第1页共14页基于薄板样条插值算法的巨幅影像分块并行处理摘要：薄板样条函数是空间插值中的一种重要方法。对于巨幅影像数据使用薄板样条函数进行空间插值时，可能会出现运行时间太长，以及计算机内存空间不足或程序运行无响应的问题。针对这些问题，根据薄板样条函数光滑、连续的特点，基于GDAL开源函数库，提出对巨幅影像数据的分块读取，在块内利用并行技术求解线性方程组，确定薄板样条函数，最后进行空间插值的方法。结果表明，该方法可以有效的解决这些问题。关键词：薄板样条函数;空间插值;GDAL;分块;并行：TP399文献标志码：A：1006-8228（2015）07-04-03HugeimageblockparallelprocessingbasedonthinplatesplineinterpolationalgorithmMaJun1，2，KongShuaike1，ZhouBing1，2，Zhang第2页共14页Tong1（1.DepartmentofComputerScienceandTechnology，HenanUniversity，Kaifeng，Henan475004，China;2.DataandKnowledgeEngineeringResearchInstitute，HenanUniversity）Abstract：Thinplatesplineisanimportantalgorithmofspatialinterpolation.Forhugeimagedatawhenusingthinplatesplineinterpolation，theproblemofrunningtoolongandinsufficientcomputermemoryspaceorprogramrunsnoresponsemayoccur..Tosolvetheproblem，accordingtothesmooth，continuousfeatureofthinplatespline，andbasedonGDALopensourcelibrary，proposesamethod，inwhichthehugeimagedataisdividedintoblocks，paralleltechnologyisusedtosolvethelinearequationsintheblock，andtheninterpolateswiththin第3页共14页platespline.Theresultsindicatethatitisaneffectivemethodtosolvetheproblem.Keywords：thinplatespline;spatialinterpolation;GDAL;parallelprocessing0引言薄板样条函数是一种常用插值函数，是自然样条函数在多维空间的推广，它可以用来表示多维空间曲面。薄板样条函数在各个学科均有广泛的应用[1]。空间插值是根据已知点推求一定区域内任意点的方法[2-3]，是将点数据转换成面数据的一种方法[4]，其任务是基于已知点来为新的点计算出最可能的值[5]。常用的空间差值算法有反距离加权插值法、样条函数以及克里金插值[6]。薄板样条函数将插值问题模拟为一个薄金属板在点约束下的弯曲变形，用简练的代数式表示变形的能量，基于点的非线性变换方法，用于离散点数据插值得到曲面的一种工具[7]。薄板样条函数广泛应用于数字高程模型的建立、等值线的自动制图以及遥感卫星影像的几何校正。第4页共14页薄板样条函数与常用的空间插值方法相比，能够很好的反映地表高程异常变化的特性，并具备样条函数的光滑、连续、弹性好的特点[8]。在地面高程没有突变的地区，用薄板样条函数可以很好地描述其形状，当地形比较复杂时，可将测区适当分块[9]。基于数据分块技术，研究薄板样条函数的高效率实现，具有非常重要的理论与现实意义。1薄板样条函数原理用于空间插值的数据通常是复杂空间变化有限的采样点测量数据，这些已知的测量数据称为“硬数据”。在采样点数据比较少的情况下，可以根据已知的导致某种空间变化的自然过程或现象的信息机理，辅助进行空间插值，这种已知的信息机理，称为“软信息”。但通常情况下，由于不清楚这种自然过程机理，往往不得不对该问题的属性在空间的变化作一些假设，例如假设采样点之间的数据变化是平滑的，并假设服从某种分布概率和统计稳定性关系。采样点的空间位置对空间插值的结果影响很大，理想的情况是在研第5页共14页究区内均匀分布。空间插值常用于将离散点的测量数据转换为连续的数据曲面。简单来说，空间插值是根据已知点推求一定区域内任意点的方法。实现插值的核心就是利用薄板样条函数通过已知样本点坐标来推求出一定区域内任意点的坐标。对于给定的样本点（xi，yi），薄板样条函数可定义为：⑴包涵的条件：⑵其中：⑶f（xi，yi）=zi⑷根据薄板样条函数，在对数据插值处理前，首先选取N（N>=7）个非零样本点，每个样本点可以用它的坐标（x，y）以及该坐标的图像灰度值z来表示成（xi，yi，zi），然后，将得到的N第6页共14页个样本点值带入到薄板样条函...