并行月面三维地形重建系统设计

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1、第32卷第4期2013年8月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．32No．4Aug．2013并行月面三维地形重建系统设计+王嚣1，高三红1，郑慧英1，李立春2(1．北京跟踪与通信技术研究·北京·100094；2．北京航天飞行控制中心-北京·100094)摘要：月面三维地形重建系统的实时性直接关系到探月任务的执行效率。为提高地形重建速度，针对立体像对处理平台体系架构、地形高程模型生成算法设计及地形数据压缩与解压等环节的不同特点，利用并行计算思想实现各阶段的并行化设计，使各环节的执行速度相比串行系统均有3～10

2、倍的提升，一定程度上解决了系统时间瓶颈问题。最后基于月面仿真试验场的真实地形数据进行了系统验证，并对所生成月面地形进行了可视化展示。关键词：地形重建；并行计算；立体像对；数字高程模型(DEM)；Delaunay算法中图分类号：TP311文献标志码：A文章编号：1674—5620(2013)04—0345—07DOI：10．7642／j．issn．1674—5620．2013—04—0345—07DesignofaParallel3DLunarTerrainReconstructionSystemWANGZhel，GAOSanhon91，ZHENGHuiyin

3、91，LILichun2(1．BeijingInstituteofTrackingandTelecommunicationsTechnology，Beijing100094；2．BeijingAerospaceControlCenter，Beijing100094)Abstract：Thereal—timeperformanceofa3DlunarterrainreconstructionsystemiscloselyrelatedtOtheexecutionef—ficiencyofalunarexplorationproject．Toincreaseth

4、espeedof3Dterrainreconstructionprocess，parallelcomputingtheoryisusedindesignofthearchitecture，altitudemodelgenerationalgorithmandterraindatacompressionandde—compression，etc．forthe3Dimageprocessingplatform．Theexecutionspeedisincreasedby3tO10timesfortheprocessescomparedwithserialsyst

5、ems，significantlysolvingthetimebottle-neckproblem．Realterraindatasetscollectedfromlunarsurfacesimulationgroundsareusedinsystemvalidationexperimentsandterrainreconstructionresultsaredisplayedinthe3Dlunarreconstructionsystem．Keywords：terrainreconstruction；parallelcomputing；stereopair

6、；DigitalElevationModel(DEM)；Delaunayalgo—rithmU引昌月面三维地形重建系统是重构月球车所探测地形环境，进而进行遥控操作的基础。月球车在漫游过程中，利用自身的立体视觉系统探测周围环境，将双目立体像对下传到地面，由月面地形重建系统恢复其所处的三维地形环境。月球车在每个观测点拍摄近100幅立体像对，共生成20万到30万个地形特征点，随着探测过程的进行，多个探测点的数据不断积累，地形特征点云规模将达到百万甚至千万量级，大数据量条件下如何进行快速三维地形重建成为亟待解决的问题。为此，NASA(美国国家航空航天局)将云计算技术

7、应用于MER(火星探测车)项目中的火星三维地形重建系统u。21和DESDynI地理信息系统∞1中，进行并行立体像对的处理、三角剖分和地形渲染，取得了良好的效果。相比火星探测计划中20min以上的通信延时，月地通信的单程延时仅为1．35S，这对月面地形重构系统的设计提出了新的挑战。本文对月面三维地形重建系统进行并行化设计，利用共享内存多核服务器集群进行并行立体像对处理与DEM(数字高程模型)构建，一定程度上解决了月面三维地形重建系统的时间瓶颈问题。*收稿日期：2013—03—12；修回日期：2013一04—27；网络出版时间：2013—07—191l：01网络

8、出版地址：http：／／WWW．cnki．net／k