專利名稱：遙感地像的道路提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種遙感技術(shù)領(lǐng)域的信息提取的方法，具體涉及一種遙感地 像的道路提取方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字地圖是GIS-T系統(tǒng)內(nèi)具有確定坐標(biāo)和屬性的制圖要素和離散數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī) 可識別的存儲介質(zhì)上概括而有序的集合，具有計(jì)算機(jī)可識別性、可量算性、可分析性、可傳 輸性等特性，在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和智能交通系統(tǒng)(ITS)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。隨著GPS技術(shù)的 發(fā)展，Aki Okuno和Wenhuan Shi提出了一種基于GPS數(shù)據(jù)的數(shù)字地圖構(gòu)建方法，該方法采 用車載GPS系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)信息并以此為基礎(chǔ)生成位圖，再進(jìn)一步運(yùn)用膨脹、細(xì)化等技術(shù)對 位圖進(jìn)行處理得到城市路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?；贕PS數(shù)據(jù)的地圖構(gòu)建方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)字地圖的 快速更新，但其所提取的地理信息有限，僅僅獲得了路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而無法獲取道路的路名，路 寬等信息，因而并不適合于智能交通系統(tǒng)等的應(yīng)用。為解決這一問題，本發(fā)明提出了一種對 于高分辨率遙感圖像的半自動道路信息提取方法，能夠快速獲取道路的路名、路寬等信息， 對通過GPS獲取的道路信息進(jìn)行補(bǔ)充和修正，完善道路信息以滿足智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用需 求。同時本方法采用人工指導(dǎo)的半自動方式，克服了全自動地圖生成方式精確度不足的問 題，尤其適用于道路情況復(fù)雜的城市路網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字地圖的快速、準(zhǔn)確更新。對現(xiàn)有的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前對于高分辨率遙感圖像中的道路提取方式主要有 基于邊緣檢測的及基于模式識別的。但由于道路情況復(fù)雜，房屋、樹木、車輛等均對檢 測的干擾，使得識別率、穩(wěn)定性均不能滿足要求。Aaron K. Shackelford等人于2003在 IEEE International on Geoscience and Remote Sensing Symposium 發(fā)表的文章〈〈Fully automatedroad network extraction from high-resolution satellite multispectral imagery》對于城市道路的提取完整程度只有82%，正確率為71%。Wenzhong Shi和 Changqing Zhu 于 2002 年在 IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 上發(fā)表的文章《The Line SegmentMatch Method for Extracting Road Network From High-Resolution Satellite Images))提出了的基于圖像特征，對于道路網(wǎng)的先驗(yàn)知識以 及相關(guān)數(shù)學(xué)模型的線段匹配算法。它對城市道路的識別率最高可到90%左右，但檢測時需 要設(shè)置幾個參數(shù)，并且沒有檢測路寬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種遙感地像的道路提取方 法，實(shí)現(xiàn)了對遙感地圖中的道路信息快速便捷的提取。本發(fā)明通過以下的方式實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟步驟一、標(biāo)注路段邊沿；步驟二、根據(jù)標(biāo)注的邊沿采用投影法自動生成路段；步驟三、將路段連接成道路；
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步驟四、添加路名；步驟五、將各個道路以交叉路口為中心的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲。步驟一中所述的標(biāo)注路段，是指用線段來標(biāo)注路段的兩側(cè)。由于道路存在彎曲， 每條道路用多個直的路段表示，每條完整的道路定義起止于交叉路口，完整的道路包含多 個路段。所述的路段，其兩邊沿線段之間的距離為這個路段的寬度；兩邊沿線的中心線為 路段所在位置。步驟二中所述的投影法自動生成路段，是指對任意兩線段依次下述自動生成條 件判定，如有哪條不符，則不再往下判定；若全部符合，則認(rèn)為這兩條線段認(rèn)為是某路段的 兩個邊沿①兩線段近似平行，兩條線段斜率之差在閾值范圍內(nèi)；②一線段在另一線段上的投影重合程度很高；③兩線段之間距離小于道路的最大寬度。所述的最大寬度可設(shè)定，也可通過程序中的線段計(jì)算得到。后者的算法為對所有 符合上述要求的兩線段之間的距離進(jìn)行排序，取中值為正常道路寬度，假設(shè)道路最寬為正 常值的5倍；取小于正常值5倍的已有最大距離為道路的最大寬度。本發(fā)明由于遙感地像的道路彎曲，采用折線形式描述。步驟三中所述的將路 段連接成道路，是利用雙鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將路段利用指針鏈接起來，全部處理完畢后采用 折線數(shù)據(jù)格式進(jìn)行道路存儲。本發(fā)明由于地圖數(shù)據(jù)量大，在進(jìn)行GIS等數(shù)據(jù)處理時需進(jìn)行龐大的搜索，所以設(shè) 計(jì)以交叉路口為中心，將各個與交叉路口關(guān)聯(lián)的道路一起存儲的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，便于 后續(xù)計(jì)算。本發(fā)明具有易于實(shí)現(xiàn)、操作簡單，準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，可以對遙感地圖中的道路提供 一種快速便捷的提取方式。


圖1、本發(fā)明方法流程圖。圖2、標(biāo)注邊沿后示意圖。圖3、生成路段后的地圖。圖4、自動生成路段時各個條件圖示。圖5、將路段連接成道路并標(biāo)注路名。圖6、轉(zhuǎn)換成box類型存儲時示意圖。圖7、整體效果圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。以下實(shí)施例在以 本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍 不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例
本實(shí)施例選用X省X市的高分辨率遙感地像，其流程圖如圖1所示，包括如 下步驟步驟一、標(biāo)注路段邊沿如圖2所示，標(biāo)注路段邊沿是指用線段來標(biāo)注路段的兩側(cè)。由于道路存在彎曲，每條道路用多個直的路段表示，每條完整的道路定義起止于交叉路口，完整的道路包含多個路段。圖3中顯示了一個特定的路段。所述的路段，其兩邊沿線段之間的距離為這個路段的寬度；兩邊沿線的中心線為 路段所在位置。步驟二、根據(jù)標(biāo)注的邊沿采用投影算法自動生成路段根據(jù)分析，路段滿足如下三個條件。對任意兩線段依次進(jìn)行下述自動生成條件判 定，如有哪條不符，則不再往下判定；若全部符合，則認(rèn)為這兩條線段認(rèn)為是某路段的兩個 邊沿①兩線段近似平行，即兩條線段斜率之差在閾值范圍內(nèi)，如圖4(a)所示，本實(shí)例 采用閾值0. 2rad ；②一條線段在另一條線段上的投影重合程度大于某閾值，重合程度計(jì)算方法如 圖4(b)所示，即重合程度=線段a在線段b上的投影長度/線段b長度。本實(shí)例采用閾值 75% ；③兩線段之間距離小于道路的最大寬度。最大寬度可由人為設(shè)定，也可通過程序中的線段計(jì)算得到。本實(shí)例中的采用后者。 具體算法為對已有的每個線段，找出與之滿足上述兩個要求的線段并求距離，記錄距離的 最小值，若沒有符合的線段，則距離賦上限值。本實(shí)例中共有594個線段，所以得到594個 距離，對非距離上限值的距離進(jìn)行排序(共406個)，取中值為正常路段寬度，本實(shí)例中值 為14個像素值，折合實(shí)際距離16. 8米，假設(shè)路段最寬為正常值的5倍；取小于正常值5倍 的已有最大寬度為路段的最大寬度，本實(shí)例中得到最大距離為65個像素值，折合實(shí)際距離 78米。如圖4(c)所示，由于兩線段并非真正平行，所以它們之間的距離采用一條線段兩 端點(diǎn)到另一條線段距離的平均值。取得路段兩邊沿后，將這兩個線段之間的距離作為這個路段的寬度，將它們的中 心線作為路段所在位置。求道路中心線的方法是將一條線段沿其法線往另一條線段的方 向(可由計(jì)算距離時距離的正負(fù)號判斷)移動兩線段之間距離的一半。所有的線段均正確匹配成為路段，共計(jì)297條路段。步驟三、將路段連接成道路對于每個路段的起點(diǎn)及終點(diǎn)，與所有的路段的起點(diǎn)及終點(diǎn)計(jì)算距離，若與多個起 點(diǎn)或終點(diǎn)的距離小于給定閾值(本例中采用25個像素值，折合成實(shí)際距離30m)，則認(rèn)為這 個點(diǎn)是交叉路口的點(diǎn)，不進(jìn)行處理；若僅與一個點(diǎn)的距離小于上述閾值，則認(rèn)為這兩個路段 在這兩個點(diǎn)處相連，利用雙鏈表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將路段利用指針鏈接起來。對于已經(jīng)找到連接 路段的點(diǎn)不再參與下次的計(jì)算。全部處理完畢后利用雙向鏈表轉(zhuǎn)換成折線的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行道路存儲，每條道路初 始化路名為“路名”。共得到143條道路。
路段連接后的道路如圖5所示。繪制道路時依次采用4種不同的顏色循環(huán)畫，便于觀察是否有錯誤。步驟四、添加路名由步驟三得到的每條道路路名初始值，點(diǎn)擊路名彈出對話框即可進(jìn)行修改。步驟五、將各個道路以交叉路口為中心的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲由于地圖數(shù)據(jù)量比較大，在進(jìn)行GIS等數(shù)據(jù)處理時需進(jìn)行龐大的搜索，所以設(shè)計(jì) polylinebox形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲。如圖6所示顯示了一個polylinebox。如圖中所 示，每個polylinebox包含一個交叉路口、與此交叉路口相關(guān)聯(lián)的每條道路，一個包含這些 道路的最小長方形區(qū)域。這樣搜索時先匹配長方形區(qū)域，然后進(jìn)行道路搜索，加快搜索速 度。將道路格式轉(zhuǎn)換為polylinebox格式的具體算法如下對于每條道路的起點(diǎn)和終點(diǎn)，與所有的道路的起點(diǎn)及終點(diǎn)計(jì)算距離，若有兩個點(diǎn) 的距離小于給定閾值(本例中采用25個像素值，折合成實(shí)際距離30m)，則取這兩個點(diǎn)的 平均值為這兩條道路的交點(diǎn)，將此交點(diǎn)與現(xiàn)有的交叉路口點(diǎn)計(jì)算距離，若有距離小于上述 閾值，則認(rèn)為此交點(diǎn)與已有交叉路口點(diǎn)重合，舍棄此交點(diǎn)；否則認(rèn)為這是一個新的交叉路口 點(diǎn)，存儲為一個新的polylinebox。對于這個新的polylinebox，找尋所有與其交叉路口點(diǎn) 小于上述閾值的道路，并找出這些道路折線上所有拐點(diǎn)及端點(diǎn)的上下左右極大值，作為道 路所在長方形區(qū)域的位置。本實(shí)例中共包含76個polylinebox結(jié)構(gòu)。圖7為處理后的整體效果圖。為了界 面美觀，沒有顯示每個polylinebox中的長方形區(qū)域。
權(quán)利要求
一種遙感地像的道路提取方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一、標(biāo)注道路兩邊沿；步驟二、根據(jù)標(biāo)注的邊沿采用投影法自動生成路段；步驟三、將路段連接成道路；步驟四、添加路名；步驟五、將各個道路以交叉路口為中心的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙感地像的道路提取方法，其特征是，步驟一中所述的 標(biāo)注道路，是指由于道路存在彎曲，每條道路用多個直的路段表示，每條完整的道路定義 起止于交叉路口，完整的道路包含多個路段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的遙感地像的道路提取方法，其特征是，所述的路 段，其兩邊沿線段之間的距離為這個路段的寬度；將一條線段沿其法線往另一條線段的方 向移動兩線段之間距離的一半，即獲得道路中心線，將它們的中心線作為路段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙感地像的道路提取方法，其特征是，步驟二中所述的 投影法自動生成路段，是指對任意兩線段依次下述自動生成條件判定，如有哪條不符，則 不再往下判定；若全部符合，則認(rèn)為這兩條線段認(rèn)為是某路段的兩個邊沿①兩線段近似平行，兩條線段斜率之差在閾值范圍內(nèi)；②一線段在另一線段上的投影重合程度很高；③兩線段之間距離小于道路的最大寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的遙感地像的道路提取方法，其特征是，所述的最大寬度 為對所有符合上述要求的兩線段之間的距離進(jìn)行排序，取中值為正常道路寬度，假設(shè)道路 最寬為正常值的5倍；取小于正常值5倍的已有最大距離為道路的最大寬度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遙感地像的道路提取方法，其特征是，步驟三中所述的 將路段連接成道路是以道路中的各個路段作為實(shí)際應(yīng)用中將路段連接成道路，利用雙鏈表 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將路段利用指針鏈接起來，全部處理完畢后采用數(shù)據(jù)格式進(jìn)行道路存儲。
全文摘要
一種遙感技術(shù)領(lǐng)域的遙感地像的道路提取方法，包括如下步驟標(biāo)注道路兩邊沿；根據(jù)標(biāo)注的邊沿采用投影法自動生成路段；將路段連接成道路；添加路名；將各個道路以交叉路口為中心的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行存儲。本發(fā)明具有易于實(shí)現(xiàn)、操作簡單，準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，可以對遙感地圖中的道路提供一種快速便捷的提取方式。
文檔編號G06K9/46GK101833665SQ20101018615
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者劉允才, 孔慶杰, 沈軼, 趙乾坤 申請人:上海交通大學(xué)