導(dǎo)語：改擴(kuò)建道路DLG輔助算法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日臻成熟和遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感影像記錄的大量地表信息是更新GIS最主要、最有效的數(shù)據(jù)來源［1］。道路網(wǎng)數(shù)據(jù)的更新是GIS空間數(shù)據(jù)更新的重要組成部分，其快速提取、更新技術(shù)的研究成為當(dāng)前的重要課題。20世紀(jì)70年代中期，國內(nèi)外就開展了大量關(guān)于直接從遙感影像中提取道路信息的研究工作，但是到目前為止，該技術(shù)在完整性和正確性方面尚未取得令人滿意的成果。QuickBird等高分辨率影像的商業(yè)化使用，為利用遙感影像快速更新地圖，實(shí)現(xiàn)變化檢測(cè)［2］提供了可能。為更方便準(zhǔn)確地從遙感影像中識(shí)別道路，本文擬研究基于舊有的柵格化DLG和最新精確配準(zhǔn)的遙感影像圖，提取遙感影像中發(fā)生延伸及拓寬道路的新算法，實(shí)現(xiàn)DLG的快速更新。

1道路提取前的準(zhǔn)備工作

1.1數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換與配準(zhǔn)

整個(gè)道路提取算法是在MATLAB環(huán)境下運(yùn)行的，需將DLG與遙感影像轉(zhuǎn)化為MATLAB可以讀取的格式。遙感影像為金字塔格式，利用ArcGIS軟件對(duì)其做適當(dāng)處理，并將DLG中的道路邊緣線圖層?xùn)鸥窕?］，以文本文檔的格式輸出。在柵格化DLG的過程中，設(shè)置邊緣線的顏色屬性為黑白漸變色，使得每條線都具有唯一的灰度值，以便利用DLG中的道路信息作為先驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于格式的轉(zhuǎn)化，兩者失去了地理坐標(biāo)信息，需要將其重新配準(zhǔn)，可以選擇線性正投影、仿射變換、投影變換等幾種方法。

1.2道路邊緣線提取并截?cái)?/p>

如圖1(a)(b)所示，矩形框所包圍的道路邊緣線上各點(diǎn)具有統(tǒng)一的編號(hào)12121。由之前的操作可知，該線屬于同一道路的邊緣，顯而易見，無法將其視為一條直線。本文所提出的方法適用于處理近似直線的道路線邊緣，因此，利用唯一灰度值信息自動(dòng)提取出邊緣線段后，需使用曲線離散化［4］的方法將其截?cái)酁槎讨本€，直至打斷后的每段邊緣線都接近于直線為止，圖1(c)為截?cái)噙吘壘€的示意圖。截?cái)嗪?，斜率小?的直線段定義為近水平道路邊緣線，并存放在近水平道路邊緣線數(shù)組中，其他道路線存放在近豎直道路邊緣線數(shù)組中。

1.3線對(duì)的匹配

兩條源于同一條道路雙邊緣的短直線包圍著一段平直的道路，尋找這樣一對(duì)短直線的過程稱為線對(duì)匹配［5，6］。設(shè)兩條短直線為l1，l2，線段長度l1＞l2，l1與l2匹配需滿足以下條件:①基本平行;②距離在最小道路寬度和最大道路寬度之間;③平移l2至l1處，重疊度不小于閾值70%;④滿足前三個(gè)條件的情況下，l1與l2距離最近。線對(duì)的匹配在近水平及近豎直道路邊緣線數(shù)組中分別進(jìn)行，流程基本相同。匹配前，將所有線段按長度排序，依次選擇現(xiàn)有最短的道路邊緣線作為當(dāng)前匹配線段，若匹配成功則置空當(dāng)前線段，防止重復(fù)匹配。細(xì)化匹配成功的雙邊緣線對(duì)的類別為水平道路上邊緣、水平道路下邊緣，豎直道路左邊緣、豎直道路右邊緣，線對(duì)明確的相對(duì)位置關(guān)系能夠有效地提高后續(xù)實(shí)驗(yàn)的運(yùn)算效率。

2改擴(kuò)建道路的提取及更新

道路為典型的線狀地物，其特征可歸納為輻射、幾何、拓?fù)?、功能以及關(guān)聯(lián)和上下文約束［7］等。由于利用dlg數(shù)據(jù)作為先驗(yàn)信息，道路提取成果的可靠性得到顯著提高，在道路的提取過程中，主要依據(jù)道路均勻帶狀分布的幾何特性及灰度輻射特性，采用了一種易實(shí)現(xiàn)但非常有效的判斷方法，即是邊緣線灰度梯度均值最大法［8］。將道路邊緣線兩側(cè)像素灰度差值的平均值作為該線的灰度梯度均值，沿豎直方向移動(dòng)近水平的道路邊緣線，沿水平方向移動(dòng)近豎直的道路邊緣線，以平移到每個(gè)位置的灰度梯度均值作為判定該位置是否為邊緣線的指標(biāo)。在提取出拓寬及延伸的道路邊緣線后，即將更新后的柵格地圖轉(zhuǎn)化為文本文件輸出。隨后，使用ArcGIS軟件進(jìn)行柵格地圖的矢量化操作，重新生成CAD圖像，以替換原有圖層。DLG的更新為分層處理，處理了主要道路邊緣線圖層后，其他道路邊緣線圖層的處理可以此作為參照。

2.1判斷道路邊緣是否拓寬

對(duì)于水平道路段而言，上邊緣線以上和下邊緣線以下是道路的外部;類似地，左邊緣線的左側(cè)和右邊緣線的右側(cè)是豎直道路的外部。將邊緣線向道路外側(cè)平移距離d1，接著向道路內(nèi)部平移距離d2，其中，d1＞2d2，在此范圍內(nèi)尋找平均灰度梯度t(k)的最大值tmax(k)，記錄tmax(k)對(duì)應(yīng)邊緣線距原有邊緣線的格網(wǎng)單位值k。設(shè)平均灰度梯度的閾值為tmax，道路拓寬閾值為kmax，判斷道路是否拓寬的準(zhǔn)則包括:①tmax(k)≥tmax＆k≤kmax，產(chǎn)生最大平均灰度梯度的直線距原有道路邊緣線很近，認(rèn)定道路沒有發(fā)生變化;②tmax(k)≥tmax＆k＞kmax，判斷道路拓寬;③tmax(k)＜tmax，在整個(gè)平移過程中，無明顯邊緣特征存在，認(rèn)為道路很有可能消失。

2.2提取延伸道路

延伸道路的提取是在道路拓寬判斷后進(jìn)行的，以防道路存在拓寬并延伸的現(xiàn)象。通常情況下，拓寬判斷的前提是要保證相鄰兩條平行道路的間隔超過各自路面的寬度。另外，道路雙邊緣線沿同一方向延伸時(shí)，道路才判定為延伸。近水平與近豎直道路邊緣線的延伸過程類似，以豎直道路的延伸為例，提取步驟如下。(1)利用道路邊緣線截?cái)嗲皷鸥窕腄LG，尋找不靠近圖像邊界的懸掛點(diǎn)，其所在線段即為可能延伸的道路邊緣線。(2)根據(jù)每條邊緣線唯一的灰度值信息，尋找經(jīng)拓寬判斷后對(duì)應(yīng)的可能延伸的邊緣線對(duì)及懸掛點(diǎn)。通過懸掛點(diǎn)與所在線段的相對(duì)位置關(guān)系，確定該線對(duì)可能延伸的方向。(3)依次取出一對(duì)懸掛點(diǎn)，沿(2)中方向延伸n個(gè)格網(wǎng)單位，即懸掛節(jié)點(diǎn)的線段端點(diǎn)行號(hào)逐次加1或減1，通過擬合該懸掛點(diǎn)所在邊緣線得到的直線方程求出列號(hào)。長度為n的延伸邊緣線對(duì)與原有的道路連接，形成新的道路邊緣線對(duì)。(4)將新的道路邊緣線對(duì)向道路的內(nèi)部、外部各平移d2。在該范圍內(nèi)，若平均灰度梯度最大值tmax(k)≥tmax，判斷延伸的道路存在，將原道路邊緣線的灰度值賦給延伸的道路邊緣線，重復(fù)步驟(3)，直至新延伸的道路不存在或超出圖幅為止;若tmax(k)＜tmax，判斷道路并未延伸，運(yùn)算停止。

3實(shí)驗(yàn)

本文的研究重點(diǎn)為城市的主要干道。舊有的DLG中，實(shí)驗(yàn)所需的干道邊緣線圖層標(biāo)識(shí)為R;所需的遙感影像為兩幅QuickBird影像，目視觀察道路清晰連續(xù)，遮擋相對(duì)較少。實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，道路分布均勻，寬度變化在60個(gè)格網(wǎng)單位內(nèi)，若直接使用經(jīng)典的道路提取方法對(duì)其處理，將受到某些不可預(yù)見的干擾，如人行道與綠化帶形成一條具有較大平均灰度梯度的邊緣線，很難得到精確的邊緣位置。本節(jié)將通過實(shí)驗(yàn)，論證一種可靠性更強(qiáng)、效率更高的新算法，以解決現(xiàn)有提取方法的不足。根據(jù)影像上道路的特點(diǎn)，通過大量的實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)參數(shù)，最終選取d1=9，d2=4，tmax=25，kmax=4，n=5。

3.1提取拓寬道路

圖2為第一幅實(shí)驗(yàn)影像，用以展示新方法檢測(cè)拓寬道路的效果，圖3是對(duì)圖2中兩窗口進(jìn)行局部放大的效果。兩圖中，黃色線代表原豎直線對(duì)，紅色線為原水平線對(duì)，藍(lán)色線代表拓寬后道路邊緣線，綠色線代表未處理的道路邊緣線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新算法準(zhǔn)確地找到拓寬道路，達(dá)到了預(yù)期效果。圖2拓寬道路全局圖圖3(b)所示的綠色線段是道路轉(zhuǎn)彎處的連接圖3拓寬道路實(shí)驗(yàn)局部圖線，由于連接線不存在對(duì)應(yīng)的匹配線對(duì)，本文的算法還無法對(duì)其進(jìn)行處理，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

3.2提取延伸道路

第二幅實(shí)驗(yàn)影像見圖4，用于展示新方法檢測(cè)延伸道路的效果，圖5為圖4中兩窗口局部放大的效果。綠色線代表道路邊緣線端點(diǎn)為圖像邊緣點(diǎn)或非懸掛節(jié)點(diǎn)，在程序運(yùn)行時(shí)未對(duì)其進(jìn)行處理，紅色線代表可能延伸的水平線，黃色線代表可能延伸的豎直線，藍(lán)色線代表延伸道路邊緣線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，新算法準(zhǔn)確地找到了延伸道路的邊緣線。

3.3更新地形圖

對(duì)道路邊緣線拓寬、延伸等情況進(jìn)行提取研究的最終目的為DLG的更新。圖6(a)(b)為延伸實(shí)驗(yàn)更新前后的道路DLG。經(jīng)對(duì)比，可觀察道路明顯延伸。

4結(jié)論

地形圖的更新是一項(xiàng)繁重的系統(tǒng)工程，涉及很多理論和實(shí)際問題，其中，對(duì)于空間數(shù)據(jù)的變化檢測(cè)是一個(gè)非常重要但難于解決的問題。目前，大多數(shù)利用遙感影像更新DLG的實(shí)際操作，都是利用目視檢驗(yàn)的方法，而自動(dòng)更新DLG的研究，也大多停留在像素級(jí)的水平。本文使用舊有的DLG作為驗(yàn)信息，結(jié)合最新的遙感影像，實(shí)現(xiàn)了DLG中改擴(kuò)建道路信息的更新，在保證精度的前提下，提高了道路提取的效率和可靠性。