本文選題：遙感影像并行處理　切入點(diǎn)：多任務(wù)粒度　出處：《南京大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：遙感影像是地理信息系統(tǒng)(GIS)中的重要地理數(shù)據(jù)類型。隨著遙感影像在資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象天氣預(yù)報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)和評(píng)估、軍事目標(biāo)識(shí)別等方面廣泛應(yīng)用,對(duì)于實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的處理大數(shù)據(jù)量遙感影像的需求日益迫切。并行技術(shù)是高效快速處理大數(shù)據(jù)量遙感影像的有效途徑。針對(duì)多幅遙感影像的并行處理方法具有多任務(wù)粒度的特征,解決在不同任務(wù)粒度下存在的任務(wù)依賴和數(shù)據(jù)依賴是實(shí)現(xiàn)遙感影像并行處理方法的關(guān)鍵問(wèn)題。遙感影像鑲嵌是遙感應(yīng)用技術(shù)的重要內(nèi)容,遙感影像鑲嵌并行方法設(shè)計(jì)涵蓋了多種任務(wù)粒度,本研究以遙感影像并行鑲嵌技術(shù)研究為例,研究面向多任務(wù)粒度的遙感影像處理方法并行技術(shù),構(gòu)建多粒度的遙感影像并行鑲嵌框架,提高遙感影像鑲嵌的效率,為實(shí)現(xiàn)面向多任務(wù)粒度遙感影像并行處理提供實(shí)例和方法借鑒。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)遙感影像地圖投影及坐標(biāo)變換方法并行技術(shù)。遙感影像地圖投影及坐標(biāo)變換是進(jìn)行遙感影像鑲嵌的基礎(chǔ)。遙感影像并行地圖投影及坐標(biāo)變換的任務(wù)粒度為像元和單幅影像。研究分析了遙感影像地圖投影及坐標(biāo)變換方法原理,從并行算法設(shè)計(jì)的角度分析了以像元和單幅圖像為任務(wù)粒度的并行方法的特點(diǎn),提出了遙感影像地圖投影及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并行方法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于多幅遙感影像并行地圖投影及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)影像數(shù)據(jù)的劃分策略。研究綜合考慮了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、并行環(huán)境等對(duì)并行方法效率的影響,提出了基于遙感影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式、處理器性能的數(shù)據(jù)劃分策略,結(jié)合靜態(tài)任務(wù)調(diào)度和對(duì)等模式實(shí)現(xiàn)了并行方法,對(duì)并行方法的性能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,采用提出的數(shù)據(jù)劃分策略設(shè)計(jì)的遙感影并行方法有效減少了遙感影像地圖投影及坐標(biāo)變換的時(shí)間,具有較高的加速比,在處理大數(shù)據(jù)量遙感影像時(shí)有著較好的表現(xiàn)。(2)遙感影像相對(duì)輻射校正并行技術(shù)。遙感影像相對(duì)輻射校正是保證遙感影像間色彩均衡,形成色彩一致的鑲嵌影像的重要步驟。遙感影像并行輻射校正的任務(wù)粒度為部分影像。研究選擇了精度和穩(wěn)定性較好的迭代加權(quán)多元變換檢測(cè)和正交回歸方法實(shí)現(xiàn)并行相對(duì)輻射校正。通過(guò)對(duì)遙感影像相對(duì)輻射校正原理的分析,提出了以部分影像為任務(wù)粒度的相對(duì)輻射校正并行方法設(shè)計(jì)的難點(diǎn)為:選取參考影像、確定影像的校正路徑、解決在校正路徑上存在的任務(wù)依賴。研究提出了基于最短路徑的參考影像選取和校正路徑生成方法使得整體的輻射校正誤差最小。研究解析了校正路徑對(duì)校正系數(shù)的影響,建立了校正路徑上各個(gè)任務(wù)執(zhí)行結(jié)果的關(guān)系式,使得任務(wù)可以獨(dú)立執(zhí)行,任務(wù)依賴通過(guò)計(jì)算量很小的串行計(jì)算解決。采用了動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度和主從模式實(shí)現(xiàn)了并行方法。并行方法在高性能集群上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,基于以上并行策略實(shí)現(xiàn)的并行方法中串行部分的執(zhí)行時(shí)間占總執(zhí)行時(shí)間的比例非常小,并行方法具有較高的加速比,且當(dāng)處理數(shù)據(jù)量較大時(shí),加速效果明顯。(3)遙感影像拼接并行技術(shù)。遙感影像的拼接是在影像的重疊區(qū)內(nèi)找到一條接縫線,作為影像范圍線,將影像拼接起來(lái)形成鑲嵌影像的過(guò)程。遙感影像并行拼接的任務(wù)粒度為全部影像。研究選擇了形態(tài)學(xué)拼接方法實(shí)現(xiàn)影像并行拼接。以全部影像為任務(wù)粒度的并行拼接方法的設(shè)計(jì)需要解決以下問(wèn)題:計(jì)算需要將全部影像讀入內(nèi)存,對(duì)內(nèi)存的存儲(chǔ)容量要求高;輸出大量的中間結(jié)果,占用大量外存;方法為全局分層次計(jì)算,存在任務(wù)依賴和數(shù)據(jù)依賴。通過(guò)對(duì)形態(tài)學(xué)拼接方法原理的解析,提出了將重疊區(qū)劃分為獨(dú)立的相交區(qū)的數(shù)據(jù)劃分方案來(lái)減少內(nèi)存負(fù)擔(dān);提出了基于矢量-柵格互轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化方案以減輕讀寫負(fù)擔(dān)和外存占用;根據(jù)數(shù)據(jù)劃分和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化結(jié)果,研究了任務(wù)依賴的特性,重新定義了任務(wù)的粒度,結(jié)合主從模式,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度策略。在高性能計(jì)算集群上對(duì)并行方法性能的實(shí)驗(yàn)表明,采用以上并行策略,有效的減少了并行算法中的串行計(jì)算,使得遙感影像拼接執(zhí)行時(shí)間大幅減少,遙感影像并行拼接方法具有較好的可擴(kuò)展性,負(fù)載均衡效果較好。本研究的創(chuàng)新之處在于構(gòu)建了多粒度的遙感影像并行鑲嵌框架,提出了以部分影像為任務(wù)粒度的遙感影像并行輻射校正任務(wù)層次依賴的解決策略及提出了基于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度的遙感影像并行拼接方案。
[Abstract]:The remote sensing image is the geographic information system (GIS) is an important geographic data type. With remote sensing monitoring of environmental resources in the survey, weather forecast, disaster monitoring and assessment, widely used in military target recognition. To deal with large numbers of real-time or near real-time remote sensing image according to the amount of parallel technology is increasingly urgent demand. Efficient and effective way of rapid processing of massive remote sensing image. The characteristics of the parallel processing method for remote sensing images with multi task granularity, solve the problems in different task granularity task dependence and data dependence is the key problem in the parallel processing method of remote sensing image. Remote sensing image mosaic is an important content of the application of remote sensing technology. Remote sensing image mosaic method of parallel design covers a variety of task granularity, based on the research of remote sensing image parallel mosaic technology as an example, research on multi task oriented particle Remote sensing image processing method of parallel technology, remote sensing images to construct multi granularity parallel embedded framework, improve the efficiency of remote sensing image mosaic, for parallel processing to provide examples and methods for reference implementation for multi task granularity of remote sensing image. The main research contents and conclusions are as follows: (1) remote sensing image map projection and coordinate transformation method in parallel the technology of remote sensing image. Map projection and coordinate transformation is the basis of remote sensing image mosaic. Remote sensing image parallel map projection and coordinate transformation of the task granularity is single image pixels and. Research and analysis of the remote sensing image map projection principle and the method of coordinate transformation, the parallel algorithm is designed to analyze the characteristics of parallel task granularity by pixel method and a single image for the proposed remote sensing image map projection and coordinate conversion method of parallel key lies in the design of several remote sensing images and The partitioning strategy of image data for map projection and coordinate transformation. The research considers the data storage format, influence the parallel environment on the parallel efficiency of the proposed method, remote sensing image data storage format based on data partitioning strategy of processor performance, combined with the static task scheduling and peer-to-peer mode realizes parallel method, the performance of parallel method the tests were carried out. Test results show that the proposed data partitioning strategy of remote sensing image parallel method reduces image map projection and coordinate transformation time, with a relatively high speed, has a good performance in dealing with large amount of data of remote sensing images. (2) the relative radiometric correction of remote sensing image parallel technology the remote sensing image. Relative radiometric correction is the guarantee of the remote sensing image color balance, an important step in the formation of color mosaic image consistent with the remote sensing image and radiation for school. Is the task granularity is part of the image. The research chose the better precision and stability of iterative weighted multivariate change detection and orthogonal regression method to realize parallel relative radiometric correction. Through the analysis of the principle of relative radiometric correction of remote sensing image, put forward to the part of the image for task granularity relative radiometric calibration method for the design of parallel difficulties: selection of reference image determination of image correction, path, solve the problems in the correction on the path dependence. The research task put forward the reference image of the shortest path selection and correction path generation method makes the overall radiometric correction based on minimum error correction. Study analysis the influence on path correction coefficient, a correction on the path of each task execution result of the relationship that makes the task can be executed independently, depending on the tasks by a small amount of computation. The serial computation to solve the dynamic task scheduling and Slave mode to realize parallel method in high performance. The experimental results show that the above method of parallel, parallel serial parallel method strategy to achieve part of the execution time of the total execution time based on the proportion of very small, the parallel speedup method has high, and when processing large amount of data, (the acceleration effect is obvious. 3) remote sensing image mosaic mosaic parallel technology. Remote sensing image is the overlapping area in the image of the interior to find a joint line as the range of image line, the image mosaic process will be formed. The mosaic image mosaic task granularity parallel remote sensing images. All images were chosen to achieve parallel image mosaic method of morphology design of parallel stitching. Splicing method of task granularity to all images for the need to solve the following problems: computing all images needs to be read into memory, the memory requirements for high storage capacity; output The amount of intermediate results, take up a lot of memory; hierarchical method for global computing, task dependence and the data dependence. By analyzing the principle of morphological mosaic method, proposed scheme divides the data overlapping area is divided into independent intersection area to reduce the burden of memory; a vector raster conversion data storage optimization a way to reduce the burden and to read and write memory occupancy based on data partitioning and data storage; according to the optimization results, study the characteristics of task dependence, redefined the task granularity, combined with master-slave mode, realizes the dynamic scheduling strategy. In high performance computing cluster of parallel method of performance experiments show that the parallel strategy. Effectively reduce the parallel algorithm in serial computing, the remote sensing image mosaic significantly reduce the execution time of parallel remote sensing image mosaic method has good scalability, negative Load balancing is better. The innovation of this study is to construct the multi granularity parallel remote sensing image mosaic framework, put forward to the part of the image of remote sensing task granularity parallel radiation correction task level dependent solving strategy and proposes a parallel connection scheme for remote sensing image data storage and dynamic optimization based on task scheduling.

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P237

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本文編號(hào)：1671245