[发明专利]基于CUDA的格网数字高程模型邻域分析的系统和方法

权利要求书

1.一种基于CUDA的格网数字高程模型邻域分析的系统，包括：数据IO模块、函数调度模块、核函数模块、邻域分析算子，其特征是，

所述数据IO模块，独占一个线程，该线程称为IO线程，提供数据读写支持；

所述函数调度模块，负责协调数据的IO线程和CUDA核函数的执行；该模块开辟出多个内存块用作缓冲区，同时启动多个线程，一个线程负责数据IO，即IO线程；其余线程称为worker线程，其个数与主机的GPU数量一致，每个worker线程对应一个GPU；

所述核函数模块，负责将数据从内存缓冲区中拷贝到GPU 芯片的存储器上，调用CUDA核函数对数据进行计算，并在计算结束后将数据从GPU芯片的存储器拷贝到内存中；

所述邻域分析算子，被核函数模块调用，用以执行邻域分析中单个邻域模板的数据计算；所述邻域分析算子对外以函数接口提供，由系统使用者实现。

2.如权利要求1所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，系统的使用者通过注册不同的数据驱动引擎，从不同数据源读取数据，并以二维矩阵的形式在内存缓冲区中存储。

3.如权利要求2所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，所述数据源包括文件系统、数据库、网络。

4.如权利要求2所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，从数据源读取数据的时候，按照设定好的分块大小，分块读取数据源的数据，如果输入文件小于设定的块大小，则一次将数据全部读入内存中；如果原始数据很大，大于设定的大小，则按照设定的分块大小读取数据。

5.如权利要求1所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，所述函数调度模块，采用生产者-消费者模型来调度数据IO函数和CUDA核函数，数据IO线程充当生产者，将输入文件中的原始DEM数据读取到缓冲区中；worker线程充当消费者，处理缓冲区中的数据，并把处理后的结果数据更新到缓冲区中；当数据IO线程向一个缓冲区写完数据后，会触发一个worker线程来消费缓冲区中的数据，并把结果数据更新缓冲区中；当一个worker线程将结果写回缓冲区后，也会触发数据IO线程，将缓冲区的数据写到输出文件，同时再从输入文件读取另一部分数据给缓冲区模块，形成循环；当没有数据可读时，数据IO模块会在缓冲区中标记数据读完毕，并停止执行，消费者线程看到这个标记也会停止执行。

6.如权利要求1所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，所述核函数模块，负责将数据从内存传输到显卡存储器，调用邻域分析算子，再将结果从显卡存储器写回内存；包括：

核函数将GPU存储器上的数据分割成块，每块被分到一个block的线程中，每块的大小和block中的线程数对应；一个block中的线程按照接合的特点从GPU存储器中读取数据，然后每个线程执行一个邻域分析算子操作；同一个block中的不同线程执行的模板操作指令是一样的，这样让一个block中的不同线程尽可能共享指令前段；每个block中的线程不是从数据块的边缘计算，而是从与边缘相距邻域模板算子一半的距离计算；在调用邻域分析算子计算结束后，计算结果会写回GPU存储器中，然后再从GPU存储器写回内存的缓冲区中。

7.如权利要求1所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，所述邻域分析算子，是一个邻域计算的函数接口，系统使用者根据需求实现不同的函数，并以函数指针的形式向CUDA核函数注册，每一个CUDA线程具体执行邻域分析算子的操作。

8.如权利要求7所述的格网数字高程模型邻域分析的系统，其特征是，注册函数包含邻域算子模板的长、宽、邻域算子的函数指针；邻域算子函数的输入参数是矩阵的起始位置、目标点的行数、目标点的列数、矩阵总行数、矩阵总列数，输出为该点经过邻域计算后的结果值。