一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法及系统

技术领域

本发明涉及地理测绘技术领域，特别涉及一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

当前，遥感解译成果精度大幅提高，但目前的遥感解译成果不具有规则性，如图1所示，遥感解译的道路边界成波浪化特征；如图2所示，遥感解译的道路成果存在断裂化特征。

发明人发现，上述遥感解译的结果均无法直接用于基础测绘数据生成，而基础测绘对道路数据成果的要求越来越高，基础测绘数据成果中大量采用结构中心线表示的道路数据，需要对道路面补充测绘，而目前的补充测绘方案均采用人工采集数据或者人工校准的方式实现，测绘效率低下较低，且精度较低。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法及系统，结合已有基础测绘道路数据进行自动化补测，降低了人工采集道路面的工作量，解决了遥感数据道路解译成果无法直接利用的难题，提高了基础测绘道路数据补测的效率和精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法。

一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法，包括以下过程：

根据获取的道路解译矢量面，得到道路中心线；

根据道路中心线，得到相交中心线的交点，依据交点对道路中心线进行打断，打断后的道路中线作为路段中心线；

根据路段中心线，构造等间隔法线，得到道路解译矢量面内的路段面宽度，去除异常值后赋值给相应路段中心线；

基于赋值后的各路段中心线，对基础测绘道路面的道路中心线进行评价，根据评价结果对基础测绘道路中心线进行处理；

将处理完成的基础测绘道路中心线与赋值后各路段中心线进行匹配，提取道路宽度至基础测绘数据中心线，按照道路宽度的二分之一进行缓冲区构面，生成各路段对应的补测路段面；

基于道路解译矢量面，提取路口部分道路面边线节点，进行曲线拟合，并与各路段对应的补测路段面的边线进行串接，得到完整道路面补测数据。

作为本发明第一方面进一步的限定，获取的道路解译矢量面，包括：

以设定分辨率航摄或卫星遥感正射影像为数据源，利用基于深度学习的遥感分类方法，得到道路解译矢量面。

作为本发明第一方面进一步的限定，根据获取的道路解译矢量面，得到道路中心线，包括：

根据得到的道路解译矢量面，采用三角分割算法，提取道路中心线。

作为本发明第一方面更进一步的限定，采用三角分割算法，提取道路中心线，包括：

使用三角分割算法将道路矢量面数据转换为三角网格，在三角网格中检测所有与矢量面边缘相交的线段，使用检测到的边缘线段和三角形边缘之间的关系建立拓扑关系；

根据拓扑关系和几何约束条件，从三角网格中提取中心线，对中心线进行平滑处理，得到最终的道路中心线。

作为本发明第一方面进一步的限定，根据路段中心线，构造等间隔法线，得到道路解译矢量面内的路段面宽度，去除异常值后赋值给相应路段中心线，包括：

根据道路中心线间隔节点的位置计算中心线段斜率；

根据中心线段的斜率，以间隔节点为中心，提取间隔节点位置长度为设定阈值的法线；

计算获取的法线与道路面边线的两个交点位置；

以两个交点之间所述法线的长度为当前间隔节点位置对应的解译矢量面道路的宽度；

统计所有间隔节点位置的宽度值，去除2倍方差以上的异常值，求取平均值作为该路段的道路宽度，并赋值给提取的道路中心线。

作为本发明第一方面进一步的限定，基于得到的路段中心线，对基础测绘道路面的道路中心线进行评价，包括：

在基础测绘道路面的道路中心线的缓冲范围内，找到与缓冲区相交部分的参考线，其中，以得到的路段中心线为参考线；

计算基础测绘道路面的道路中心线与各个参考线的角度，去除角度大于设定阈值的参考线；

计算基础测绘道路面的道路中心线与各个参考线的距离，去除距离大于设定阈值的参考线；

获取剩余的参考线长度相加后与基础测绘道路面的道路中心线长度的比值，若比值大于评价阈值，认为完全相符；若比值小于评价阈值，认为是部分相符；若比值小于100与评价阈值的差值，认为是已变化。

作为本发明第一方面更进一步的限定，根据评价结果对基础测绘道路中心线进行处理，包括：

完全相符的基础测绘道路中心线部分不处理，部分相符的基础测绘道路中心线基于航拍影像或者卫星遥感正射影像进行修测，已变化的基础测绘道路中心线进行删除。

本发明第二方面提供了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成系统。

一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成系统，包括：

路段中心线生成模块，被配置为：根据获取的道路解译矢量面，得到道路中心线，根据道路中心线，得到相交中心线的交点，依据交点对道路中心线进行打断，打断后的道路中线作为路段中心线；

路段宽度生成模块，被配置为：根据路段中心线，构造等间隔法线，得到道路解译矢量面内的路段面宽度，去除异常值后赋值给相应路段中心线；

基础测绘道路评价模块，被配置为：基于赋值后的各路段中心线，对基础测绘道路面的道路中心线进行评价，根据评价结果对基础测绘道路中心线进行处理；

补测路段面生成模块，被配置为：将处理完成的基础测绘道路中心线与赋值后各路段中心线进行匹配，提取道路宽度至基础测绘数据中心线，按照道路宽度的二分之一进行缓冲区构面，生成各路段对应的补测路段面；

路口修正模块，被配置为：基于道路解译矢量面，提取路口部分道路面边线节点，进行曲线拟合，并与各路段对应的补测路段面的边线进行串接，得到完整道路面补测数据。

作为本发明第二方面进一步的限定，根据路段中心线，构造等间隔法线，得到道路解译矢量面内的路段面宽度，去除异常值后赋值给相应路段中心线，包括：

根据道路中心线间隔节点的位置计算中心线段斜率；

根据中心线段的斜率，以间隔节点为中心，提取间隔节点位置长度为设定阈值的法线；

计算获取的法线与道路面边线的两个交点位置；

以两个交点之间所述法线的长度为当前间隔节点位置对应的解译矢量面道路的宽度；

统计所有间隔节点位置的宽度值，去除2倍方差以上的异常值，求取平均值作为该路段的道路宽度，并赋值给提取的道路中心线。

作为本发明第二方面进一步的限定，基于得到的路段中心线，对基础测绘道路面的道路中心线进行评价，包括：

在基础测绘道路面的道路中心线的缓冲范围内，找到与缓冲区相交部分的参考线，其中，以得到的路段中心线为参考线；

计算基础测绘道路面的道路中心线与各个参考线的角度，去除角度大于设定阈值的参考线；

计算基础测绘道路面的道路中心线与各个参考线的距离，去除距离大于设定阈值的参考线；

获取剩余的参考线长度相加后与基础测绘道路面的道路中心线长度的比值，若比值大于评价阈值，认为完全相符；若比值小于评价阈值，认为是部分相符；若比值小于100与评价阈值的差值，认为是已变化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明创新性的提出了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法及系统，结合已有基础测绘道路数据进行自动化补测，降低了人工采集道路面的工作量。

2、本发明创新性的提出了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法及系统，解决了遥感数据道路解译成果无法直接利用的难题，提高了基础测绘道路数据补测的效率和精度。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明背景技术提供的现有遥感解译道路示意图一；

图2为本发明背景技术提供的现有遥感解译道路示意图二；

图3为本发明实施例1提供的基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法的流程示意图；

图4为本发明实施例1提供的道路宽度计算示意图；

图5为本发明实施例1提供的道路中心线评价示意图；

图6为本发明实施例1提供的处理后的基础测绘道路；

图7为本发明实施例2提供的基于遥感解译的基础测绘道路数据生成系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图3所示，本发明实施例1提供了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成方法，包括以下过程：

S1：遥感数据道路面解译成果获取。

以0.05米分辨率至0.5米分辨率航摄或卫星遥感正射影像为数据源，利用深度学习遥感分类方法，提取道路解译矢量面数据。

深度学习遥感分类的步骤，包括：

S1.1：数据标注，对影像中的道路进行标注，生成训练数据集和测试数据集；

S1.2：模型训练，选择卷积神经网络（Convolutional Neural Networks，CNN）深度学习模型使用标注好的数据集对模型进行训练，并进行参数调优，直到模型的准确率和泛化能力达到满意的水平；

S1.3：数据解译，使用训练好的模型对大批量遥感影像进行解译，得到二值栅格解译数据；

S1.4：矢量化，利用得到二值栅格解译数据，通过图像分割算法将道路提取结果转化为矢量面要素。

S2：道路中心线提取。

基于S1中获取的道路矢量面数据成果，采用Delaunay三角分割算法，提取道路中心线矢量数据，具体的，包括以下过程：

S2.1：三角网格生成，使用Delaunay三角分割算法将道路矢量面数据转换为三角网格；

S2.2：边缘检测，在三角网格中检测所有与矢量面边缘相交的线段。这些线段通常会连接三角形顶点和边缘上的交点；

S2.3：拓扑关系建立，使用检测到的边缘线段和三角形边缘之间的关系建立拓扑关系；

S2.4：中心线提取，根据拓扑关系和几何约束条件，从三角网格中提取中心线；

S2.5：中心线平滑：对中心线进行平滑处理，输出结果。

S3：道路分割。

基于提取的道路中心线，提取相交中心线的交点（即道路口），依据交点，对道路中心线进行打断，打断后的道路中线作为路段中心线数据。

S4：道路宽度计算。

如图4所示，基于提取的路段中心线数据，构造等间隔法线，截取面内长度，统计所有法线长度，基于方差去除异常值，得到路段面宽度，并赋值给相应路段中心线，具体的，包括以下过程：

S4.1：根据道路中心线间隔节点的位置计算中心线段斜率K；

S4.2：根据中心线段的斜率K，以当前间隔节点为中心，提取间隔节点位置长度为100-200米（阈值范围）的法线；

S4.3：计算所述的法线方向与道路面边线的两个交点位置；

S4.4：根据两个交点位置，计算两个交点之间法线的长度，以该长度为当前间隔节点的位置对应的解译矢量面道路的宽度；

S4.5：统计所有间隔节点位置的宽度值，去除2倍方差以上的异常值，求取平均值作为该路段的道路宽度，并赋值给提取的道路中心线。

S5：道路中心线评价。

基于上一步获取的有宽度信息的路段中心线数据，对目前已有的需要补测道路面的道路中心线数据进行质量评价，具体的，包括以下过程：

如图5所示，假设道路中心线为待评价线，标记为A；遥感解译获取的道路中心线作为参考线，标记为B，评价规则如下：

S5.1：在A目标线缓冲范围内，找到与A缓冲区相交部分的B参考线，记为Bi（其中，Bi可能是多个线段，A与B属于1对多关系）；

S5.2：计算A、Bi的角度，排除角度偏差较大（即大于设定阈值）的Bi参考线

S5.3：计算A、Bi的距离差，排除距离差较大（即大于设定阈值）的Bi参考线

S5.4：将剩余的Bi参考线长度求和，Sum（Bi）/A比值，若比值大于评价阈值，认为完全相符；若比值小于评价阈值，认为是部分相符；若比值小于100-评价阈值，认为是已变化。

S6：评价结果处理。

针对S5的评价结果，对基础测绘数据中的道路中心线进行处理，其中完全相符的部分不处理，部分相符的基于影像进行修测，已变化的中心线进行删除处理。

S7：路段构面。

基于评价结果对基础测绘数据中的道路中心线处理完成后，使用该中心线匹配解译路段中心线，提取道路宽度至基础测绘数据中心线，并按照道路宽度的二分之一进行缓冲区构面，生成补测路段面数据。

S8：道路口处理。

基于解译的道路面，提取路口部分道路面边线节点，进行曲线拟合，并与S7生成的补测路段面数据的边线进行串接，形成完整道路面补测数据，如图6所示。

实施例2：

如图7所示，本发明实施例2提供了一种基于遥感解译的基础测绘道路数据生成系统，包括：

路段中心线生成模块，被配置为：根据获取的道路解译矢量面，得到道路中心线，根据道路中心线，得到相交中心线的交点，依据交点对道路中心线进行打断，打断后的道路中线作为路段中心线；

路段宽度生成模块，被配置为：根据路段中心线，构造等间隔法线，得到道路解译矢量面内的路段面宽度，去除异常值后赋值给相应路段中心线；

基础测绘道路评价模块，被配置为：基于赋值后的各路段中心线，对基础测绘道路面的道路中心线进行评价，根据评价结果对基础测绘道路中心线进行处理；

补测路段面生成模块，被配置为：将处理完成的基础测绘道路中心线与赋值后各路段中心线进行匹配，提取道路宽度至基础测绘数据中心线，按照道路宽度的二分之一进行缓冲区构面，生成各路段对应的补测路段面；

路口修正模块，被配置为：基于道路解译矢量面，提取路口部分道路面边线节点，进行曲线拟合，并与各路段对应的补测路段面的边线进行串接，得到完整道路面补测数据。

本实施例中，路段宽度生成模块中，根据路段中心线，构造等间隔法线，得到道路解译矢量面内的路段面宽度，去除异常值后赋值给相应路段中心线，包括：

根据道路中心线间隔节点的位置计算中心线段斜率；

根据中心线段的斜率，以间隔节点为中心，提取间隔节点位置长度为设定阈值的法线；

计算获取的法线与道路面边线的两个交点位置；

以两个交点之间所述法线的长度为当前间隔节点位置对应的解译矢量面道路的宽度；

统计所有间隔节点位置的宽度值，去除2倍方差以上的异常值，求取平均值作为该路段的道路宽度，并赋值给提取的道路中心线。

本实施例中，基础测绘道路评价模块，基于得到的路段中心线，对基础测绘道路面的道路中心线进行评价，包括：

在基础测绘道路面的道路中心线的缓冲范围内，找到与缓冲区相交部分的参考线，其中，以得到的路段中心线为参考线；

计算基础测绘道路面的道路中心线与各个参考线的角度，去除角度大于设定阈值的参考线；

计算基础测绘道路面的道路中心线与各个参考线的距离，去除距离大于设定阈值的参考线；

获取剩余的参考线长度相加后与基础测绘道路面的道路中心线长度的比值，若比值大于评价阈值，认为完全相符；若比值小于评价阈值，认为是部分相符；若比值小于100与评价阈值的差值，认为是已变化。

更具体的，各个模块的更细节工作过程与实施例1提供的方法相同，这里不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。