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1、分类号密级U D CC 编号 104486 武汉大学硕士学位论文栅格环境下下基站覆覆盖范围的计算算与仿真真Thesiis ffor Massterr DeegreeeCacullatiion andd siimullatiionof baase staatioon ccoveeragge aareaabasedd onn Grrid-DattaAprill，20008郑重声明本人的学位位论文是是在导师师指导下下独立撰撰写并完完成的，学学位论文文没有剽剽窃、抄抄袭、造造假等违违反学术术道德、学学术规范范和侵权权行为，本本人愿意意承担由由此而产产生的法法律后果果和法律律责任，特特此郑重重声明。学位
2、论文作作者（签签名）：摘要传统的的基站选选址方法法主要依依靠建设设人员的的实地勘勘察。这这样做不不仅费时时费力，也也难以充充分考虑虑当地复复杂的地地理状况况，只能能凭借经经验和有有限的实实地勘察察试验来来确定站站址的选选择，通通常把站站点选在在高山或或高层建建筑上，以以期获得得较大的的覆盖范范围。但但实际上上，这种种选址方方式有很很大的主主观性，容容易造成成覆盖范范围不足足或重复复覆盖形形成信号号之间的的相互干干扰等情情况。本论文文结合栅栅格数据据的特点点，研究究了如何何有效地地读取与与处理数数据的算算法，着着重研究究以下几几个方面面的内容容：1) 由于栅格数数据量较较大，所所以要提提出算法法
3、来对它它的显示示和处理理进行优优化，通通过自己己管理FFrusstumm解决了了栅格数数据的高高效显示示，为场场景中的的每个对对象定义义一个包包围盒和和一个包包围球并并为视场场Fruustuum建立立一个包包围盒一一个包围围球一个个包围锥锥的办法法，可以以非常高高效地剔剔除与加加载对象象，另外外由于采采用了四四叉树化化分场景景的，更更进一步步提高了了效率。2) GPU编程程对栅格格数据的的计算与与显示。GGPU编编程把对对数据的的预处理理与显示示结合起起来，以以加快数数据的处处理时间间。3) 基站覆盖范范围的计计算与仿仿真。通通过分析析栅格数数据对信信号的传传播进行行计算。利用三维维模型计计算
4、仿真真基站覆覆盖范围围，可以以形象直直观的辅辅助我们们为基站站选址科科学地做做出决策策。科学学的基站站选址能能够有效效的扩大大基站无无线覆盖盖范围，更更好地做做到无缝缝连接，吸吸收更多多的用户户和话务务量，同同时能降降低建设设成本，提提高收益益，无论论在技术术实现上上还是在在市场运运作上都都有很大大的意义义。关键词：基站覆盖范范围FFrusstumm优化GPUU三维维模型ABSTRRACTTThe ttradditiionaal wway to Bassesttatiion loccatiion deppendds oon tthe fieeldwworkk off thhe cconsstr
5、uuctoors, whhichh iss noot oonlyy too taake timme aand a llot of trooublle, butt allso diffficcultt too coonsiiderr thhe ccomppliccateed llocaal ggeoggrapphiccal conndittionns aadeqquattelyy. IIn tthiss waay, peooplee onnly ressortt thhe eexpeerieencee annd llimiitedd fiielddworrk eexpeerimmentts tt
6、o ddeciide thee poosittionns oof tthe staatioons andd ussuallly chooosee thhe hhighh moounttainns oor bbuilldinngs as thee sttatiion spoots in ordder to proovidde llargger covveraage areea. In facct, peooplee haave greeat subbjecctivvityy inn suuch a wway. Fiinallly, itt maakess thhe ccoveeragge aar
7、eaa leess enooughh orr innterrsecctioonall eaasilly, cauusinng tthe jamm ammongg thhe ssignnalss annd sso oon.In coombiine witth tthe chaaraccterristticss off raasteer ddataa thhis papper stuudieed tthe alggoriithmms oon hhow to reaad aand proocesss tthe datta eeffeectiivelly. Whiich foccus on thee
8、foolloowinng aaspeectss:1) Becauuse we havve tto ddeall wiith a aabunndannt oof rrastter datta iin tthe norrmall ussagee, wwe mmustt maake ourr allgorrithhm tto ooptiimizze tthe dissplaay aand proocesssinng. To deffinee a bouundiing boxx a bouundiing sphheree foor eeachh obbjecct aand deffinee a bou
9、undiing boxx a bouundiing sphheree annd aa boounddingg coone forr thhe ffrusstumm, wwe ccan sollve thee diispllayiing of thee raasteer ddataa effficcienntlyy. AAnd thee ussingg off quuad-treee oof tthe sceene appproaach cann fuurthher enhhancce eeffiicieencyy.2) The ccalcculaatioon aand dissplaay oo
10、f rrastter witth GGPU. GPPU ccan do preeproocesssinng aand dissplaay oof ddataa toogettherr.3) Base staatioon ccoveeragge ccalcculaatioon aand simmulaatioon. By anaalyzzingg thhe rrastter datta tto ddo tthe callcullatiion of thee sppreaad oof tthe siggnall.Use 33D MModeel ccombbiniing witth tthe Her
11、rtziian Wavves Traansmmit Wasstagge FForeecasst MModeel tto eemullatee thhe ccoveeragge aareaas oof tthe bassesttatiionss too chhoosse tthe possitiionss, wwhicch ccan hellp uus tto cchooose thee poosittionns vvisuuallly aand makke ddeciisioons sciienttifiicallly. Chhoossingg thhe pposiitioons sciien
12、ttifiicallly cann ennlarrge thee cooverragee arrea, liink seaamleesslly aand atttracct mmoree cuustoomerrs tto iimprrovee thhe aamouunt of thee phhonee caall as welll aas rreduuce thee coost andd immproove thee beeneffit, whhichh haas ggreaat mmeanninggs bbothh inn teechnniquue rreallityy annd mmark
13、ket opeerattionn. Keywoordss: BBaseestaatioon, Covveraage Areea, Fruustuum OOptiimizze, GPUU, 33D MModeel目录摘要IABSTRRACTTIIII目录V第1章绪绪论11.1选选题意义义11.2国国内外研研究现状状21.3研研究目标标与章节节安排331.3.11 研究究目标331.3.22 技术术路线331.3.33 章节节安排44第2章 栅栅格数据据与GPPU编程程简介552.1 栅栅格数据据的特点点52.1.11 栅格格数据结结构52.1.22 矢量量与栅格格数据的的比较662.1.33 空
14、间间栅格数数据的分分层存储储72.2 栅栅格数据据的处理理72.2.11 点云云数据的的分层处处理算法法72.2.22 点云云数据的的构网882.2.33栅格数数据的优优化处理理82.3 GGPU编编程82.3.11 GPPU的概概念82.3.22 可编编程管线线92.3.33 HLLSL与与GLSSL92.3.44 Cgg编程语语言1002.6 小小结111第3章 栅栅格数据据的处理理的算法法优化1133.1 平平截头体体优化处处理1333.1.11 Frrusuum定义义133.1.22 基本本算法11153.1.33 优化化1183.1.44 基本本算法22193.1.55 优化化222
15、3.1.66 反求求Fruustuum的6个平面面253.2 LLOD优优化处理理283.2.11 Lood的概概念2883.2.22 求塌塌陷边2293.2 GGPU编编程优化化303.2.11 CGG编程的的一般步步骤3003.2.11 绘制制地形3313.3 小小结333第4章 栅栅格环境境下基站站范围的的计算3354.1 基基站覆盖盖范围的的一般计计算方法法354.2计算算栅格环环境下的的覆盖范范围3994.2.11 栅格格数据的的存储与与读取4404.2.22 算法法优化处处理4114.2.33 凸包包算法4424.3 小小结433第5章仿仿真及结结果4555.1 图图形软件件接口4
16、455.1.11 OppenGGL455.2 软软件架构构465.2.11 软件件开发环环境4665.2.22 软件件开发方方法4665.2.33 基本本数据结结构4665.3 创创建三维维场景4475.3.11 创建建三维地地形4775.3.22 基站站覆盖范范围的计计算4885.3.33 仿真真结果449第6章 总总结与展展望533参考文献555致谢59第1章绪绪论1.1选选题意义义与其它现现代技术术一样，移移动通信信技术的的发展也也呈现加加快趋势势。为了了达到更更高比特特率数据据业务和和更好的的频谱利利用率，目目前移动动通信正正在向第第三代(3G)移移动通信信系统过过渡。第第三代移移动通
17、信信可以实实现全球球统一频频段，统统一标准准，无缝缝覆盖；实现高高服务质质量，高高保密性性能，高高频谱效效率；可可提供一一系列的的新业务务，如多多媒体通通信、高高速商务务处理、遥遥测业务务以及用用户通过过移动通通信网接接入因特特网或企企业网等等业务。可可以预见见在不远远的将来来，全世世界将会会有和有有线电话话一样多多的移动动通信用用户。与与此同时时，美国国正在研研究第四四代移动动通信技技术（即即4G），其其研究的的目标是是提高移移动电话话访问互互联网的的速率。据国家信信息产业业部统计计，20007年年，中国国手机用用户已有有547728.6万户户，全国国手机普普及率达达到每百百人388.3部部
18、。手机机短信发发送量为为27990.22亿条，较较上年同同期增长长37.5%1 。而全全球手机机用户数数量已达达到266亿，预预计20010年年将增至至40亿亿，其中中中国和和印度将将是主要要增长地地区。手手机在人人们的日日常工作作生活中中扮演着着十分重重要的角角色。当前，在在我国的的一些偏偏远山区区和许多多自然环环境恶劣劣的地区区，还没没有能够够实现通通信信号号的覆盖盖，而当当地的人人民群众众十分渴渴望进行行移动通通信。同同时，在在人们使使用手机机的过程程中，经经常会碰碰到信号号质量不不好，干干扰强烈烈等问题题，严重重影响了了人们的的通话质质量。这这就对移移动运营营商提出出了更高高的要求求，
19、必须须提供足足够的信信号覆盖盖范围，并并保证通通话质量量，既基基站选址址问题。移动通信信信号由由发射机机（基站站）提供供。基站站覆盖范范围主要要受当地地地形（山山区）和和建筑（城城区）的的影响，如如何选择择一个尽尽量少受受阻挡，能能够保证证话务质质量的站站址，是是工程人人员十分分关心的的问题。实实际建设设过程中中，往往往需要建建设人员员实地勘勘察。这这样做不不仅费时时费力，也也很难找找到科学学的站址址。目前前，在工工程人员员当中还还没有形形成一个个比较科科学的基基站选址址方法。一一般工程程人员进进行无线线基站选选址时，难难以充分分考虑当当地复杂杂的地理理状况，只只能凭借借经验和和有限的的实地勘
20、勘察试验验来确定定站址的的选择，通通常把站站点选在在高山或或高层建建筑上，以以期获得得较大的的覆盖范范围。但但实际上上，这种种选址方方式有很很大的主主观性，容容易造成成覆盖范范围不足足或重复复覆盖形形成信号号之间的的相互干干扰等情情况。目前三维维城市模模型中实实现的软软件很少少，较为为成熟的的有三维维日照分分析软件件。随着着虚拟现现实技术术和数码码城市GGIS的的发展，有有必要建建立这样样一个系系统进行行基站选选址。利利用三维维地理模模型结合合电磁波波传播损损耗预测测模型仿仿真基站站覆盖范范围，以以之来辅辅助基站站选址，可可以形象象直观的的帮助我我们进行行基站选选址，科科学的做做出决策策。科学
21、学的基站站选址能能够有效效的扩大大基站无无线覆盖盖范围，更更好地做做到无缝缝连接，吸吸收更多多的用户户和话务务量，同同时能降降低建设设成本，提提高收益益，无论论在技术术实现上上还是在在市场运运作上都都有很大大的意义义。由于矢矢量需要要人工测测量采集集，所以以周期长长时效性性差，且且建模复复杂，所所以非常常昂贵不不易获取取，而栅栅格数据据正好克克服了这这些缺点点，栅格格数据的的获取非非常方便便。现在在城市的的发展非非常快变变化非常常大，传传统的非非常耗时时的矢量量数据采采集显然然不能反反映实际际，所以以本论文文选取了了在栅格格数据为为平台来来研究基基站的覆覆盖。但但是受制制于栅格格数据本本身的特
22、特点，大大规模数数据实时时处理一一直是目目前虚拟拟现实方方面的瓶瓶颈，如如何快速速高效地地读取计计算和渲渲染这些些数据是是使用栅栅格数据据所必需需面对的的难题，所所以要求求我们改改进算法法以达到到实用的的要求。1.2国国内外研研究现状状在法国国家家信息与与自动化化研究所所，运用用栅格影影像技术术人们可可以自由由在虚拟拟和现实实之间转转换，能能够非常常自由地地对真实实物体进进行三维维重建和和动作捕捕捉。随随着计算算机技术术的进一一步发展展，虚拟拟现实与与我们的的生活将将日益密密切，而而栅格影影像技术术也将为为虚拟现现实艺术术揭开新新的篇章章。目前前栅格数数据的获获取技术术已经非非常成熟熟，特别别
23、是机载载雷达能能够实时时获取地地形表面面三维空空间信息息和影像像。地面面三维激激光影像像扫描仪仪经过近近几年也也在快速速地发展展，在测测程范围围、测距距精度、测测量速度度、测量量采样密密度、激激光安全全等方面面取得较较大的进进步，测测量数据据处理软软件功能能方面也也在不断断完善中中。欧美和日本本对于电电磁波传传播损耗耗预测模模型的研研究进行行的较早早，也相相对比较较深入。根根据传播播损耗预预测方法法的性质质，可以以将已有有的传播播损耗预预测方法法分为确确定性模模型33-7和统计计模型两两类335-338。确定性的无无线传播播预测是是一种极极其复杂杂的电磁磁学问题题，电磁磁覆盖的的数学复复杂度使
24、使它不可可能预测测高度精精确的无无线传播播。统计预测模模型由于于其简单单易行而而广泛运运用于移移动通信信网络规规划和优优化，但但是其运运用时需需要移动动网设计计者对当当地传播播环境做做主观判判定，并并且计算算方法和和修正量量均有限限定范围围，无法法根据具具体的传传播环境境来确定定预测参参数，这这就必然然会产生生预测误误差。为为了能够够尽量减减少误差差，国内内外学者者提出了了很多改改进的模模型。目前国内已已经开展展了电磁磁波传播播场强预预测相关关方面的的研究11-14，基站站覆盖范范围仿真真研究15和基站站选址软软件的研研发116-117。其其中广东东移动通通信公司司茂名分分公司与与北京超超图地
25、理理信息技技术有限限公司合合作，采采用超图图公司SSupeerMaap GGIS技技术，基基于组件件式地理理信息系系统平台台SupperMMap Objjectts成功功研发了了无线基基站选址址软件。但但是该软软件只能能应用于于山区、丘丘陵、农农村等不不考虑建建筑信息息的地区区，不能能应用于于城市（特特别是建建筑物密密集的大大型城市市）内基基站选址址，并且且其所使使用的文文件数据据都有一一定的格格式限制制且只能能在数据据量小的的情况下下进行测测试，所所以在实实际中对对数据和和具体地地形有一一定的限限制。国外在城市市规划设设计和辅辅助软件件开发方方面已经经形成一一个成熟熟的体系系。在三三维建模模
26、方面有有3DSS MAAX、MMAYAA软件；在虚拟拟仿真上上有Muultiigenn Crreattor/Vegga软件件；在地地理数据据查询和和空间分分析统计计方面GGIS工工具软件件就有AArcGGIS、MMAPIINFOO软件，而而且许多多国外的的规划设设计工作作室都拥拥有各自自独立开开发的规规划辅助助软件。另另外，国国外的许许多开发发小组提提供了一一些开源源的通用用型三维维环境建建模软件件，如 VTPP(Viisuaal TTerrrainn Prrojeect)、OGGRE(Objjectt-Orrienntedd Grraphhicss Reendeerinng EEngiine
27、) 、TTerrrainn Viiew等等，非常常方便我我们进行行二次开开发。1.3研研究目标标与章节节安排1.3.11 研究究目标从上述的国国内外研研究现状状可以看看出，尽尽管无线线通讯、虚虚拟现实实这些技技术在国国内外有有很大发发展，但但是，将将他们结结合起来来，具体体应用于于实际预预测计算算方面的的例子很很少。而而本论文文的目标标就是将将这二者者结合起起来，使使用计算算机和虚虚拟现实实技术来来进行基基站的覆覆盖范围围的计算算与预测测。栅格数据是是一种应应用非常常广泛的的数据，由于现代的机载激光雷达技术非常成熟，相比于需要人工测量采集的矢量数据其具有获取方便、成本低、时效性强、管理方便等特
28、点，因为利用栅格数据来进行基站覆盖范围的计算是一个比较合理的选择。尽管栅格数据的精度没有矢量数据高，计算的结果有一定的误差，但是由于计算的基站覆盖范围是一个相对比较宏观的概念，所以其误差即使是在1米之内也不会影响效果，因此栅格数据能够满足需要而且只要方法得当其误差也是在允许范围之内的。栅格数据量量很大，如如何快速速高效地地处理和和渲染海海量数据据是其中中非常关关键的环环节，它它将会直直接影响响到程序序的实效效性和实实用性。因因此本文文将会重重点研究究如何更更加快速速实时地地处理栅栅格数据据，并依依据既存存的使用用比较广广泛的信信号损耗耗模型来来对基站站的覆盖盖范围进进行预算算和仿真真。1.3.
29、22 技术术路线本文着重研研究如何何在三维维场景下下实时地地处理栅栅格数据据，并以以此来计计算基站站的覆盖盖范围。本本文通过过Fruustuum和LLOD优优化，可可以迅速速有效地地渲染三三维场景景。基本本满足了了实际的的需要。而而GPUU编程优优化是为为了将与与图形有有关的处处理交给给GPUU，这样样可以减减少CPPU的工工作量，使使CPUU能够更更专注地地进行其其它计算算处理，而而且还能能充分利利用高端端显卡的的新特性性，有效效地改善善了渲染染效果和和渲染质质量，从从而提高高了算法法的效率率。本文主要完完成以下下几个方方面的工工作：1) 海量栅格数数据的有有效管理理和快速速渲染。由于栅格数
30、据量较大，所以要提出相关策略和算法来实现海量栅格数据的有效管理和快速渲染。2) GPU编程程对栅格格数据的的计算与与显示。GGPU编编程把对对数据的的预处理理与显示示结合起起来。以以加快数数据的处处理时间间。3) 基站覆盖范范围的计计算与仿仿真。通通过分析析栅格数数据对信信号的传传播进行行计算。1.3.33 章节节安排全文的主要要内容为为：第一章绪论论，简单单本论文文研究的的意义、背背景和研研究计划划。第二章详细细介绍了了栅格数数据的特特点及GGPU编编程。第三章重点点讨论了了Fruustuum和LLOD优优化方面面知识，以以及本论论文中具具体采取取方法与与具体技技巧。GGPU编编程概念念和思
31、路路。第四章介绍绍了如何何通过GGPU编编程来进进行场景景渲染与与基站覆覆盖范围围的计算算。第五章介绍绍了如何何使用软软件构建建三维地地形模型型，以及及基于三三维地形形模型的的基站覆覆盖范围围仿真。第六章结论论与展望望，针对对基于三三维环境境下的基基站选址址的应用用和发展展趋势作作了简要要的阐述述。 第2章 栅格数据与与GPUU编程简简介2.1 栅栅格数据据的特点点2.1.11 栅格格数据结结构栅格结构是是以规则则的阵列列来表示示空间地地物或现现象分布布的数据据组织，组组织中的的每个数数据表示示地物或或现象的的非几何何属性特特征。栅格结构的的显著特特点：属属性明显显，定位位隐含，即即数据直直接
32、记录录属性的的指针或或数据本本身，而而所在位位置则根根据行列列号转换换为相应应的坐标标。一、栅格数数据的编编码方法法：栅格数据的的取得，可可在专题题地图上上均匀地地划分网网格(相相当于将将一透明明方格纸纸覆盖在在地图上上)，每每一单位位格子覆覆盖部分分的属性性数据便便成为图图中各点点的值，最最后形成成栅格数数字地图图文件。也也可以用用数字化化仪跟踪踪，得到到矢量结结构数据据后再转转换为网网格结构构，或用用扫描数数字化方方法，逐逐步扫描描专题地地图，将将扫描数数据重采采样和再再编码得得到栅格格数据文文件。栅栅格数据据的获取取需尽可可能保持持原图或或原始数数据的精精度。在在决定代代码时尽尽可能保保
33、持地表表的真实实性，保保证最大大的信息息容量。图图形用网网格覆盖盖后，常常常会在在同一格格子下对对应了几几种不同同的属性性值，而而每一个个单元只只能取一一个值，在在这种情情况下，有有不同的的取值方方法： 1. 中心点法：用处于于栅格中中心处的的地物类类型或现现象特性性决定栅栅格代码码。 2. 面积占优法法：以占占栅格最最大的地地物类型型或现象象特征决决定栅格格代码。 3. 长度占优法法：当覆覆盖的格格网过中中心部位位时，横横线占据据该格中中的大部部分长度度的属性性值定为为该栅格格的代码码。 4. 重要性法：根据栅栅格内不不同地物物的重要要性，选选取最主主要的地地物类型型决定相相应的栅栅格单元元
34、代码。对对于特别别重要的的地理实实体，其其所在的的区域尽尽管面积积很小或或不在中中心，也也采取保保留的原原则，台台稀有金金属矿区区域等。 为了逼近原原始数据据精度，除除了采用用上述几几种取值值方法外外，还可可以采用用缩小单单个栅格格单元的的面积，增增加栅格格单元总总数的方方法，这这样行列列数也相相应增加加，每个个栅格单单元可代代表更细细小的地地物类型型，然而而增加栅栅格个数数、提高高精度的的同时也也带来了了一个严严重的问问题，那那就是数数据量的的大幅度度增加，数数据冗余余严重。为为了解决决这一矛矛盾，现现已发展展了一系系列栅格格数据压压缩编码码方法，如如键码、游游程长度度编码、块块码和四四分树
35、编编码等。 直接栅格编编码，就就是将栅栅格数据据看作一一个数据据矩阵，逐逐行（或或逐列）逐逐个记录录代码；压缩编编码，包包括1. 链码（弗里里曼链码码）比较较适合存存储图形形数据；2. 游程长度编编码通过过记录行行或列上上相邻若若干属性性相同点点的代码码来实现现；3. 块码是有成成长度编编码扩展展到二维维的情况况，采用用方形区区域为记记录单元元；四叉树编码码是最有有效的栅栅格数据据压缩编编码方法法之一，还还能提高高图形操操作效率率，具有有可变的的分辨率率。二、栅栅格数据据的优缺缺点：优点为数据据结构简简单，便便于空间间分析和和地表模模拟，现现实性较较强；在在栅格数数据结构构中，点点实体表表示为
36、一一个像元元；线实实体则表表示为在在一定方方向上连连接成串串的相邻邻像元集集合；面面实体由由聚集在在一起的的相邻像像元结合合表示。这这种数据据结构很很适合计计算机处处理，因因为行列列像元阵阵列非常常容易存存储、维维护和显显示。缺点为数据据量大，投投影转换换比较复复杂。用用栅格数数据表示示的地表表是不连连续的，是是量化和和近似离离散的数数据，是是地表一一定面积积内(像像元地面面分辨率率范围内内)地理理数据的的近似性性，如平平均值、主主成分值值或按某某种规则则在像元元内提取取的值等等；另一一方面，栅栅格数据据的比例例尺就是是栅格大大小与地地表相应应单元大大小之比比。像元元大小相相对于所所表示的的面
37、积较较大时，对对长度、面面积等的的度量有有较大影影响，这这种影响响还与计计算长度度、面积积的方法法有关。2.1.22 矢量量与栅格格数据的的比较一、矢量数数据结构构简介矢量数据结结构是通通过记录录坐标的的方式尽尽可能精精确地表表示点、线线和多边边形等地地理实体体，坐标标空间设设为连续续，允许许任意位位置、长长度和面面积的精精确定义义。矢量结构的的显著特特点：定定位明显显，属性性隐含。其中，矢量量数据的的有如下下优缺点点：优点为数据据结构紧紧凑、冗冗余度低低，有利利于网络络和检索索分析，图图形显示示质量好好、精度度高；缺点为数据据结构复复杂，多多边形叠叠加分析析比较困困难。二、两者比比较：栅格数
38、据操操作总的的来说容容易实现现，矢量量数据操操作则比比较复杂杂；栅格结构是是矢量结结构在某某种程度度上的一一种近似似，对于于同一地地物达到到于矢量量数据相相同的精精度需要要更大量量的数据据；在坐坐标位置置搜索、计计算多边边形形状状面积等等方面栅栅格结构构更为有有效，而而且易于于与遥感感相结合合，易于于信息共共享；矢矢量结构构对于拓拓扑关系系的搜索索则更为为高效，网网络信息息只有用用矢量才才能完全全描述，而而且精度度较高。对对于地理理信息系系统软件件来说，两两者共存存，各自自发挥优优势是十十分有效效的。三、为什么么选择栅栅格数据据：?该为：数据类型的选用栅格格数据的的选取由以上的比比较可知知矢量
39、数数据与栅栅格数据据各有优优缺点，因因而它的的的应用用范围也也会有一一定的差差异，矢矢量数据据作为一一种精度度高，表表现复杂杂的数据据主要用用于三维维建模软软件等的的存储格格式。而而栅格数数据由于于是点云云或者是是构好？的的风格的的三角网网，因为为数据量量大，其其几何信信息的获获得也需需要通过过专门的的算法处处理来提提取，加加之海量量数据的的处理算算法比较较耗时，所所以在实实时渲染染方面也也有一定定的难题题。从基站覆盖盖范围的的预测和和计算方方面来讲讲，基站站覆盖范范围的计计算主要要是用以以模拟和和反映真真实的场场景并为为基站地地点的选选择的部部署以及及以后的的城市规规划作决决策和分分析，所所
40、以应该该使用实实际的数数据，传传统的矢矢量数据据由于其其主要是是人工野野外测量量，所以以其获取取很耗人人力，而而且人工工测量的的速度较较慢，有有时跟不不上城市市的发展展变化。但是只要通通过选取取合适的的改进算算法来优优化栅格格数据的的处理工工作，就就可以避避免或减减少海量量数据的的计算和和分析处处理的性性能瓶颈颈。本论论文后面面的章节节将会通通过提出出相应的的改进算算法来解解决海量量数据的的处理问问题，并并以基站站的覆盖盖范围为为例使得得栅格数数据能够够用以实实时的分分析和处处理，为为后续的的分析决决策打下下基础。2.1.33 空间间栅格数数据的分分层存储储由于栅格数数据一般般非常庞庞大，所所
41、以对其其的存储储与管理理办法一一般是按按照对精精度的要要求不同同对其分分层存储储。首先先通过对对点云数数据进行行构网形形成基本本的原始始栅格数数据。再再按照不不同的精精度级别别要求使使用LOOD技术术对其进进行减化化，再将将这几种种不同级级别的栅栅格数据据分别存存储。然然后在程程序的运运行过程程中通过过视点与与对象的的不同距距离程序序会读取取相应精精度的数数据。2.2 栅栅格数据据的处理理2.2.11 点云云数据的的分层处处理算法法因为点云只只要绘制制成点，没没有遮挡挡，所以以无法使使用三角角形简化化算法。CCarsstenn等人在在QSpplatt300基础础上提出出了顺序序点树模模型，它它
42、根据绘绘制过程程中点片片误差大大小，由由粗到细细构建了了顺序树树状结构构，并使使用紧凑凑的文件件布置方方式，提提高了绘绘制的效效率。然然而，CCarsstenn等解决决的仍旧旧是面状状物体的的绘制，并并且，其其用来控控制显示示精度的的普通树树结构并并不适合合对点云云数据进进行裁切切处理。四四叉树格格式规整整，可以以快速地地对树上上点云数数据进行行裁切。其中有一种种方法是是借鉴QQSpllat中中紧凑组组织数据据的做法法，采用用多精度度排序四四叉树存存储模型型，使得得每一层层上的点点云分布布基本均均匀，同同时给出出了一个个大数据据量下快快速构建建均匀分分布四叉叉树的方方法，来来实现实实时渲染染大
43、量LLIDAAR点云云数据，通通过绘制制时数据据量的自自适应控控制达到到实时效效果331。2.2.22 点云云数据的的构网点云三角化化算法是是逆向工工程技术术中的一一个研究究热点。三三角网格格模型是是逆向工工程中逆逆向策略略中的建建模基础础。国际际上，许许多学者者已经提提出了大大量的三三角化算算法，这这些方法法大致可可以分为为基于DDelaaunaay三角角化的算算法、基基于有符符号距离离函数的的算法、基基于区域域增长的的算法等等三类。2.2.33栅格数数据的优优化处理理构好网的数数据一般般通过直直接渲染染三角形形的方式式来显示示它们，这这在渲染染小量数数据时是是一个不不错的选选择，但但是由于
44、于其本身身的固有有特点，栅栅格数据据一般都都会很大大，而且且由于本本文使用用的栅格格数据是是由点云云数据构构网形成成的，所所以不可可避免地地，其数数据量是是一个非非常庞大大的数字字，所以以传统的的方法在在这里会会遇到性性能的？瓶瓶颈，实实际的情情况是这这些数据据是如此此之大，以以致于如如果不进进行某些些处理的的话，程程序很难难运行起起来，所所以设计计出一套套算法来来优化它它是一个个必不可可少的步步骤。因因为本论论文接下下来的两两章将会会专门来来讨论如如何优化化和改善善显示和和处理栅栅格数据据，以达达到实用用的目的的。2.3 GGPU编编程2.3.11 GPPU的概概念GPU相当当于CPPU在电
45、电脑中的的作用，它它决定了了该显卡卡的档次次和大部部分性能能，同时时也是22D显示示卡和33D显示示卡的区区别依据据。2DD显示芯芯片在处处理3DD图像和和特效时时主要依依赖CPPU的处处理能力力，称为为“软加速速”。3DD显示芯芯片是将将三维图图像和特特效处理理功能集集中在显显示芯片片内，也也即所谓谓的“硬件加加速”功能。 NVIDIIA公司司在19999年年发布GGeFoorcee 2556图形形处理芯芯片时首首先提出出GPUU的概念念。GPPU使显显卡减少少了对CCPU的的依赖，并并进行部部分原本本CPUU的工作作，尤其其是在33D图形形处理时时。GPPU所采采用的核核心技术术有硬件件T
46、&LL、立方方环境材材质贴图图和顶点点混合、纹纹理压缩缩和凹凸凸映射贴贴图、双双重纹理理四像素素2566位渲染染引擎等等，而硬硬件T&L技术术可以说说是GPPU的标标志。2001年年，NIIVIDDA公司司的GeeForrce 3首先先引入了了可编程程的顶点点着色器器（Veerteex SShadder）单单元。紧紧接着在在20002年，可可编程的的像素着着色器(Pixxel Shaaderr)单元元也加入入了GPPU。在在绘制时时，GPPU首先先接收CCPU以以三角形形顶点形形式的发发送的几几何数据据。然后后由可编编程的顶顶点着色色器单元元进行处处理，完完成几何何变换与与顶点属属性计算算等功
47、能能。接着着，这些些三维空空间的三三角形由由一个固固定功能能的光栅栅生成器器转换为为二维屏屏幕上的的像素。每每个像素素的最终终颜色值值都通过过运行在在像素着着色器上上的小程程序运算算而得。2007年年，NVVIDIIA率先先引入了了Tessla通通用GPPU计算算架构，最最终目的的是将CCPU和和GPUU合二为为一。另另一方面面，AMMD计划划于20009年年推出内内建GPPU核心心的Fuusioon处理理器，而而Inttel整整合GPPU的NNehaalemm处理器器将与之之正面交交火，届届时，处处理器将将全面进进入整合合GPUU时代。2.3.22 可编编程管线线传统的固定定功能管管线（ffixeed-ffuncctioon ppipeelinne）本本质上是是一系列列控制特特定类型型的数据据如何渲渲染的规规则和策策略方式式。明显显地，随随着GPPU的快快速发展展，许多多原先只只能通过过软件编编程在CCPU上上处理的的高级功功能，现现在都可可以直接接交给GGPU，但但是每当当GPUU增加一一条新的的功能后后，我们们都需要要我们的的图形库库（Diirecctx、OOpennGL）为为之增加加新的AAPI，这这样图形形库就会会急速膨膨胀，对对程序员员