基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法及装置制造方法及图纸

基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法及装置，属于遥感影像处理领域，通过获取道路遥感影像的分割二值图；对分割二值图进行形态学处理，提取道路骨架线；将道路骨架通过图论中的图结构表示路网中心线，即图G(V,E)其中，V表示道路节点集合，E表示构建道路网所需的连接节点的边集合；然后在不改变原有路网拓扑结构的前提下对路网中心线进行简化，并对简化后的路网进行优化处理，生成基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线；通过利用图像形态学处理和图论对于道路遥感影像的处理，实现了从深度学习算法生成的道路面构建高质量路网中心线的方式，能够实现自动连接断裂路段、简化冗余路网，所生成的路网具有良好的视觉效果和可实用性。可实用性。可实用性。

【技术实现步骤摘要】
基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法及装置


[0001]本专利技术属于遥感影像处理领域，尤其涉及一种基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法及装置。

技术介绍

[0002]利用遥感影像进行重要地理信息提取逐渐成为当今社会发展的必然需求，道路作为关键地理要素，对其进行高效、实时、准确的信息获取和更新城市建设、应急救灾、交通规划等领域具有重要意义。基于遥感影像的道路信息全自动提取不仅可以大大缩短信息获取时间，同时可以极大节省相应的人力成本。近年来，深度学习在图像处理方面取得了巨大突破，其在遥感解译方面的应用也得到了广泛关注和较为深入的研究。但是，受限于样本数量和计算机硬件等，基于深度学习方法从影像中自动提取得到的道路要素不可避免地会产生断裂或噪声，无法获取高质量路网拓扑结构。
[0003]目前的现有技术中，已有研究者提出使用后处理方法对深度学习提取的道路结果进行二次加工，达到改善路网连通性、去除杂点和冗余路段的目的。例如有研究利用张量投票算法改善路网结构，另有研究通过基于神经网络的多次迭代方法连接断开的路段。但是现有技术虽然能在一定程度上提升自动提取得到的路网质量，但是由于缺乏从整体上考虑道路拓扑结构，并且没有对各类路段错误断开和混乱连接问题进行针对性分析，导致处理得到的路网拓扑质量仍有待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决上述问题，提供一种基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法及装置。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，包括：获取道路遥感影像的分割二值图；对分割二值图进行形态学处理，提取道路骨架线；将道路骨架通过图论中的图结构表示路网中心线，即图G(V,E)，其中，V表示道路节点集合，E表示构建道路网所需的连接节点的边集合；然后在不改变原有路网拓扑结构的前提下对路网中心线进行简化，并对简化后的路网进行优化处理，生成基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线；所述优化处理包括：对路网进行毛刺剔除；寻找路网的断连处，并结合前述分割二值图的概率值进行自动连接；对路网中的节点之间连接的路网自动补全；对路网十字交叉口错位规整；将路网中环状拓扑结构转为星型拓扑结构；对路网中度为3的节点通过几何关系进行规整；最后去除存在的噪声环路拓扑结构。
[0006]进一步，本专利技术所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，所述对路网中心线进行简化包括以下步骤：
步骤201、对于路网中心线图结构中的一组连通的节点V和连接节点的边E构成的曲线，取曲线的端点A和B，并得到直线AB，直线AB称为曲线的弦；步骤202、得到曲线上离该直线段距离最大的点C，计算其与AB的距离d；步骤203、比较该距离与预先给定的阈值的大小，如果小于该阈值，则该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕，进行下一段曲线的处理；步骤204、如果距离大于阈值，则用点C将曲线分为两段AC和BC，并分别对两段分别进行步骤201
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203的处理；步骤205、当所有曲线都处理完毕，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似，进行下一段的曲线处理。
[0007]进一步，本专利技术所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，所述寻找路网的断连处，并结合前述分割二值图的概率值进行自动连接包括如下步骤：步骤301、遍历图G(V,E)中所有节点，判断当前节点的度，若当前节点的度为1 时记为v，同时进行以下步骤；步骤302、以当前度为1的节点v为中心创建大小为(T1,T2)的窗口，其中T为预设的阈值，并寻找图G(V,E)在该窗口范围内的所有边，记为e；步骤303、针对当前节点v，遍历所有满足要求的边e，并计算节点v在边e的投影点p，同时通过约束条件寻找最优边best_e；当best_e不为空时，进行以下步骤，否则转到步骤301继续遍历下一个节点；步骤304、结合道路分割二值图的概率值，寻找最短连接路径，进行断裂路网的自动连接，具体包括：步骤3041、从起点p开始，把p作为一个等待检查的方格，放入到“开启列表”中，其中，“开启列表”就是一个存放等待检测方格的列表；步骤3042、寻找起点p周围可以到达的方格，将它们放入到“开启列表”，并设置它们的父方格为p；步骤3043、从“开启列表”中删除起点p，并将p放入到“关闭列表”中，其中，“关闭列表”存放的是不需要检查的方格；步骤3044、计算每个方格的F值，其中，F值计算公式如下式所示：F＝M+H+(1
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P)*k；其中，M表示从起点移动到指定方格的移动消耗；H表示从指定的方格移动到目标点v的预计消耗；P表示移动到的方格的道路分割概率值；k为常数值；步骤3045、从“开启列表”中选择F值最低的方格a，将其从“开启列表”中删除，放入到“关闭列表”中。步骤3046、检查a所有临近并且可达到的方格；其中，“关闭列表”中的方格不考虑；如果这些方格还不在“开启列表”中，加入到“开启列表”，并且计算这些方格的F值，并设置父方格为a；如果某相邻的方格c已经在“开启列表”，计算新的路径从p到达方格c，即经过a的路径，判断是否需要更新，即M的值是否更低；如果新的M值更低，则修改父方格为方格a，重新计算F值，H值不需要改变，因为目标点的预计消耗是固定的；如果新的M值更高，则值不做改变；步骤3047、继续从“开启列表”中找出F值最小的，从“开启列表”中删除，添加到“关闭列表”，再继续找出周围可以到达的方块，如此循环；
步骤3048、当“开启列表”中出现目标方块v时，说明最优路径已经找到，当“开启列表”中没有数据，则说明没有合适的路径；步骤305、根据最短连接路径，建立新的节点和边到图G(V,E)中，即连接从起点p到目标点v；同时，转到步骤301继续遍历下一个节点，直至将图G(V,E)中节点遍历完成。
[0008]进一步，本专利技术所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，所述约束条件包括：边的节点不在节点v的附近；节点v所在边和投影点p到节点v 构成的夹角小于一定的阈值；投影点p到节点v的距离最短。
[0009]进一步，本专利技术所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，所述对路网中的节点之间连接的路网自动补全包括如下步骤：步骤501、遍历图G(V,E)中所有节点，判断当前节点的度，当前节点的度为1 时记为v；步骤502、以当前度为1的节点v为中心创建大小(T3,T4)的窗口，并寻找图G(V,E) 在该窗口范围内的所有边，记为e；步骤503、针对当前节点v，遍历所有满足要求的边e的所有节点，同时通过节点约束条件寻找最优节点best_vertex；所述节点约束条件包括：边的节点与不在节点v的附近；节点v所在边和节点v到当前边的节点构成的夹角小于一定的阈值；计算当前边的节点与节点v构成的边与其附近边的交点，防止当前边的节点与节点v相同；当前边的节点与节点v的距离最短；获得当前度为1节点v的最优节点best_vertex；当节点best_vertex不为空时，进行下列步骤，否则转到步骤501继续遍历下一个节点；步骤504、连接当前节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，其特征在于包括：获取道路遥感影像的分割二值图；对分割二值图进行形态学处理，提取道路骨架线；将道路骨架通过图论中的图结构表示路网中心线，即图G(V,E)其中，V表示道路节点集合，E表示构建道路网所需的连接节点的边集合；然后在不改变原有路网拓扑结构的前提下对路网中心线进行简化，并对简化后的路网进行优化处理，生成基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线；所述优化处理包括：对路网进行毛刺剔除；寻找路网的断连处，并结合前述分割二值图的概率值进行自动连接；对路网中的节点之间连接的路网自动补全；对路网十字交叉口错位规整；将路网中环状拓扑结构转为星型拓扑结构；对路网中度为3的节点通过几何关系进行规整；最后去除存在的噪声环路拓扑结构。2.根据权利要求1所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，其特征在于，所述对路网中心线进行简化包括以下步骤：步骤201、对于路网中心线图结构中的一组连通的节点V和连接节点的边E构成的曲线，取曲线的端点A和B，并得到直线AB，直线AB称为曲线的弦；步骤202、得到曲线上离该直线段距离最大的点C，计算其与AB的距离d；步骤203、比较该距离与预先给定的阈值的大小，如果小于该阈值，则该直线段作为曲线的近似，该段曲线处理完毕，进行下一段曲线的处理；步骤204、如果距离大于阈值，则用点C将曲线分为两段AC和BC，并分别对两段分别进行步骤201
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203的处理；步骤205、当所有曲线都处理完毕，依次连接各个分割点形成的折线，即可以作为曲线的近似，进行下一段的曲线处理。3.根据权利要求1所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，其特征在于，所述寻找路网的断连处，并结合前述分割二值图的概率值进行自动连接包括如下步骤：步骤301、遍历图G(V,E)中所有节点，判断当前节点的度，若当前节点的度为1时记为v，同时进行以下步骤；步骤302、以当前度为1的节点v为中心创建大小为(T1,T2)的窗口，其中T为预设的阈值，并寻找图G(V,E)在该窗口范围内的所有边，记为e；步骤303、针对当前节点v，遍历所有满足要求的边e，并计算节点v在边e的投影点p，同时通过约束条件寻找最优边best_e；当best_e不为空时，进行以下步骤，否则转到步骤301继续遍历下一个节点；步骤304、结合道路分割二值图的概率值，寻找最短连接路径，进行断裂路网的自动连接，具体包括：步骤3041、从起点p开始，把p作为一个等待检查的方格，放入到“开启列表”中，其中，“开启列表”就是一个存放等待检测方格的列表；步骤3042、寻找起点p周围可以到达的方格，将它们放入到“开启列表”，并设置它们的父方格为p；步骤3043、从“开启列表”中删除起点p，并将p放入到“关闭列表”中，其中，“关闭列表”存放的是不需要检查的方格；
步骤3044、计算每个方格的F值，其中，F值计算公式如下式所示：F＝M+H+(1
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P)*k；其中，M表示从起点移动到指定方格的移动消耗；H表示从指定的方格移动到目标点v的预计消耗；P表示移动到的方格的道路分割概率值；k为常数值；步骤3045、从“开启列表”中选择F值最低的方格a，将其从“开启列表”中删除，放入到“关闭列表”中。步骤3046、检查a所有临近并且可达到的方格；其中，“关闭列表”中的方格不考虑；如果这些方格还不在“开启列表”中，加入到“开启列表”，并且计算这些方格的F值，并设置父方格为a；如果某相邻的方格c已经在“开启列表”，计算新的路径从p到达方格c，即经过a的路径，判断是否需要更新，即M的值是否更低；如果新的M值更低，则修改父方格为方格a，重新计算F值，H值不需要改变，因为目标点的预计消耗是固定的；如果新的M值更高，则值不做改变；步骤3047、继续从“开启列表”中找出F值最小的，从“开启列表”中删除，添加到“关闭列表”，再继续找出周围可以到达的方块，如此循环；步骤3048、当“开启列表”中出现目标方块v时，说明最优路径已经找到，当“开启列表”中没有数据，则说明没有合适的路径；步骤305、根据最短连接路径，建立新的节点和边到图G(V,E)中，即连接从起点p到目标点v；同时，转到步骤301继续遍历下一个节点，直至将图G(V,E)中节点遍历完成。4.根据权利要求3所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，其特征在于，所述约束条件包括：边的节点不在节点v的附近；节点v所在边和投影点p到节点v构成的夹角小于一定的阈值；投影点p到节点v的距离最短。5.根据权利要求1所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，其特征在于，所述对路网中的节点之间连接的路网自动补全包括如下步骤：步骤501、遍历图G(V,E)中所有节点，判断当前节点的度，当前节点的度为1时记为v；步骤502、以当前度为1的节点v为中心创建大小(T3,T4)的窗口，并寻找图G(V,E)在该窗口范围内的所有边，记为e；步骤503、针对当前节点v，遍历所有满足要求的边e的所有节点，同时通过节点约束条件寻找最优节点best_vertex；所述节点约束条件包括：边的节点与不在节点v的附近；节点v所在边和节点v到当前边的节点构成的夹角小于一定的阈值；计算当前边的节点与节点v构成的边与其附近边的交点，防止当前边的节点与节点v相同；当前边的节点与节点v的距离最短；获得当前度为1节点v的最优节点best_vertex；当节点best_vertex不为空时，进行下列步骤，否则转到步骤501继续遍历下一个节点；步骤504、连接当前节点v与best_vertex。6.根据权利要求1所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中心线生成方法，其特征在于，所述对路网十字交叉口错位规整包括：遍历每个度为3的节点，以当前度为3的节点v为开始节点，获得其到最近度为3的节点的连通长度d；如果d小于设定的阈值T，则进行下一步；否则，遍历下一个度为3的节点直到结束；计算两个度为3节点构成边的中心点；将获得的中心点作为新的节点，代替两个度为3的节点。7.根据权利要求1所述基于道路拓扑自适应搜索的路网中...

【专利技术属性】
技术研发人员：程晗，薛博维，韩骁，马斅良，杨庆庆，王一，
申请(专利权)人：中科星图空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：