专利名称：遥感地像的道路提取方法
技术领域：
本发明涉及的是一种遥感技术领域的信息提取的方法，具体涉及一种遥感地 像的道路提取方法。
背景技术：
数字地图是GIS-T系统内具有确定坐标和属性的制图要素和离散数据在计算机 可识别的存储介质上概括而有序的集合，具有计算机可识别性、可量算性、可分析性、可传 输性等特性，在汽车导航系统和智能交通系统(ITS)等领域有着广泛应用。随着GPS技术的 发展，Aki Okuno和Wenhuan Shi提出了一种基于GPS数据的数字地图构建方法，该方法采 用车载GPS系统采集数据信息并以此为基础生成位图，再进一步运用膨胀、细化等技术对 位图进行处理得到城市路网的拓扑结构。基于GPS数据的地图构建方法实现了数字地图的 快速更新，但其所提取的地理信息有限，仅仅获得了路网结构，而无法获取道路的路名，路 宽等信息，因而并不适合于智能交通系统等的应用。为解决这一问题，本发明提出了一种对 于高分辨率遥感图像的半自动道路信息提取方法，能够快速获取道路的路名、路宽等信息， 对通过GPS获取的道路信息进行补充和修正，完善道路信息以满足智能交通系统的应用需 求。同时本方法采用人工指导的半自动方式，克服了全自动地图生成方式精确度不足的问 题，尤其适用于道路情况复杂的城市路网，能够实现数字地图的快速、准确更新。对现有的文献检索发现，目前对于高分辨率遥感图像中的道路提取方式主要有 基于边缘检测的及基于模式识别的。但由于道路情况复杂，房屋、树木、车辆等均对检 测的干扰，使得识别率、稳定性均不能满足要求。Aaron K. Shackelford等人于2003在 IEEE International on Geoscience and Remote Sensing Symposium 发表的文章〈〈Fully automatedroad network extraction from high-resolution satellite multispectral imagery》对于城市道路的提取完整程度只有82%，正确率为71%。Wenzhong Shi和 Changqing Zhu 于 2002 年在 IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 上发表的文章《The Line SegmentMatch Method for Extracting Road Network From High-Resolution Satellite Images))提出了的基于图像特征，对于道路网的先验知识以 及相关数学模型的线段匹配算法。它对城市道路的识别率最高可到90%左右，但检测时需 要设置几个参数，并且没有检测路宽。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种遥感地像的道路提取方 法，实现了对遥感地图中的道路信息快速便捷的提取。本发明通过以下的方式实现的，本发明包括如下步骤步骤一、标注路段边沿；步骤二、根据标注的边沿采用投影法自动生成路段；步骤三、将路段连接成道路；
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步骤四、添加路名；步骤五、将各个道路以交叉路口为中心的数据格式进行存储。步骤一中所述的标注路段，是指用线段来标注路段的两侧。由于道路存在弯曲， 每条道路用多个直的路段表示，每条完整的道路定义起止于交叉路口，完整的道路包含多 个路段。所述的路段，其两边沿线段之间的距离为这个路段的宽度；两边沿线的中心线为 路段所在位置。步骤二中所述的投影法自动生成路段，是指对任意两线段依次下述自动生成条 件判定，如有哪条不符，则不再往下判定；若全部符合，则认为这两条线段认为是某路段的 两个边沿①两线段近似平行，两条线段斜率之差在阈值范围内；②一线段在另一线段上的投影重合程度很高；③两线段之间距离小于道路的最大宽度。所述的最大宽度可设定，也可通过程序中的线段计算得到。后者的算法为对所有 符合上述要求的两线段之间的距离进行排序，取中值为正常道路宽度，假设道路最宽为正 常值的5倍；取小于正常值5倍的已有最大距离为道路的最大宽度。本发明由于遥感地像的道路弯曲，采用折线形式描述。步骤三中所述的将路 段连接成道路，是利用双链表的数据结构将路段利用指针链接起来，全部处理完毕后采用 折线数据格式进行道路存储。本发明由于地图数据量大，在进行GIS等数据处理时需进行庞大的搜索，所以设 计以交叉路口为中心，将各个与交叉路口关联的道路一起存储的方式进行数据存储，便于 后续计算。本发明具有易于实现、操作简单，准确度高等优点，可以对遥感地图中的道路提供 一种快速便捷的提取方式。
图1、本发明方法流程图。图2、标注边沿后示意图。图3、生成路段后的地图。图4、自动生成路段时各个条件图示。图5、将路段连接成道路并标注路名。图6、转换成box类型存储时示意图。图7、整体效果图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。以下实施例在以 本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围 不限于下述的实施例。实施例
本实施例选用X省X市的高分辨率遥感地像，其流程图如图1所示，包括如 下步骤步骤一、标注路段边沿如图2所示，标注路段边沿是指用线段来标注路段的两侧。由于道路存在弯曲，每条道路用多个直的路段表示，每条完整的道路定义起止于交叉路口，完整的道路包含多个路段。图3中显示了一个特定的路段。所述的路段，其两边沿线段之间的距离为这个路段的宽度；两边沿线的中心线为 路段所在位置。步骤二、根据标注的边沿采用投影算法自动生成路段根据分析，路段满足如下三个条件。对任意两线段依次进行下述自动生成条件判 定，如有哪条不符，则不再往下判定；若全部符合，则认为这两条线段认为是某路段的两个 边沿①两线段近似平行，即两条线段斜率之差在阈值范围内，如图4(a)所示，本实例 采用阈值0. 2rad ；②一条线段在另一条线段上的投影重合程度大于某阈值，重合程度计算方法如 图4(b)所示，即重合程度=线段a在线段b上的投影长度/线段b长度。本实例采用阈值 75% ；③两线段之间距离小于道路的最大宽度。最大宽度可由人为设定，也可通过程序中的线段计算得到。本实例中的采用后者。 具体算法为对已有的每个线段，找出与之满足上述两个要求的线段并求距离，记录距离的 最小值，若没有符合的线段，则距离赋上限值。本实例中共有594个线段，所以得到594个 距离，对非距离上限值的距离进行排序(共406个)，取中值为正常路段宽度，本实例中值 为14个像素值，折合实际距离16. 8米，假设路段最宽为正常值的5倍；取小于正常值5倍 的已有最大宽度为路段的最大宽度，本实例中得到最大距离为65个像素值，折合实际距离 78米。如图4(c)所示，由于两线段并非真正平行，所以它们之间的距离采用一条线段两 端点到另一条线段距离的平均值。取得路段两边沿后，将这两个线段之间的距离作为这个路段的宽度，将它们的中 心线作为路段所在位置。求道路中心线的方法是将一条线段沿其法线往另一条线段的方 向(可由计算距离时距离的正负号判断)移动两线段之间距离的一半。所有的线段均正确匹配成为路段，共计297条路段。步骤三、将路段连接成道路对于每个路段的起点及终点，与所有的路段的起点及终点计算距离，若与多个起 点或终点的距离小于给定阈值(本例中采用25个像素值，折合成实际距离30m)，则认为这 个点是交叉路口的点，不进行处理；若仅与一个点的距离小于上述阈值，则认为这两个路段 在这两个点处相连，利用双链表的数据结构将路段利用指针链接起来。对于已经找到连接 路段的点不再参与下次的计算。全部处理完毕后利用双向链表转换成折线的数据格式进行道路存储，每条道路初 始化路名为“路名”。共得到143条道路。
路段连接后的道路如图5所示。绘制道路时依次采用4种不同的颜色循环画，便于观察是否有错误。步骤四、添加路名由步骤三得到的每条道路路名初始值，点击路名弹出对话框即可进行修改。步骤五、将各个道路以交叉路口为中心的数据格式进行存储由于地图数据量比较大，在进行GIS等数据处理时需进行庞大的搜索，所以设计 polylinebox形式的数据结构进行存储。如图6所示显示了一个polylinebox。如图中所 示，每个polylinebox包含一个交叉路口、与此交叉路口相关联的每条道路，一个包含这些 道路的最小长方形区域。这样搜索时先匹配长方形区域，然后进行道路搜索，加快搜索速 度。将道路格式转换为polylinebox格式的具体算法如下对于每条道路的起点和终点，与所有的道路的起点及终点计算距离，若有两个点 的距离小于给定阈值(本例中采用25个像素值，折合成实际距离30m)，则取这两个点的 平均值为这两条道路的交点，将此交点与现有的交叉路口点计算距离，若有距离小于上述 阈值，则认为此交点与已有交叉路口点重合，舍弃此交点；否则认为这是一个新的交叉路口 点，存储为一个新的polylinebox。对于这个新的polylinebox，找寻所有与其交叉路口点 小于上述阈值的道路，并找出这些道路折线上所有拐点及端点的上下左右极大值，作为道 路所在长方形区域的位置。本实例中共包含76个polylinebox结构。图7为处理后的整体效果图。为了界 面美观，没有显示每个polylinebox中的长方形区域。
权利要求
一种遥感地像的道路提取方法，其特征在于，包括如下步骤步骤一、标注道路两边沿；步骤二、根据标注的边沿采用投影法自动生成路段；步骤三、将路段连接成道路；步骤四、添加路名；步骤五、将各个道路以交叉路口为中心的数据格式进行存储。
2.根据权利要求1所述的遥感地像的道路提取方法，其特征是，步骤一中所述的 标注道路，是指由于道路存在弯曲，每条道路用多个直的路段表示，每条完整的道路定义 起止于交叉路口，完整的道路包含多个路段。
3.根据权利要求1或者2所述的遥感地像的道路提取方法，其特征是，所述的路 段，其两边沿线段之间的距离为这个路段的宽度；将一条线段沿其法线往另一条线段的方 向移动两线段之间距离的一半，即获得道路中心线，将它们的中心线作为路段。
4.根据权利要求1所述的遥感地像的道路提取方法，其特征是，步骤二中所述的 投影法自动生成路段，是指对任意两线段依次下述自动生成条件判定，如有哪条不符，则 不再往下判定；若全部符合，则认为这两条线段认为是某路段的两个边沿①两线段近似平行，两条线段斜率之差在阈值范围内；②一线段在另一线段上的投影重合程度很高；③两线段之间距离小于道路的最大宽度。
5.根据权利要求4所述的遥感地像的道路提取方法，其特征是，所述的最大宽度 为对所有符合上述要求的两线段之间的距离进行排序，取中值为正常道路宽度，假设道路 最宽为正常值的5倍；取小于正常值5倍的已有最大距离为道路的最大宽度。
6.根据权利要求1所述的遥感地像的道路提取方法，其特征是，步骤三中所述的 将路段连接成道路是以道路中的各个路段作为实际应用中将路段连接成道路，利用双链表 的数据结构将路段利用指针链接起来，全部处理完毕后采用数据格式进行道路存储。
全文摘要
一种遥感技术领域的遥感地像的道路提取方法，包括如下步骤标注道路两边沿；根据标注的边沿采用投影法自动生成路段；将路段连接成道路；添加路名；将各个道路以交叉路口为中心的数据格式进行存储。本发明具有易于实现、操作简单，准确度高等优点，可以对遥感地图中的道路提供一种快速便捷的提取方式。
文档编号G06K9/46GK101833665SQ20101018615
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者刘允才, 孔庆杰, 沈轶, 赵乾坤 申请人:上海交通大学