一種多核并行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空航天攝影測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多核并行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng) 平差方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航空航天攝影測(cè)量空三平差是將由多條航帶影像數(shù)據(jù)連接成的區(qū)域，對(duì)多航線影 像區(qū)域進(jìn)行整體平差，獲取每張影像的外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)。攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差包 括航帶法平差、自由網(wǎng)平差和光束法平差；航帶法平差是以單航帶為基礎(chǔ)，連接單條航帶影 像數(shù)據(jù)成為區(qū)域，進(jìn)行單航帶平差，獲取每張影像的初始外方位元素等；自由網(wǎng)平差是將經(jīng) 過(guò)"航帶法平差"的多條單航影像數(shù)據(jù)連接構(gòu)成自由區(qū)域網(wǎng)，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，獲取每張影 像的初始外方位元素等，自由網(wǎng)平差通常不需要地面已有控制點(diǎn)數(shù)據(jù)加入平差計(jì)算；光束 法平差是在航帶法平差和自由網(wǎng)平差基礎(chǔ)上，利用共線方程和高精度控制點(diǎn)數(shù)據(jù)，建立多 條航線影像的區(qū)域網(wǎng)平差方程，進(jìn)行區(qū)域網(wǎng)平差，獲取每張影像的外方位元素和加密點(diǎn)坐 標(biāo)。
[0003] 航空航天攝影測(cè)量空三平差的法方程是大規(guī)模稀疏矩陣，其大型法方程矩陣解算 對(duì)CPU的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力要求極高。
[0004] 目前，計(jì)算機(jī)技術(shù)并行計(jì)算正快速發(fā)展，為高性能計(jì)算提供了新的方法和途徑，也 成為無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量、移動(dòng)計(jì)算、普適計(jì)算等重要支撐技術(shù)。多核架構(gòu)和多核計(jì)算包括多線 程、鎖競(jìng)爭(zhēng)、加速比、負(fù)載均衡、原子操作等并行技術(shù)；并行編程如分治模式、流水線模式、任 務(wù)圖分解與調(diào)度模式、動(dòng)態(tài)任務(wù)調(diào)度模式等；并行搜索包括順序搜索及終止檢測(cè)算法，并行 最短路徑搜索等，并行排序包括并行快速排序、并行歸并排序、并行基數(shù)排序等，并行數(shù)值 計(jì)算包括并行矩陣乘法、并行前綴和計(jì)算等方面的內(nèi)容。
[0005] 常用的攝影測(cè)量處理系統(tǒng)有如下兩種：1)數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量網(wǎng)格Oigital PhotogrammetryGrid)，是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和集群計(jì)算機(jī)并行技術(shù)的攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差 與處理系統(tǒng)。集群計(jì)算機(jī)是一種刀片式服務(wù)器（刀片機(jī)）系統(tǒng)。它的硬件包括四大部分： 刀片服務(wù)器，磁盤陣列，工作站和千兆以太網(wǎng)交換機(jī)。每個(gè)刀片服務(wù)器有自己獨(dú)立的CPU、 內(nèi)存、硬盤和操作系統(tǒng)，每個(gè)刀片服務(wù)器為一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。磁盤陣列作為文件服務(wù)器，用于 存儲(chǔ)海量航空影像數(shù)據(jù)。工作站作為客戶端，負(fù)責(zé)文件管理和分發(fā)任務(wù)。刀片服務(wù)器、磁 盤陣列和客戶端通過(guò)千兆以太網(wǎng)交換機(jī)和光纖通訊等設(shè)備建立連接，集合成一個(gè)服務(wù)器集 群。在集群模式下，所有刀片服務(wù)器可以連接起來(lái)提供高速的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，同時(shí)可以資源共 享。客戶端將測(cè)區(qū)任務(wù)分成若干子任務(wù)分配給每臺(tái)刀片服務(wù)器，當(dāng)?shù)镀?wù)器接收到任務(wù) 時(shí)，啟動(dòng)該服務(wù)器上相應(yīng)的計(jì)算模塊對(duì)磁盤陣列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算處理機(jī) 制。但是，該系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和集群計(jì)算機(jī)并行計(jì)算技術(shù)，設(shè)備體積大，不適用無(wú)人機(jī) 等快速、移動(dòng)計(jì)算工作。2)像素工廠技術(shù)是用于大型生產(chǎn)的遙感影像處理系統(tǒng)，包括攝影測(cè) 量區(qū)域網(wǎng)平差并行計(jì)算的內(nèi)容。該系統(tǒng)硬件由4個(gè)部分組成：存儲(chǔ)設(shè)備負(fù)責(zé)輸入原始數(shù)據(jù) 和保存結(jié)果數(shù)據(jù)；服務(wù)器包括2個(gè)文件服務(wù)器和1個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器；處理器包括6個(gè)計(jì)算結(jié) 點(diǎn)和4個(gè)工作站（其中2個(gè)Linux工作站，2個(gè)Windows工作站），其中，計(jì)算結(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)計(jì) 算，每個(gè)結(jié)點(diǎn)將任務(wù)分為4部分并行處理；備份庫(kù)在數(shù)字產(chǎn)品生產(chǎn)完畢后進(jìn)行系統(tǒng)備份和 項(xiàng)目備份；軟件系統(tǒng)采用集群式并行計(jì)算原理，將任務(wù)分配到不同的機(jī)器上（集群計(jì)算機(jī) 上不同計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)或者不同的人工席位）。但是，該系統(tǒng)采用集群計(jì)算機(jī)并行計(jì)算技術(shù)，設(shè) 備體積大，不適用無(wú)人機(jī)等快速、移動(dòng)計(jì)算工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種多核并行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差方法，以實(shí)現(xiàn)攝影測(cè)量區(qū) 域網(wǎng)平差的高效計(jì)算。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 一種多核并行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差方法，包括：
[0009] 單航帶平差計(jì)算時(shí)，根據(jù)航帶數(shù)量與計(jì)算機(jī)CPU核心數(shù)量，動(dòng)態(tài)的將不同航帶的 航帶平差計(jì)算任務(wù)分配給單個(gè)核心進(jìn)行并行計(jì)算；
[0010] 自由網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)，將單航帶平差計(jì)算結(jié)果按航帶順序連接構(gòu)成自由區(qū)域網(wǎng)；將 航帶順序相鄰的兩條航帶為一組進(jìn)行多級(jí)合并，動(dòng)態(tài)地把各組的自由網(wǎng)平差計(jì)算任務(wù)分配 到不同核心進(jìn)行并行計(jì)算；
[0011] 光束法平差計(jì)算時(shí)，根據(jù)自由網(wǎng)平差計(jì)算的結(jié)果，采用多核并行計(jì)算的方式進(jìn)行 光束法平差計(jì)算。
[0012] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)航帶數(shù)量與計(jì)算機(jī)CPU核心數(shù)量，動(dòng)態(tài)的將不同航帶的航帶 平差計(jì)算任務(wù)分配給單個(gè)核心進(jìn)行并行計(jì)算包括：
[0013] 當(dāng)航帶數(shù)大于CPU核心數(shù)量時(shí)，對(duì)航帶分批次進(jìn)行并行計(jì)算；若航帶數(shù)為H，計(jì)算 機(jī)核心數(shù)量為n，并行計(jì)算批次為N，則：N=H/n，N取不小于H/n的最小整數(shù)；
[0014] 當(dāng)并行計(jì)算批次N確定后，各批次內(nèi)各航帶的平差計(jì)算按照多核并行去解算，每 個(gè)核心處理一條航線，各航線內(nèi)部仍然采用串行化解算，多核同時(shí)處理多條航線，最終在并 行計(jì)算N次后，得到航攝區(qū)域的各條航帶的單航帶平差計(jì)算結(jié)果。
[0015] 進(jìn)一步的，所述將航帶順序相鄰的兩條航帶為一組進(jìn)行多級(jí)合并包括：
[0016] 確定多級(jí)合并的級(jí)數(shù)W:若航帶數(shù)為H，則多級(jí)合并的級(jí)數(shù)W等于不小于log2(H) 的最小的整數(shù)；
[0017] 每合并一級(jí)，航帶數(shù)減為合并前航帶數(shù)的一半或一半加1，通過(guò)W級(jí)數(shù)次的合并將 所有航帶合并為一條。
[0018] 進(jìn)一步的，該方法還包括：
[0019] 每級(jí)合并后的合并航帶數(shù)目的確定：設(shè)每次相鄰的兩條航帶為一組之前的航帶數(shù) 為P，合并后的航帶數(shù)為Q，則：當(dāng)合并前航帶數(shù)為奇數(shù)時(shí)，則合并后航帶數(shù)Q=P/2+1，其 中，P/2取整數(shù)；當(dāng)合并前航帶數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則合并后航帶數(shù)Q=P/2 ;
[0020] 在下一級(jí)合并前，合并前航帶數(shù)又成為Q，如此循環(huán)，直到Q= 1，則說(shuō)明整個(gè)測(cè)區(qū) 內(nèi)的航帶合并完成。
[0021] 由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，利用多核計(jì)算技術(shù)，并行執(zhí)行攝影測(cè)量 區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，解決了攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差的高效計(jì)算問(wèn)題；為無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量、移動(dòng)序 列影像計(jì)算等奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用 的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他 附圖。
[0023] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多核并行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差方法的流程圖；
[0024]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的單航帶平差并行計(jì)算的示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的自由網(wǎng)平差并行計(jì)算的示意圖；
[0026] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的光束法平差的法方程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒?發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種多核并行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差方法，其中所涉及的單航帶 平差計(jì)算、自由網(wǎng)平差計(jì)算以及光束法平差計(jì)算與目前常規(guī)方法類似，但是，本發(fā)明方案利 用了多核計(jì)算技術(shù)，并行執(zhí)行攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差計(jì)算，解決了攝影測(cè)量區(qū)域網(wǎng)平差的高 效計(jì)算問(wèn)題；為無(wú)人機(jī)攝影測(cè)量、移動(dòng)序列影像計(jì)算等奠定技術(shù)基礎(chǔ)；該方案可以使用普 通計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖1其主要包括如下步驟：
[0029] 步驟11、單航帶平差計(jì)算時(shí)，根據(jù)航帶數(shù)量與計(jì)算機(jī)CPU核心數(shù)量，動(dòng)態(tài)的將不同 航帶的航帶平差計(jì)算任務(wù)分配給單個(gè)核心進(jìn)行并行計(jì)算。
[0030] 步驟12、自由網(wǎng)平差計(jì)算時(shí)，將單航帶平差計(jì)算結(jié)果按航帶順序連接構(gòu)成自由區(qū) 域網(wǎng)；將航帶順序相鄰的兩條航帶為一組進(jìn)行多級(jí)合并，動(dòng)態(tài)地把各組的自由網(wǎng)平差計(jì)算 任務(wù)分配到不同核心進(jìn)行并行計(jì)算。
[0031] 步驟13、光束法平差計(jì)算時(shí)，根據(jù)自由網(wǎng)平差計(jì)算的結(jié)果，采用多核并行計(jì)算的方 式進(jìn)行光束法平差計(jì)算。
[0032] 為了便于理解，下面結(jié)合附圖2-4對(duì)上述三個(gè)并行執(zhí)行的過(guò)程做詳細(xì)的介紹。
[0033] 1、單航帶平差并行計(jì)算。
[0034] 如圖2所示，為單航帶平差并行計(jì)算（單航帶空三多核并行解算）的示意圖。其 具體的步驟如下：
[0035] S011、單航帶平差計(jì)算。
[0036] 利用連續(xù)相對(duì)定向建立各立體像對(duì)的共面條件模型，進(jìn)行顧及航帶非線性改正的 最小二乘平差，進(jìn)而解算航帶內(nèi)各影像外方位元素和加密點(diǎn)坐標(biāo)。主要解算過(guò)程為：
[0037] 1)進(jìn)行同名像點(diǎn)匹配，獲取同名像點(diǎn)的像平面直角坐標(biāo)（x，y)。
[0038] 2)基于連續(xù)法相對(duì)定向建立各立體模型，利用像點(diǎn)的像平面直角坐標(biāo)（x，y)逐次 對(duì)各立體模型進(jìn)行最小二乘平差，解算有關(guān)各影像相對(duì)外方位元素。
[0039] 3)利用立體模型間公共點(diǎn)，進(jìn)行不同模型公共點(diǎn)連接的平差計(jì)算，建立統(tǒng)一的單 航帶模型，進(jìn)而解算航帶內(nèi)各影像外方位元素。
[0040] S012、每條航帶按單航帶平差進(jìn)行串行計(jì)