基于cuda的空中交通電子航圖顯示加速方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于空中交通管制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種在空中交通管制系統(tǒng)中基于CUDA的空中交通電子航圖顯示加速方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的空中交通電子航圖顯示方法，基于點(diǎn)、線、面、文字、圖片等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用計(jì)算機(jī)提供的基礎(chǔ)圖形API函數(shù)，按圖形疊加顯示順序，逐個(gè)繪制于空管專用顯示器屏幕上，而當(dāng)管制員對(duì)電子航圖進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)或局部?jī)?nèi)容修改時(shí)，需重復(fù)進(jìn)行上述大量順序繪制工作。這種傳統(tǒng)技術(shù)嚴(yán)重依賴于CHJ指令的順序執(zhí)行，當(dāng)電子航圖數(shù)據(jù)規(guī)模較大時(shí)，態(tài)勢(shì)場(chǎng)景重繪需耗費(fèi)大量計(jì)算資源，將導(dǎo)致系統(tǒng)遲緩，不能及時(shí)響應(yīng)管制員的操作指令，交互體驗(yàn)大打折扣，進(jìn)而影響管制效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于CUDA的空中交通電子航圖顯示加速方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CUDA的空中交通電子航圖顯示加速方法，包括以下步驟:
[0005]步驟1、預(yù)處理電子航圖顯示要素，進(jìn)行格式化處理；
[0006]步驟2、劃分電子航圖顯示要素的區(qū)塊；
[0007]步驟3、根據(jù)視區(qū)范圍計(jì)算所需的區(qū)塊編號(hào);視區(qū)即屏幕可見(jiàn)區(qū)域。
[0008]步驟4、多區(qū)塊并行計(jì)算顯示要素內(nèi)容；
[0009]步驟5、拼接各分區(qū)塊的顯示結(jié)果。
[0010]本發(fā)明中，步驟1預(yù)處理電子航圖顯示要素，進(jìn)行格式化處理，具體包括以下步驟:
[0011]步驟1-1，讀取空中交通要素和地理信息要素進(jìn)入內(nèi)存，空中交通要素包括航路航線、空域、機(jī)場(chǎng)、航路點(diǎn)、導(dǎo)航設(shè)施、報(bào)告點(diǎn)和地標(biāo)點(diǎn)，地理信息要素包括行政區(qū)劃、水系、地名、山脈、高程分布和影像；
[0012]步驟1-2，點(diǎn)符號(hào)類型數(shù)據(jù)(如機(jī)場(chǎng)、航路點(diǎn)、導(dǎo)航設(shè)施、報(bào)高點(diǎn)、地標(biāo)點(diǎn)等)以符號(hào)圖片像素格式化處理成二維矩陣像素點(diǎn)格式存儲(chǔ)；
[0013]步驟1-3，線符號(hào)類型數(shù)據(jù)(如航線、管制區(qū)域邊界、行政區(qū)劃、山脈等高線等)采用一定的固定像素點(diǎn)取樣頻率，存入二維矩陣像素點(diǎn)格式存儲(chǔ)；
[0014]步驟1-4，區(qū)域符號(hào)類型數(shù)據(jù)(如航路、空域、水系、高程分布、影像數(shù)據(jù)等)采用區(qū)域掃描填充算法取樣像素點(diǎn)，存入二維矩陣像素點(diǎn)格式存儲(chǔ)。
[0015]本發(fā)明中，步驟2包括以下步驟:
[0016]步驟2-1，采用6經(jīng)度、6瑋度區(qū)塊劃分標(biāo)準(zhǔn)，劃分世界電子航圖，并以0度中央子午線北瑋90度為第一塊編號(hào)，以經(jīng)度向東增加編號(hào)，瑋度向南增加編號(hào)，給區(qū)塊進(jìn)行標(biāo)號(hào)；
[0017]步驟2-2，將步驟1中格式化處理好的所有航圖顯示要素?cái)?shù)據(jù)根據(jù)各自二維矩陣像素點(diǎn)的坐標(biāo)值，劃分到相應(yīng)的區(qū)塊中，每個(gè)區(qū)塊的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為三維矩陣，新增一維作為不同航空顯示要素圖層維度。
[0018]本發(fā)明中，步驟3包括以下步驟:
[0019]步驟3-1，根據(jù)視區(qū)顯示的矩形范圍，計(jì)算落在矩形范圍內(nèi)的區(qū)塊編號(hào)；
[0020]步驟3-2，對(duì)于完全落在視區(qū)范圍內(nèi)的區(qū)塊，標(biāo)記為一級(jí)顯示區(qū)塊；
[0021]步驟3-3，對(duì)于部分落在視區(qū)范圍內(nèi)的區(qū)塊，標(biāo)記為二級(jí)顯示區(qū)塊；
[0022]步驟3-4，對(duì)于未落在視區(qū)范圍內(nèi)但是與一級(jí)或二級(jí)顯示區(qū)塊相鄰的區(qū)塊，標(biāo)記為二級(jí)顯不區(qū)塊；
[0023]步驟3-5，其他區(qū)塊統(tǒng)一標(biāo)識(shí)為四級(jí)顯示區(qū)塊。
[0024]本發(fā)明中，步驟4包括以下步驟:
[0025]步驟4-1，若設(shè)置了顯示區(qū)塊可重用標(biāo)記，逐個(gè)檢查一級(jí)顯示區(qū)塊和二級(jí)顯示區(qū)塊是否已計(jì)算出顯示內(nèi)容，若顯示內(nèi)容已存在，則跳過(guò)不予計(jì)算，若顯示內(nèi)容不存在，則標(biāo)記當(dāng)前區(qū)塊;若未設(shè)置顯示區(qū)塊可重用標(biāo)記，標(biāo)記當(dāng)前顯示區(qū)塊；
[0026]步驟4-2，為已標(biāo)記的各個(gè)顯示區(qū)塊分配至少一個(gè)GPU處理器簇，按照航空要素圖層維度疊加順序，計(jì)算顯示區(qū)塊內(nèi)的二維矩陣每個(gè)像素點(diǎn)的顏色值；
[0027]步驟4-3，對(duì)標(biāo)記為三級(jí)的顯示區(qū)塊，在一二級(jí)顯示區(qū)塊計(jì)算過(guò)程完成之后，采用異步方式，單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，并作為緩存內(nèi)容；
[0028]步驟4-4，對(duì)標(biāo)記為四級(jí)的顯示區(qū)塊，不進(jìn)行計(jì)算處理。
[0029]本發(fā)明中，步驟5包括以下步驟:
[0030]步驟5-1，根據(jù)屏幕分辨率(如2560x1600，或1920x1080等)申請(qǐng)同等大小的顯存區(qū)域；
[0031]步驟5-2，根據(jù)步驟4的計(jì)算結(jié)果，經(jīng)坐標(biāo)位置變換將矩陣的值一一映射到所申請(qǐng)顯存對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行拼接；
[0032]步驟5-3，將二級(jí)顯示區(qū)塊的著色像素矩陣根據(jù)視區(qū)范圍裁剪，同樣經(jīng)坐標(biāo)位置變換將像素矩陣值一一映射到所申請(qǐng)顯存對(duì)應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行拼接；
[0033]步驟5-4，重復(fù)步驟5-2和5-3，直到所有一級(jí)、二級(jí)顯示區(qū)塊處理完畢，此時(shí)所申請(qǐng)的顯存區(qū)域已全部被映射賦值，將拼接映射完成后的顯存區(qū)域內(nèi)容送入屏幕顯示。
[0034]本發(fā)明與傳統(tǒng)的技術(shù)手段相比，顯著的優(yōu)點(diǎn)包括:(1)本發(fā)明大大提高了空中交通電子航圖的顯示交互效率；(2)本發(fā)明可支持大量電子航圖顯示要素?cái)?shù)據(jù)的顯示，且增加數(shù)據(jù)不會(huì)影響航圖顯示效率；(3)本發(fā)明可以改善空中交通電子航圖的實(shí)時(shí)顯示效果；(4)本發(fā)明為空中交通電子航圖中航跡目標(biāo)相關(guān)的實(shí)時(shí)計(jì)算提供了拓展和提升的能力。
【附圖說(shuō)明】
[0035]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說(shuō)明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。
[0036]圖1是本發(fā)明航圖顯示要素預(yù)處理流程圖。
[0037]圖2是本發(fā)明電子航圖區(qū)塊劃分示意圖。
[0038]圖3是本發(fā)明視區(qū)范圍內(nèi)區(qū)塊編號(hào)計(jì)算示意圖。
[0039]圖4是本發(fā)明多區(qū)塊并行計(jì)算顯示內(nèi)容流程圖。
[0040]圖5是本發(fā)明區(qū)塊顯示結(jié)果拼接流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]本發(fā)明涉及的基于CUDA的空中交通電子航圖顯示加速方法，與傳統(tǒng)的電子航圖顯示方法相比，可支持顯示的航圖顯示要素?cái)?shù)據(jù)量更大，顯示交互效率更高，顯示效果更佳。在數(shù)據(jù)預(yù)處理階段，將不同種類、不同來(lái)源的矢量、柵格、影像等航圖顯示要素資源進(jìn)行統(tǒng)一格式化疊加處理，根據(jù)數(shù)據(jù)量規(guī)模劃分相應(yīng)的區(qū)塊并編號(hào);航圖數(shù)據(jù)顯示階段，根據(jù)當(dāng)前視區(qū)顯示范圍，標(biāo)記各區(qū)塊的顯示等級(jí)，為每個(gè)高顯示等級(jí)的區(qū)塊分配至少一個(gè)GPU處理器簇，區(qū)塊與區(qū)塊之間基于CUDA的并行硬件架構(gòu)進(jìn)行高度并行化處理并顯示，可大大提高電子航圖的顯示效率，改進(jìn)人機(jī)交互感觀。
[0042]本發(fā)明結(jié)合空中交通電子航圖的要素顯示特點(diǎn)以及管制員日常操作的交互需求，采用CUDA并行計(jì)算架構(gòu)，對(duì)電子航圖顯示要素進(jìn)行格式化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改造，劃分區(qū)塊并編號(hào)，利用CUDA高性能高并發(fā)度計(jì)算能力進(jìn)行分塊同步計(jì)算，再拼接計(jì)算結(jié)果，從而加速顯示計(jì)算速度，大大提高電子航圖顯示與交互響應(yīng)效率。
[0043]具體而言，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于CUDA的空中交通電子航圖顯示加速方法，包括以下步驟:
[0044]步驟1、預(yù)處理電子航圖顯示要素，進(jìn)行格式化處理;具體為:
[0045]步驟1-1，如圖1，讀取航路航線、空域、機(jī)場(chǎng)、航路點(diǎn)、導(dǎo)航設(shè)施、報(bào)告點(diǎn)、地標(biāo)點(diǎn)等空中交通要素，以及行政區(qū)劃、水系、地名、山脈、高程分布、影像等地理信息要素進(jìn)入內(nèi)存；
[0046]步驟1-2，點(diǎn)符號(hào)類型數(shù)據(jù)(如機(jī)場(chǎng)、航路點(diǎn)、導(dǎo)航設(shè)施、報(bào)高點(diǎn)、地標(biāo)點(diǎn)等)以符號(hào)圖片像素格式化處理成二維矩陣像素點(diǎn)格式存儲(chǔ)；
[0047]步驟1-3，線符號(hào)類型數(shù)據(jù)(如航線、管制區(qū)域邊界、行政區(qū)劃、山脈等高線等)采用一定的固定像素點(diǎn)取樣頻率，存入二維矩陣像素點(diǎn)格式存儲(chǔ)；
[0048]步驟1-4，區(qū)域符號(hào)類型數(shù)據(jù)(如航路、空域、水系、高程分布、影像數(shù)據(jù)等)采用區(qū)域掃描