变化方向检测,并借助CUDA C将变化矢量分析算法的3个步骤嵌入到CPU和GPU组成的异构平台上进行实验;最后利用该模型对不同数据量的遥感影像进行CVA变化检测并作对比分析。实验结果表明:与CPU串行相比,基于GPU/CUDA的遥感影像CVA的变化检测速度提高了10倍左右;在一定程度上,达到了实时变化检测的效果。     

一种改进的城市不透水面指数

以Landsat-8为数据源,美国波士顿为研究区,在归一化差异不透水指数(NDISI)基础上,进行热红外波段细化,提出修正归一化差异不透水面指数(Modified NDISI,MNDISI),并对二者进行比较。结果表明,NDISI得到的不透水面总体精度和OK系数分别为84.19%和0.68,MNDISI提取的不透水面总体精度和OK系数达到87.52%和0.749。MNDISI相比NDISI,提取不透水面的效果更优。     

一种面向对象的城市湖泊遥感提取指数

城市湖泊是城市水资源环境的核心组成部分,可对城市区域微气候产生积极的调节作用,同时能反映当地的文化底蕴特色.在当今城市化进程的影响下,城市湖泊比自然湖泊更脆弱且更易发生变化.提出了一种面向对象的城市湖泊遥感提取指数方法,并以武汉市中心城区为研究区,实现了该研究区域城市湖泊对象的一次性提取.定量统计表明,湖泊提取的准确率...     

一种提取不透水面的综合指数

针对线性光谱混合分解(LSMA)在提取不透水面过程中无法准确区分裸地和不透水面的问题,该文在LSMA方法基础上引入改进的裸地区域指数(IBAI),提出基于LSMA-IBAI综合指数的不透水面提取方法。该方法首先使用线性光谱混合分解对Landsat 8影像进行不透水面初步提取,然后采用改进后的裸地区域指数提取裸地信息,并构建LSMA-IBAI的综合指数模型,最后通过自适应迭代法对城市不透水面进行精准提取。实验结果表明,该方法能够快速准确地对城市不透水面进行提取,总精度至少提升了1.83%,Kappa系数至少提升了0.04%。     

一种新的增强型不透水面指数

针对已有不透水面指数用于提取西北干旱地区城市不透水面存在一定的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像利用ENDISI以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用“0”作为提取不透水面的阈值,简单客观并且提取精度高。综上表明ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的简单、快速、客观、高效提取,进而能够为城市发展研究及规划提供基础支持。     

一种新的增强型不透水面指数

针对已有不透水面指数用于提取西北干旱地区城市不透水面存在一定的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像利用ENDISI以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用“0”作为提取不透水面的阈值,简单客观并且提取精度高。综上表明ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的简单、快速、客观、高效提取,进而能够为城市发展研究及规划提供基础支持。     

一种经验型归一化差异水体指数模型

针对NDWI和MNDWI两种水体指数在水体信息提取过程中易夹杂无用背景信息的问题,该文提出一种经验型归一化差异水体指数ENDWI。利用TM影像的绿光波段、近红外波段和中红外波段构建归一化波段组合,较好的减少了建筑物和道路错提的现象,进一步消除了背景噪音,实现了对水体信息的快速提取。以南昌市六区县的TM影像作为数据源,进行实例论证,实验结果显示ENDWI方法对城区、湖泊区、河流区等局部特定水域的提取更具优势,总体分类精度分别达到了97.45%、98.07%和97.23%,提取过程简单有效,具有一定的实用价值。     

一种新的增强型不透水面指数

针对已有不透水面指数用于提取西北干旱地区城市不透水面存在一定的局限性以及阈值确定的繁琐性等问题,该文提出了一种新的增强型不透水面指数(ENDISI)。基于Landsat8_OLI影像利用ENDISI以兰州市建成区为例进行不透水面信息提取,总体精度达到88.5%,结果较为理想。相比于已有的不透水面指数,ENDISI可以有效避免西北干旱区沙土、裸露山体的影响,适用性更强;采用“0”作为提取不透水面的阈值,简单客观并且提取精度高。综上表明ENDISI可用于西北干旱地区城市不透水面信息的简单、快速、客观、高效提取,进而能够为城市发展研究及规划提供基础支持。