[發明專利]一種基于矩形鄰域分析的道路數據提取方法

有效

• 申請號: 201410213465.5
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN104050473B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 王勇;付成群;余勤;郭杰;付稱心;方濤;覃昕垚;謝立軍;關洪軍
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46
• 代理公司: 北京市振邦律師事務所 11389
• 代理人: 李朝輝

本發明公開了一種基于矩形鄰域分析的道路數據提取方法，其包括數據預處理步驟、篩選道路候選點步驟、提取道路中心線和剔除平坦地域點集步驟、道路連接步驟。本發明主要解決在沒有反射強度或者反射強度不能較好反應地物屬性，或者沒有航空影像等情況，根據道路拓撲結構特點與周圍環境的不同進行道路數據提取。

技術領域

本發明涉及一種基于矩形鄰域分析的道路數據提取方法。

背景技術

建筑物和道路提取一直是機載LiDAR(Light Detection And Ranging)數據特征提取的重點和難點，在道路提取方面，主要圍繞城區道路網提取研究較多，針對野外地域中道路提取方法研究較少。其中機載LiDAR是一種集激光測距、全球定位系統(GPS)和慣性導航系統(INS)三種技術于一體的系統，并用于獲取數據并生成精確三維地形(DEM)；機載LiDAR(或稱點云數據)是由三維激光掃描儀采集的物體表面點數據，每個點有空間三維坐標，有的還帶有顏色和反色強度等信息；點云濾波是指去除點云中的噪聲、樹木、房屋等非地面點；點云組織是指將點云按照一定的數據格式進行管理，便于數據的查詢和顯示；道路提取是指從點云數據中自動提取道路點。現有的道路提取方法主要有基于反射強信息的道路提取方法、基于機載LiDAR數據和遙感影像的道路提取方法等，常用的基于點云、反射強度和影像的道路數據提取方法如下：

(1)車載激光掃描數據的結構化道路自動提取方法

車載激光掃描是指將激光掃描儀架設在汽車等移動平臺上進行動態車輛，與機載激光掃描不同點在于機載激光掃描的范圍更大、速度更快，而車載激光掃描獲取的數據都是沿著道路的，因此提取較為容易。

結構化道路是指城區道路或者高速公路等，這些道路的兩旁都有高出道路點的特征，通過掃描線提取、地面點云濾波、道路邊界自動提取、道路邊界跟蹤等步驟完成道路的提取。具體方法詳見《測繪學報》2013年42卷2期《車載激光掃描數據的結構化道路自動提取方法》。

(2)基于LiDAR回波信息的道路提取

首先采用一種方法(如：逐層加密TIN方法)提取或者生成數字地形模型(DTM)，根據點云的回波信息從DTM中提取道路信息，最后通過搜索孤立點的濾波算法刪除其中的噪聲點。具體方法詳見《測繪科學》2011年36卷2期《基于LiDAR回波信息的道路提取》。

(3)基于機載LiDAR粗糙度指數和回波強度的道路提取

首先，由點云數據衍生歸一化數字表面模型和粗糙度指數，然后對配準后的多源數據進行多分辨率分割，進而使用粗糙度指數和回波強度、道路描述因子等特征進行分類，最后，去除道路噪聲，并獲取準確的道路架網。詳見《測繪科學技術學報》2013年30卷1期《基于機載LiDAR粗糙度指數和回波強度的道路提取》。

(4)基于機載LiDAR和高分辨率遙感影像的城市道路網提取

首先將兩者進行精確配準然后利用偽道路信息去除的方法分別將植被信息和建筑物信息等去除得到基本的道路輪廓，再利用形態細化算法提取道路的中心線，最后在ArcGIS和Matlab編程環境下實現了改進的道路修剪算法(IRT)利用該算法進行道路修剪得到了平滑和連貫的城市道路網。詳見《遙感技術與應用》2013年28卷4期《基于機載LiDAR和高分辨率遙感影像的城市道路網提取》。

然而激光回波強度與地物目標的反射率成正比關系，即反射率越大激光強度值越高，但是激光雷達系統記錄的回波強度是尚未經過校正的值，會受大氣衰減、激光入射角度等多種因素的影響，而且激光回波強度的校正至今還是一個比較困難的課題，因此激光回波強度很難真實地反映地物的反射率信息。基于遙感影像的道路提取法的提取效果主要取決于影像的清晰程度，但是在多云或者能見度不夠的情況下采集的遙感影像往往并不能很好地反應地物屬性，因此分類也較為困難。

發明內容