基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法技术

本发明专利技术公开了基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，包括以下步骤：步骤1、预处理电子航图显示要素，进行格式化处理；步骤2、划分电子航图显示要素的区块；步骤3、根据视区范围计算所需的区块编号；步骤4、多区块并行计算显示要素内容；步骤5、拼接各分区块的显示结果。本发明专利技术与传统的技术手段相比，显著的优点包括：(1)本发明专利技术大大提高了空中交通电子航图的显示交互效率；(2)本发明专利技术可支持大量电子航图显示要素数据的显示，且增加数据不会影响航图显示效率；(3)本发明专利技术可以改善空中交通电子航图的实时显示效果；(4)本发明专利技术为空中交通电子航图中航迹目标相关的实时计算提供了拓展和提升的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空中交通管制系统
，特别是一种在空中交通管制系统中基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法。
技术介绍
传统的空中交通电子航图显示方法，基于点、线、面、文字、图片等数据结构，采用计算机提供的基础图形API函数，按图形叠加显示顺序，逐个绘制于空管专用显示器屏幕上，而当管制员对电子航图进行放大、缩小、移动或局部内容修改时，需重复进行上述大量顺序绘制工作。这种传统技术严重依赖于CPU指令的顺序执行，当电子航图数据规模较大时，态势场景重绘需耗费大量计算资源，将导致系统迟缓，不能及时响应管制员的操作指令，交互体验大打折扣，进而影响管制效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，包括以下步骤：步骤1、预处理电子航图显示要素，进行格式化处理；步骤2、划分电子航图显示要素的区块；步骤3、根据视区范围计算所需的区块编号；视区即屏幕可见区域。步骤4、多区块并行计算显示要素内容；步骤5、拼接各分区块的显示结果。本专利技术中，步骤1预处理电子航图显示要素，进行格式化处理，具体包括以下步骤：步骤1-1，读取空中交通要素和地理信息要素进入内存，空中交通要素包括航路航线、空域、机场、航路点、导航设施、报告点和地标点，地理信息要素包括行政区划、水系、地名、山脉、高程分布和影像；步骤1-2，点符号类型数据(如机场、航路点、导航设施、报高点、地标点等)以符号图片像素格式化处理成二维矩阵像素点格式存储；步骤1-3，线符号类型数据(如航线、管制区域边界、行政区划、山脉等高线等)采用一定的固定像素点取样频率，存入二维矩阵像素点格式存储；步骤1-4，区域符号类型数据(如航路、空域、水系、高程分布、影像数据等)采用区域扫描填充算法取样像素点，存入二维矩阵像素点格式存储。本专利技术中，步骤2包括以下步骤：步骤2-1，采用6经度、6纬度区块划分标准，划分世界电子航图，并以0度中央子午线北纬90度为第一块编号，以经度向东增加编号，纬度向南增加编号，给区块进行标号；步骤2-2，将步骤1中格式化处理好的所有航图显示要素数据根据各自二维矩阵像素点的坐标值，划分到相应的区块中，每个区块的存储结构为三维矩阵，新增一维作为不同航空显示要素图层维度。本专利技术中，步骤3包括以下步骤：步骤3-1，根据视区显示的矩形范围，计算落在矩形范围内的区块编号；步骤3-2，对于完全落在视区范围内的区块，标记为一级显示区块；步骤3-3，对于部分落在视区范围内的区块，标记为二级显示区块；步骤3-4，对于未落在视区范围内但是与一级或二级显示区块相邻的区块，标记为三级显示区块；步骤3-5，其他区块统一标识为四级显示区块。本专利技术中，步骤4包括以下步骤：步骤4-1，若设置了显示区块可重用标记，逐个检查一级显示区块和二级显示区块是否已计算出显示内容，若显示内容已存在，则跳过不予计算，若显示内容不存在，则标记当前区块；若未设置显示区块可重用标记，标记当前显示区块；步骤4-2，为已标记的各个显示区块分配至少一个GPU处理器簇，按照航空要素图层维度叠加顺序，计算显示区块内的二维矩阵每个像素点的颜色值；步骤4-3，对标记为三级的显示区块，在一二级显示区块计算过程完成之后，采用异步方式，单独进行计算，并作为缓存内容；步骤4-4，对标记为四级的显示区块，不进行计算处理。本专利技术中，步骤5包括以下步骤：步骤5-1，根据屏幕分辨率(如2560x1600，或1920x1080等)申请同等大小的显存区域；步骤5-2，根据步骤4的计算结果，经坐标位置变换将矩阵的值一一映射到所申请显存对应的区域进行拼接；步骤5-3，将二级显示区块的着色像素矩阵根据视区范围裁剪，同样经坐标位置变换将像素矩阵值一一映射到所申请显存对应的区域进行拼接；步骤5-4，重复步骤5-2和5-3，直到所有一级、二级显示区块处理完毕，此时所申请的显存区域已全部被映射赋值，将拼接映射完成后的显存区域内容送入屏幕显示。本专利技术与传统的技术手段相比，显著的优点包括：(1)本专利技术大大提高了空中交通电子航图的显示交互效率；(2)本专利技术可支持大量电子航图显示要素数据的显示，且增加数据不会影响航图显示效率；(3)本专利技术可以改善空中交通电子航图的实时显示效果；(4)本专利技术为空中交通电子航图中航迹目标相关的实时计算提供了拓展和提升的能力。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做更进一步的具体说明，本专利技术的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。图1是本专利技术航图显示要素预处理流程图。图2是本专利技术电子航图区块划分示意图。图3是本专利技术视区范围内区块编号计算示意图。图4是本专利技术多区块并行计算显示内容流程图。图5是本专利技术区块显示结果拼接流程图。具体实施方式本专利技术涉及的基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，与传统的电子航图显示方法相比，可支持显示的航图显示要素数据量更大，显示交互效率更高，显示效果更佳。在数据预处理阶段，将不同种类、不同来源的矢量、栅格、影像等航图显示要素资源进行统一格式化叠加处理，根据数据量规模划分相应的区块并编号；航图数据显示阶段，根据当前视区显示范围，标记各区块的显示等级，为每个高显示等级的区块分配至少一个GPU处理器簇，区块与区块之间基于CUDA的并行硬件架构进行高度并行化处理并显示，可大大提高电子航图的显示效率，改进人机交互感观。本专利技术结合空中交通电子航图的要素显示特点以及管制员日常操作的交互需求，采用CUDA并行计算架构，对电子航图显示要素进行格式化数据结构改造，划分区块并编号，利用CUDA高性能高并发度计算能力进行分块同步计算，再拼接计算结果，从而加速显示计算速度，大大提高电子航图显示与交互响应效率。具体而言，本专利技术公开了一种基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，包括以下步骤：步骤1、预处理电子航图显示要素，进行格式化处理；具体为：步骤1-1，如图1，读取航路航线、空域、机场、航路点、导航设施、报告点、地标点等空中交通要素，以及行政区划、水系、地名、山脉、高程分布、影像等地理信息要素进入内存；步骤1-2，点符号类型数据(如机场、航路点、导航设施、报高点、地标点等)以符号图片像素格式化处理成二本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、预处理电子航图显示要素，进行格式化处理；步骤2、划分电子航图显示要素的区块；步骤3、根据视区范围计算所需的区块编号；步骤4、多区块并行计算显示要素内容；步骤5、拼接各分区块的显示结果。

【技术特征摘要】
1.基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、预处理电子航图显示要素，进行格式化处理；
步骤2、划分电子航图显示要素的区块；
步骤3、根据视区范围计算所需的区块编号；
步骤4、多区块并行计算显示要素内容；
步骤5、拼接各分区块的显示结果。
2.根据权利要求1所述的基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，其特征在
于，步骤1预处理电子航图显示要素，进行格式化处理，具体包括以下步骤：
步骤1-1，读取空中交通要素和地理信息要素进入内存，空中交通要素包括航路航
线、空域、机场、航路点、导航设施、报告点和地标点，地理信息要素包括行政区划、
水系、地名、山脉、高程分布和影像；
步骤1-2，点符号类型数据以符号图片像素格式化处理成二维矩阵像素点格式存储；
步骤1-3，线符号类型数据采用固定像素点取样频率，存入二维矩阵像素点格式存
储；
步骤1-4，区域符号类型数据采用区域扫描填充算法取样像素点，存入二维矩阵像
素点格式存储。
3.根据权利要求1所述的基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，其特
征在于，步骤2包括以下步骤：
步骤2-1，采用6经度、6纬度区块划分标准，划分世界电子航图，并以0度中央
子午线北纬90度为第一块编号，以经度向东增加编号，纬度向南增加编号，给区块进
行标号；
步骤2-2，将步骤1中格式化处理好的所有航图显示要素数据根据各自二维矩阵像
素点的坐标值，划分到相应的区块中，每个区块的存储结构为三维矩阵，新增一维作
为不同航空显示要素图层维度。
4.根据权利要求1所述的基于CUDA的空中交通电子航图显示加速方法，其特
征在于，步骤3包括以下步骤：
步骤3-1，根据视区显示的矩形范围，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐秋程，付胜豪，童明，丁辉，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32