基于gpu的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于GPU的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，與常規(guī)方法的不同之處在于：結(jié)合CPU處理數(shù)據(jù)的讀取，邏輯處理和輸出工作，使用圖形處理器（Graphic?Processor?Unit，GPU）處理地表三維數(shù)據(jù)，并計(jì)算二維的地表粗糙度參數(shù)。在此計(jì)算過(guò)程中，數(shù)據(jù)量非常大，但是數(shù)據(jù)相關(guān)性低，具有相同的執(zhí)行程序。由于上述特點(diǎn)，基于GPU，讓更多的計(jì)算單元同時(shí)并行的執(zhí)行計(jì)算，大大地縮短了計(jì)算時(shí)間。本方法計(jì)算速度快、精度高、易操作，更適合野外的實(shí)時(shí)測(cè)量，可以及時(shí)、方便的看到計(jì)算結(jié)果，節(jié)省了大量的等待時(shí)間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于GPU的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理方法，尤其涉及一種基于GPU的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地表粗糙度是用來(lái)描述地表的微形貌及其不規(guī)則性，表面高度標(biāo)準(zhǔn)離差和相關(guān)長(zhǎng)度是描述隨機(jī)表面高度的兩個(gè)統(tǒng)計(jì)變量，它是相對(duì)于一種基準(zhǔn)表面而言的。地表粗糙度的測(cè)量是土壤侵蝕研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一，是表征土壤水文特征和影響土壤性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)。在利用微波輻射計(jì)進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)的過(guò)程中，地表粗糙度是土壤微波輻射的重要影響因素。
[0003]在通過(guò)地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行真實(shí)性檢驗(yàn)的過(guò)程中，由于微波輻射計(jì)、雷達(dá)等探測(cè)器探測(cè)的是一個(gè)面積散射量的積分值，因此，在實(shí)際測(cè)量中，獲得三維的地表數(shù)據(jù)，從而計(jì)算二維的地表粗糙度參數(shù)更逼近真實(shí)情況。
[0004]目前，常用的地表粗糙度測(cè)量方法包括鏈條法、粗糙度板法等，這些方法屬于接觸式測(cè)量方法，且只能得到一維的地表粗糙度參數(shù)，圖像法可以得到二維的粗糙度參數(shù)，但是精度較低，且后續(xù) 的處理需要的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
[0005]地表粗糙度測(cè)試儀(Li，Zhao and Zheng，2012)，無(wú)需人工參與、測(cè)試速度快、精度高，可以獲得三維的地表形狀，單次掃描得到的點(diǎn)數(shù)大約為40，000-100，000個(gè)點(diǎn)。對(duì)于這些數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算相關(guān)長(zhǎng)度和表面高度離差工作量較大、耗時(shí)較多，尤其是當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)超過(guò)65，535時(shí)，因?yàn)檫@已經(jīng)超過(guò)了 Matlab的計(jì)算極限，因此需要高性能的計(jì)算來(lái)解決。
[0006]圖形處理器(GPU,Graphic Processing Unit)是顯卡的核心,如同CPU在電腦中的作用，它具有數(shù)百個(gè)核，可以并行執(zhí)行成百上千個(gè)線(xiàn)程，擁有巨大的計(jì)算能力。GPU已經(jīng)吸引越來(lái)越多的科學(xué)家和工程師們應(yīng)用它建立高性能的計(jì)算平臺(tái)，應(yīng)用領(lǐng)域涉及科學(xué)、電子自動(dòng)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、醫(yī)療成像、工程等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)計(jì)算二維粗糙度參數(shù)所帶來(lái)的耗時(shí)很長(zhǎng)的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于GPU的二維地表粗糙度計(jì)算方法，該方法能夠得到二維的地表粗糙度參數(shù)，更接近實(shí)際情況。同時(shí)，計(jì)算速度快、精度高、易操作，更適合野外的實(shí)時(shí)測(cè)量，可以及時(shí)、方便的看到計(jì)算結(jié)果，節(jié)省了大量的等待時(shí)間。
[0008]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案如下:
[0009]一種基于GPU的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，包括以下步驟:
[0010]步驟O、設(shè)r' =(j_l) Δy,這樣每取一個(gè)Ar,給定一個(gè)j,就可以計(jì)算出r’的值。在這里我們?nèi)r=IJlJr' =(J-1)0
[0011]步驟1、給定一個(gè)值j( j為≥O的整數(shù))，找出在水平面內(nèi)距離滿(mǎn)足(j-0.5，j+0.5)的所有點(diǎn)對(duì)(Xpm，ypm，Zpm)> (xqm, yqm, Zqm), m為滿(mǎn)足條件的點(diǎn)數(shù)。[0012]具體做法:根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種基于GPU的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟O、設(shè)r' =(j_l) Δy,這樣每取一個(gè)Ar,給定一個(gè)j,就可以計(jì)算出r’的值；取Δy=1,則 r' =(j-l)； 步驟1、給定一個(gè)值j，j為≥I的整數(shù)，找出在水平面內(nèi)距離滿(mǎn)足(j-0.5，j+0.5)的所有點(diǎn)對(duì)(xpm，ypm，zpm)> (xqm, yqm, zqm), m為滿(mǎn)足條件的點(diǎn)數(shù): 根據(jù)公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 對(duì)于不同j的取值，P (j)在不同的塊中進(jìn)行計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任意一項(xiàng)所述的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)需要計(jì)算的距離j的個(gè)數(shù)來(lái)設(shè)置塊的數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任意一項(xiàng)所述的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 對(duì)于一個(gè)塊內(nèi)的線(xiàn)程的數(shù)量，即塊的大小是需要通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果擇優(yōu)的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一項(xiàng)所述的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 計(jì)算過(guò)程中，考慮到數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)層次，將數(shù)組按列優(yōu)先的順序依次存儲(chǔ)在內(nèi)存中，首先存儲(chǔ)所有點(diǎn)的X值，其次是所有點(diǎn)的I值，最后是所有點(diǎn)的Z值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任意一項(xiàng)所述的二維地表粗糙度參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于， 計(jì)算過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)合并內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)，將數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)作為warp的大小。
【文檔編號(hào)】G01B21/30GK103954258SQ201410146672
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】李曉潔, 趙凱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所