露天矿山道路网自动构建方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及露天矿山道路构建领域，具体涉及一种露天矿山道路网自动构建方法及系统。
【背景技术】
[0002]露天矿山道路网是一种真实反映露天矿山道路地理位置信息及道路间拓扑关系的路网，是露天矿山卡车调度系统及矿山设备运营监控管理的基础。随着信息化智能化在矿山中的应用和发展，对露天矿山道路网自动构建和快速更新的需求日益迫切，现有露天矿山道路网构建技术存在诸如自动化程度低、周期长、成本高和精度差等问题，从而导致露天道路网构建跟不上实际发展变化的窘境。
[0003]现有的道路网构建方法主要分为两类:一类是传统的测绘方法，存在着自动化程度低、周期长、成本高等缺陷，同时由于矿山开采的不断推进，矿山道路网变动频繁且无规律可循，导致该类方法无法有效用于露天矿山实际生产应用；另一类是基于GPS数据采集的路网构建方法，许多研究学者在GPS数据的基础上研究了城市道路网的自动构建方法，且取得了一定的成果，但尚且无人研究针对露天矿山道路网的自动构建。
[0004]史文欢提出一种基于GPS定位的道路网络栅格数字地图自动生成方法，该方法将历史GPS数据存入轨迹数据库中，通过计算机对轨迹数据库中数据过滤和增强得到道路网，无法满足露天矿山道路网实时动态更新的要求，同时该方法生成的是一种栅格数字地图，缺乏道路网拓扑关系信息，无法满足露天矿山卡车调度的需求；张健钦提出的一种基于公交GPS轨迹数据的路况信息生成方法及孙棣华提出的一种利用城市浮动车辆GPS数据生成道路路网矢量地图方法，此类方法均只适用于城市道路网的自动构建，方法中或者以公交站点作为参考，或者以城市道路线路较为固定作为前提，无法应用于露天矿山道路网的复杂情况；史文中提出一种基于机载LIDAR和GIS协同的三维道路生成方法，该方法主要研究道路点云裁切、高架桥道路自动分层和高程内插等，露天矿山道路均不存在上述问题，故该方法也无法适用。
[0005]针对上述现象，亟需一种快速准确的自动构网方法，解决露天矿山道路网的自动构建问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种露天矿山道路网自动构建方法及系统，能够实现露天矿山道路网的自动和准确构建。
[0007]为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案:
[0008]第一方面，本发明提供一种露天矿山道路网自动构建方法，包括:
[0009]S1.获取预先采集的露天矿山道路网的GPS点数据；
[0010]S2.根据所述GPS点数据在空间分布的横向跨度Xspan和纵向跨度Yspan，以及路网的精度Tol，构建M*N的网格，其中M = Xspan/Tol，N = Yspan/Tol ；
[0011]S3.初始化一个像素为M*N的二值图像，根据所述M*N的网格中每个网格落入的GPS点数，将所述二值图像中与所述网格相对应的像素点赋值为0或1 ;
[0012]S4.通过Hilditch细化算法，提取所述赋值后的二值图像的骨架，得到露天矿山的栅格道路网；
[0013]S5.通过栅格图像矢量化方法，将所述露天矿山的栅格道路网矢量化得到露天矿山道路的拓扑关系网络，实现露天矿山道路网自动构建。
[0014]进一步地，所述横向跨度Xspan为GPS点数中X坐标的最大值与最小值的差；所述纵向跨度Yspan为GPS点数中Y坐标的最大值与最小值的差；所述路网的精度Tol为根据预先采集的GPS点数据的系统误差以及露天矿山道路的生产应用要求而预先确定的精度。
[0015]进一步地，所述步骤S3中根据所述M*N的网格中每个网格落入的GPS点数，将所述二值图像中与所述网格相对应的像素点赋值为0或1，包括:
[0016]若某个网格有两个以上的GPS点落入，则将所述二值图像中与该网格对应的像素点赋值为1，否则赋值为0。
[0017]进一步地，所述步骤S4通过Hilditch细化算法，提取所述二值图像的骨架，包括:
[0018]A.在一个迭代周期内，按照从左至右、从上而下的方式遍历所述二值图像的所有像素点，对于所述二值图像中的每一个像素点P，如果该像素点满足预设的标记条件，则标记该像素点；
[0019]B.在当前迭代周期遍历完成之后，判断当前迭代周期中被标记的像素点的数量是否为0 ;若是，则终止操作；否则，继续执行步骤C ;
[0020]C.把当前迭代周期中所有被标记的像素点赋值为0，跳转至步骤A ;
[0021]在考虑像素点p的3*3邻域结构的前提下，所述满足预设的标记条件为同时满足下述条件cl_c6:
[0022]cl.像素点p的值为1 ;
[0023]c2.像素点p0、p2、p4和p6的值不全部为1 ；
[0024]c3.像素点p0?p7中值为1的像素点的个数不为1 ;
[0025]c4.像素点p的八连通联结数n为1 ;
[0026]c5.若像素点p2已经被标记，若p2的值为0时，像素点p的八连通联结数为1 ;
[0027]c6.若像素点p4已经被标记，若p4的值为0时，像素点p的八连通联结数为1 ;
[0028]其中，所述像素点p的3*3邻域结构为:
[0029]p3 p2 pi
[0030]p4 p pO
[0031]p5 p6 p7
[0032]其中，条件c4、c5和c6中像素点p的八连通联结数n的计算方式为:
[0033]n = p6_p6*p7*p0+ E k =。,2,4 (pk_pk*p (k+1) *p (k+2))。
[0034]进一步地，所述步骤S5通过栅格图像矢量化方法，将所述露天矿山的栅格道路网矢量化得到露天矿山道路的拓扑关系网络，实现露天矿山道路网自动构建，包括:
[0035]将像素点p的空间位置赋值为对应的网格的中心坐标，若像素点P的值为1，则连接像素点P及其邻域中值为1的像素点，构建露天矿山道路的拓扑关系网络。
[0036]第二方面，本发明还提供了一种露天矿山道路网自动构建系统，包括:
[0037]GPS点数据获取单元，用于获取预先采集的露天矿山道路网的GPS点数据；
[0038]网格构建单元，用于根据GPS点数据在空间分布的横向跨度Xspan和纵向跨度Yspan,以及路网的精度Tol，构建M*N的网格，其中M = Xspan/Tol，N = Yspan/Tol ；
[0039]图像初始化单元，用于初始化一个像素为M*N的二值图像；
[0040]像素点赋值单元，用于根据所述网格构建单元构建的M*N的网格中每个网格落入的GPS点数，将所述二值图像中与该网格对应的像素点赋值为I或O ;
[0041]骨架提取单元，用于通过Hilditch细化算法，提取所述赋值后的二值图像的骨架，得到露天矿山的栅格道路网；
[0042]栅格道路网矢量化单元，用于通过栅格图像矢量化方法，将所述骨架提取单元得到的露天矿山的栅格道路网矢量化得到露天矿山道路的拓扑关系网络，实现露天矿山道路网自动构建。
[0043]进一步地，所述横向跨度Xspan为GPS点数中X坐标的最大值与最小值的差；所述纵向跨度Yspan为GPS点数中Y坐标的最大值与最小值的差；所述路网的精度Tol为根据预先采集的GPS点数据的系统误差以及露天矿山道路的生产应用要求而预先确定的精度。
[0044]进一步地，所述像素点赋值单元用于判断所述M*N的网格中每个网格落入的GPS点数，若某个网格有两个以上的GPS点落入，则将所述二值图像中与该网格对应的像素点赋值为1，否则赋值为O。
[0045]进一步地，所述骨架提取单元包括遍历模块、第一判断模块、标记模块、第二判断模块、赋值模块和控制模块；
[0046]所述遍历模块，用于在每个迭代周期内，按照