提取路网拓扑修正方法技术

本发明专利技术公开了一种提取路网拓扑修正方法，包括基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法：提取路网数据预处理；筛选道路端点候选集；遍历道路端点候选集，计算道路端点对的匹配指标；构建端点匹配模型；遍历道路端点候选集，计算端点匹配度，选取并连接端点匹配度最大的端点对提取路网进行拓扑修正；以及基于众源路网和几何匹配的提取拓扑修正方法，包括：OSM路网与提取路网数据预处理；筛选道路候选集，构建道路网匹配模型，获取道路网匹配关系；根据道路网匹配关系，拓扑修正归属相同和不同众源道路的提取道路间的拓扑缺失。本发明专利技术在有无参考数据的情况下均能对不同形状的道路进行拟合，解决了不同场景下提取路网拓扑修正的问题。正的问题。正的问题。

【技术实现步骤摘要】
提取路网拓扑修正方法


[0001]本专利技术属于道路网拓扑修正的
，具体涉及一种提取路网拓扑修正方法。

技术介绍

[0002]快速准确地获取道路数据，有利于政府部门对紧急事件的响应和人们的日常出行，而且对于自动驾驶等前沿研究具有十分重要的意义。传统的人工测量方法虽然可以获得较为准确的道路信息，但是采集数据的过程较为繁琐，工作量大，十分耗时。随着深度学习技术的不断发展，基于深度学习的遥感影像路网提取技术现已逐渐成熟，这种获取路网的方法也已成为全球路网数据生产的主要方法之一。但是由于各种因素，提取路网存在拓扑缺失的问题，难以实际应用。因此，需要对提取路网进行拓扑修正。
[0003]现有的道路网拓扑修正方法虽然可以在一定程度上解决提取路网拓扑不完善的问题，但是由于没有参考数据，不能较好地修复比较复杂的道路。而且在对拓扑缺失的道路进行补充时，通常使用直线形状的道路。然而，实际道路的形状多种多样，直线形状的道路显然不能很好地和实际道路拟合。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种提取路网拓扑修正方法，该方法在有无参考数据的情况下均能对不同形状的道路进行拟合，解决了不同场景下提取路网拓扑修正的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，适用于提取路网在无参考数据下的拓扑修正，包括如下步骤：
[0007]步骤1，对提取路网数据进行预处理；
[0008]步骤2，从预处理后的提取路网数据中筛选道路端点候选集；
[0009]步骤3，方向指标提取：遍历道路端点候选集，计算道路端点所在道路与道路端点连线的夹角，即起始角a
from
和终止角a
to
；
[0010]步骤4，距离指标提取：遍历道路端点候选集，根据步骤3中的起始角a
from
和终止角a
to
计算两个道路端点间的横向距离d
l
和纵向距离d
t
；
[0011]步骤5，使用层次分析法分析和计算端点匹配指标的权值，并结合步骤3的方向指标和步骤4的距离指标构建端点匹配模型以计算端点匹配度；
[0012]步骤6，遍历道路端点候选集，计算端点匹配度，选取并连接端点匹配度最大的端点对提取路网进行拓扑修正。
[0013]进一步地，步骤1中预处理包括对提取路网数据中未聚合道路交叉口进行节点聚合，并对道路碎段和道路两端凸起进行去除。
[0014]进一步地，步骤2的具体实现方式如下：
[0015]对于每一个道路端点，如果为悬挂端点，则以X米为延伸距离不断进行延伸；在每
次延伸后，以X米为缓冲区半径建立缓冲区，筛选落入缓冲区内的端点候选集；重复上述过程，直至延伸次数达到N，如果延伸过程中与其他道路相交，则不再延伸；保留每次延伸过程中的端点候选集，即为最终的端点候选集。
[0016]进一步地，步骤3中起始角、终止角的计算公式如下：
[0017][0018][0019]其中，a
from
为起始角，为起始道路l1的方向角，a
conn
为道路端点连线的方向角，a
to
为终止角，为终止道路l2的方向角。
[0020]进一步地，步骤4中横向距离和纵向距离的计算公式如下：
[0021][0022][0023]其中，d为道路端点的欧氏距离，a
from
为步骤3中的起始角，a
to
为步骤3中的终止角。
[0024]进一步地，步骤5的具体实现方式如下：
[0025]S5.1、对所要解决的问题进行描述，建立相应的层次分析模型；
[0026]S5.2、分析各个匹配指标的相对重要性，构建判断矩阵；
[0027]S5.3、根据判断矩阵计算匹配指标权值；
[0028]S5.4、检查判断矩阵的一致性；
[0029]S5.5、构建端点匹配模型以计算端点匹配度，端点匹配模型的计算公式如下：
[0030][0031]其中，和分别为横向距离和纵向距离的权重，p
a
为起始角和终止角的权重和；和分别为横向距离和纵向距离的阈值，a
max
为起始角和终止角的阈值和。
[0032]一种基于众源路网和几何匹配的提取路网拓扑修正方法，适用于提取路网在有参考数据下的拓扑修正，包括以下步骤：
[0033]步骤1，对OSM路网与提取路网数据进行预处理；
[0034]步骤2，从预处理后的数据中获取道路网匹配关系；
[0035]步骤3，根据道路网匹配关系，拓扑修正归属相同众源道路的提取道路间的拓扑缺失；
[0036]步骤4，根据道路网匹配关系，拓扑修正归属不同众源道路的提取道路间的拓扑缺失。
[0037]进一步地，所述步骤1包括如下子步骤：
[0038]S1.1、构建OSM路网Stroke；
[0039]S1.2、对提取路网进行打断。
[0040]进一步地，步骤S1.1的具体包括：
[0041]S1.1.1、顺序选取OSM路网数据中的一条道路，如果该条道路没有与其他道路组成道路Stroke，使用其初始化新道路Stroke；
[0042]S1.1.2、筛选与道路端点相交的道路，组成候选道路集合；
[0043]S1.1.3、遍历候选道路集合，剔除与起始道路的道路类别不同的道路；
[0044]S1.1.4、遍历候选道路集合，计算候选道路与起始道路的弧段夹角，选取弧段夹角最大的候选道路；
[0045]S1.1.5、判断最大弧段夹角是否大于弧段夹角阈值，如果大于所设定的弧段夹角阈值，使用该道路更新道路Stroke；
[0046]S1.1.6、循环S1.1.2至S1.1.5，直至该条道路Stroke构建完毕；
[0047]S1.1.7、循环上述步骤，直至道路网Stroke构建完毕。
[0048]10、根据权利要求8所述的基于众源路网和几何匹配的拓扑修正方法，其特征在于，步骤S1.2包括：
[0049]S1.2.1，循环读取OSM路网数据，获取OSM路网中的OSM道路端点集合；
[0050]S1.2.2，循环OSM路网的道路端点集合，顺序读取一个端点，并以该端点为缓冲区中心，X米为缓冲区半径建立缓冲区，从提取路网中筛选落入缓冲区内的提取道路及提取道路端点；
[0051]S1.2.3，如果有提取道路端点落入缓冲区内，计算端点到提取道路的垂点，将提取道路在垂点处打断；
[0052]S1.2.4，如果没有提取道路端点落入缓冲区内，则从中选取距离端点最近的提取道路，计算端点到提取道路的垂点，将提取道路在垂点处打断。
[0053]进一步地，步骤2中获取道路网匹配关系的方法为：
[0054]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对提取路网数据进行预处理；步骤2，从预处理后的提取路网数据中筛选道路端点候选集；步骤3，方向指标提取：遍历道路端点候选集，计算道路端点所在道路与道路端点连线的夹角，即起始角a
from
和终止角a
to
；步骤4，距离指标提取：遍历道路端点候选集，根据步骤3中的起始角a
from
和终止角a
to
计算两个道路端点间的横向距离d
l
和纵向距离d
t
；步骤5，使用层次分析法分析和计算端点匹配指标的权值，并结合步骤3的方向指标和步骤4的距离指标构建端点匹配模型以计算端点匹配度；步骤6，遍历道路端点候选集，计算端点匹配度，选取并连接端点匹配度最大的端点对提取路网进行拓扑修正。2.根据权利要求1所述的基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤1中预处理包括对提取路网数据中未聚合道路交叉口进行节点聚合，并对道路碎段和道路两端凸起进行去除。3.根据权利要求1所述的基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤2的具体实现方式如下：对于每一个道路端点，如果为悬挂端点，则以X米为延伸距离不断进行延伸；在每次延伸后，以X米为缓冲区半径建立缓冲区，筛选落入缓冲区内的端点候选集；重复上述过程，直至延伸次数达到N，如果延伸过程中与其他道路相交，则不再延伸；保留每次延伸过程中的端点候选集，即为最终的端点候选集。4.根据权利要求1所述的基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤3中起始角、终止角的计算公式如下：在于，步骤3中起始角、终止角的计算公式如下：其中，a
from
为起始角，为起始道路l1的方向角，a
conn
为道路端点连线的方向角，a
to
为终止角，为终止道路l2的方向角。5.根据权利要求1所述的基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤4中横向距离和纵向距离的计算公式如下：在于，步骤4中横向距离和纵向距离的计算公式如下：其中，d为道路端点的欧氏距离，a
from
为步骤3中的起始角，a
to
为步骤3中的终止角。6.根据权利要求1所述的基于方向延伸和端点匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤5的具体实现方式如下：S5.1、对所要解决的问题进行描述，建立相应的层次分析模型；
S5.2、分析各个匹配指标的相对重要性，构建判断矩阵；S5.3、根据判断矩阵计算匹配指标权值；S5.4、检查判断矩阵的一致性；S5.5、构建端点匹配模型以计算端点匹配度，端点匹配模型的计算公式如下：其中，和分别为横向距离和纵向距离的权重，p
a
为起始角和终止角的权重和；和分别为横向距离和纵向距离的阈值，a
max
为起始角和终止角的阈值和。7.一种基于众源路网和几何匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对OSM路网与提取路网数据进行预处理；步骤2，从预处理后的数据中获取道路网匹配关系；步骤3，根据道路网匹配关系，拓扑修正归属相同众源道路的提取道路间的拓扑缺失；步骤4，根据道路网匹配关系，拓扑修正归属不同众源道路的提取道路间的拓扑缺失。8.根据权利要求7所述的基于众源路网和几何匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，所述步骤1包括如下子步骤：S1.1、构建OSM路网Stroke；S1.2、对提取路网进行打断。9.根据权利要求8所述的基于众源路网和几何匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤S1.1的具体包括：S1.1.1、顺序选取OSM路网数据中的一条道路，如果该条道路没有与其他道路组成道路Stroke，使用其初始化新道路Stroke；S1.1.2、筛选与道路端点相交的道路，组成候选道路集合；S1.1.3、遍历候选道路集合，剔除与起始道路的道路类别不同的道路；S1.1.4、遍历候选道路集合，计算候选道路与起始道路的弧段夹角，选取弧段夹角最大的候选道路；S1.1.5、判断最大弧段夹角是否大于弧段夹角阈值，如果大于所设定的弧段夹角阈值，使用该道路更新道路Stroke；S1.1.6、循环S1.1.2至S1.1.5，直至该条道路Stroke构建完毕；S1.1.7、循环上述步骤，直至道路网Stroke构建完毕。10.根据权利要求8所述的基于众源路网和几何匹配的提取路网拓扑修正方法，其特征在于，步骤S1.2包括：S1....

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳东，张英勇，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：