城市道路信息提取方法探讨

第35卷第2期2019年6月

测绘标准化

Standardization of Surveying and Mapping

Vol. 35No.2

Jun.2019城市道路信息提取方法探讨

马婵1马润霞2

（1•西安科技大学测绘科学与技术学院陕西西安710054；2,自然资源部大地测量数据处理中心陕西西安710054）On the Methods for Urban Road Information Extraction

MA Chan MA Runxia

摘要:利用高分辨率遥感影像的高空间分辨率、高时间分辨率的特点，可较好地满足路线信息提取成果的需求。提出一种基于面向对象分类的城市道路提取方法。首先，进行面向对象分类并提取道路中心线；然后，利用MATLAB二值化处理及调用MATLAB细化函数等相关操作清除非道路区域，优化道路;最后,通过建立缓冲区提取城市道路信息，提取较理想的初始道路网络。这种道路提取方法可为基于遥感图像提取道路信息提供借鉴。

关键词:道路提取;面向对象分类;二值化处理;缓冲区分析；MATLAB

中图法分类号:P237.2；P283.2

随着传感器的发展,遥感影像分辨率进一步提高,遥感影像的应用也越来越广，影像中所包含的数据信息已成为研究的热点。城市道路是遥感影像中的一个重要地物,表现形式非常复杂,主次干道的宽窄不一，道路段间的材质不同,在遥感影像中呈现的光谱特征有所不同。传感器在成像过程中，因传感器、地理位置等要素,造成道路信息提取不够完整,给路线的自动化获取带来了极大的难题。目前，提取道路信息采用的方法都存在人工干预过多的情况,且很多算法还不完整，因而对道路提取相关问题进行研究仍有非常重要的意义。刘俊⑴等提出基于多标准的差异分辨率遥感影像路线提取办法。施海亮⑵等论述了城市遥感影像中路线提取的特点，以及当今道路特征提取的一些研究成果。徐天才⑶等采用形态学细化算法，对图像进行二值化操作后,使用栅格数据中的细化操作,提高了线提取精度及计算效率，然后利用模糊Hough变换算法提取遥感图像中的城市道路。

本文在前人研究成果的基础上,提出了一种城市道路提取方法，首先对遥感影像进行了面向对象分类，得到提取道路的矢量文件，然后利用MATLAB 进行二值化处理和调用MATLAB细化函数等相关操作清除非道路区域，从而优化道路。

1基于对象的遥感影像监督分类道路提取具体流程见图1。

1.1数据准备

在ArcGIS中选择面向对象提取工具，进行数据准备，包括设置遥感影像路线提取规则，然后保存提取规则并处理下张影像,不断试验选择最优方法，最后输出保存。

图1道路提取流程

1.2影像预处理

在遥感影像处理软件ArcGIS中加载原始数据,对影像数据进行预处理,包括对影像数据进行分析前的校正、镶嵌、裁剪等一系列操作,消除噪声,提高影像质量,为后续影像分析奠定基础。影像预处理流程见图2。

1.3面向对象分类

利用高分辨率遥感影像的高空间分辨率、高时间分辨率的特点，可以较好地满足路线信息提取成果需求。面向对象的分类方法是近几年基于高分辨率影像提出来的,是一种智能化的主动影像提取方法。道路作为人们通行的基础设施，可以按照不同的道路标志进行分类，按利用的特点可分为城市路线、公路、厂矿路线等。道路的面向对象分类就是通过对遥感影

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像进行分割,得到同质对象；然后根据遥感影像分类或目标地物提取的具体要求，通过检测获得目标地物的许多特征;最后依据特征对影像进行分类或目的地物提取。面向对象分类结果见图3。

图2图像预处理流程

图3面向对象分类结果

2道路中心线提取和缓冲区建立

2.1中心线提取方法

蒋益娟⑷等使用遥感软件处理技术将轨迹点的栅格数据二值化,使用形态学提取道路骨架,线构路网系统。蔡雪姣⑸等采用核密度估计(KDE)方法提取路网数据。艾廷华⑹等利用Delaunay三角网从街道数据中提取街道中心线。本文根据上述方法，使用ArcGIS软件将面向对象的分类结果转为栅格数据,再通过二值化栅格数据,捕捉栅格像元并跟踪栅格像元提取道路中心线,具体操作步骤如下：

1)在ArcGIS软件中，将面向对象的分类结果转为栅格数据,在二值化栅格数据后,设置最优捕捉参数和提取参数。二值化处理结果见图4。

2)在面向对象提取分类结果的基础上设定面积阈值，删除独立地物等非道路信息,对面向对象提取分类结果进行二值化处理，得到面向对象分类结果图,然后在MATLAB中进行处理。处理过程中首先读入原影像并进行影像显示,再基于MATLAB进行二值化处理。

从图3中可以看出，在道路中存在道路极值点和边缘不平滑的现象，需要进一步进行影像平滑处理。通过调用MATLAB的细化函数代码，使用ap-plylut函数查找表来处理二值图像。函数为

A=applylut(BW,LUT)(1)通过对影像进行毛刺和粘连地物处理，并对边缘线进行细化处理得到中心线。细化后道路见图5。

2.2建立缓冲区

在地图数字化和地理信息系统中，缓冲区的使用是数据处理的一个重要方法。缓冲区具有地图信息检索、数据综合处理等功能。缓冲区分析能保留道路宽度，看出道路的位置和形态。笔者在进行矢量图像处理中，使用ArcGIS中的拓扑检查，将细化后中断的道路相连接,以保证道路的连通性，然后将细化后的图像栅格数据转为矢量数据中心线，并对中心线建立缓冲区，结果见图6。

图6自动提取中心线后的缓冲区

2.3成果输出

取中心线建立缓冲区与原影像进行叠加，见图7。从图7可以看出,基于本文方法提取的初始道路网络虽不理想,但关键路段都得以保留，路线清晰，非道路区域基本消除。

图7

自动提取成果

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Jun.2019 CH/T1040—2018《区域似大地水准面精化

精度检测技术规程》概述

1制定背景

区域似大地水准面精化的精度是精化工作的核心问题。为了保障区域似大地水准面精化精度检测工作的科学性、正确性和可靠性，规范检测工作流程、检测点选埋、数据采集及处理、检测结果分析、检测报告编制等工作,根据原国家测绘地理信息局科技与国际合作司测科函]2014]41号文的要求制定本标准，标准由四川省测绘产品质量监督检验站主编，国家测绘产品质量检验测试中心等5家单位参与编制。

2使用范围及主要内容

本标准适用于国家、省、城市似大地水准面精化精度检测，主要内容包括：

1)区域似大地水准面精化检测工作的内容包括已有资料收集分析，编制检测方案，项目组织实施和技术协调,检测点选埋或利用点选取,GNSS、水准测量数据采集,数据处理和成果计算，检测点似大地水准面成果获取,检测结果分析评价,编写检测报告O

2)以图表形式结合文字说明，对检测工作的基本流程进行了规定。

3)从检测点布设、数据采集及处理、检测结果分析等方面对区域似大地水准面精化的检测方式、方法进行了系统的规定，有较强的针对性和可操作性。

4)规定了区域似大地水准面精化的检测成果内容，包括区域似大地水准面精化检测方案，检测点分布图、点之记及照片，水准联测检测数据及手簿、水准数据处理报告,GNSS观测数据及手簿、GNSS数据处理报告，检测点高程计算成果表，检测点大地坐标、大地高、正常高和精化高程值，区域似大地水准面精化精度检测报告。

5)提供了适用于检测工作需要的资料性附录,包括检测报告格式与内容,检测点高程检测值与精化高程值比较表，检测点较差区间分布、数值分析表。

3使用注意事项

本标准仅限于区域似大地水准面精化的精度检测，对区域似大地水准面精化项目中所包含的多项测量成果的质量检验并未涉及，建议今后在本标准的基础上进一步制定针对区域似大地水准面精化成果质量检验的相关标准。

3结语

本文提出一种基于遥感影像的城市道路提取方法,在面向对象分类的基础上提取道路中心线，再利用MATLAB二值化处理以及调用MATLAB细化函数等相关操作清除非道路区域，最后利用线缓冲区的原理提取城市道路信息，得到较理想的初始道路网络。

利用本文提出的方法提取的初始道路网络虽然没有达到较完美的结果,破碎道路较多,但关键路段都得以保留。这是由于采用面向对象分类方法得到的分类结果不理想，今后还需进一步改进算法。

参考文献

[1]刘俊，韩聪，李诚.高分辨率遥感影像城市道路提取方

法研究[J].海洋测绘，2016,36(6):79-82[2]施海亮，周绍光，赵建泉.遥感影像中城市道路的提取

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[3]徐天才，杨敏华，姜柱.模糊Hough变换算法在城市道

路提取中的应用[J].测绘地理信息,2012,37(3)：

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[4]蒋益娟，李响，李小杰，等.利用车辆轨迹数据提取道

路网络的几何特征与精度分析[J].地球信息科学学

报,2012,14(2)：165-170

[5]蔡雪娇，吴志峰，程炯.基于核密度估算的路网格局与

景观破碎化分析[J].生态学杂志，2012,31(1)：

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[6]杨伟,艾廷华.基于众源轨迹数据的道路中心线提取

[J].地理与地理信息科学,2016,32(3):1-7

收稿日期：2018-11-14

第一作者简介:马婵,在读研究生，主要研究方向为地图学与地理信息系统。