彩色交通栅格地图中城市道路与公路的自动获取

摘要

随着交通地理信息系统的发展，快速建立交通数字地图日趋重要。道路矢量数据是交通矢量地图的基础数据，彩色交通栅格地图是道路矢量数据的一个重要信息源。从彩色栅格地图中自动获取道路是快速、高效、低成本地自动生成道路矢量数据的重要途径。人工识别彩色交通栅格地图中道路较容易，利用计算机自动获取道路则是一个挑战性的课题。
　　 本论文以彩色城市交通栅格地图和彩色公路交通栅格地图为研究对象，综合利用两类彩色交通栅格地图的特征，重点对地图要素的颜色自动获取、噪声消除方法、点状符号自动获取几个方面进行研究。利用本论文提出的方法，实现了一个彩色交通栅格地图道路自动获取系统。
　　 本论文的主要研究成果与创新点:
　　 (1)综合利用彩色交通栅格地图中背景、道路与噪声的特征，提出背景颜色自动获取的同色块检测法、城市道路颜色自动获取的游程长度分析法、公路颜色自动获取的噪声消除法和公路干道颜色自动获取的邻域法，应用这些方法准确地获取了彩色交通栅格地图中背景与道路的颜色，解决背景与道路的颜色获取需人工干预的问题。
　　 (2)提出并综合线状噪声、块状噪声、梯度特征法等多种噪声消除方法，解决彩色栅格交通地图中道路颜色已知和未知两种情况下的噪声消除问题，获得了比现有噪声消除方法更好的噪声消除效果，克服了现有的噪声消除方法在背景与道路的颜色聚类中消除大量噪声的不足。
　　 (3)利用彩色公路交通栅格地图中县城符号的形状和颜色分布特征，提出与实现一种县城符号自动获取的特征匹配法，应用该方法从不同颜色的彩色公路交通栅格地图中准确地提取出县城符号，克服模板匹配法对彩色公路栅格地图的颜色变化敏感、阈值难以选取和计算量大的不足，为实现公路干道颜色自动获取的邻域法奠定基础。本论文先结合县城符号的图例及其Laplace边缘图像选取两组特征点，再依据两组特征点的统计特征识别县城符号，最后通过实验验证特征匹配法的有效性和优越性。
　　 (4)综合上述方法，实现彩色交通栅格地图中城市道路与公路的自动获取，设计与实现彩色交通栅格地图城市道路与公路自动获取系统。先实现数字图像处理系统的基本功能，再实现彩色交通栅格地图中城市道路与公路的自动获取，最后通过实验验证城市道路与公路自动获取方法的有效性与优越性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 栅格地图矢量化的发展与研究现状

1．2．1 栅格地图矢量化的发展

1．2．2 二值图像矢量化的研究现状

1．3 栅格地图中地图要素自动识别的研究现状

1．3．1 地图要素自动识别的概况

1．3．2 面状要素自动识别

1．3．3 点状要素自动识别

1．3．4 线状要素自动识别

1．4 栅格地图中地图要素自动识别存在的问题

1．5 本论文的主要工作、创新点及组织结构

1．5．1 本论文的主要工作

1．5．2 本论文的创新点

1．5．3 本论文的组织结构

第2章 预备知识

2．1 颜色空间

2．1．1 RGB颜色空间

2．1．2 YIQ颜色空间

2．1．3 IHS颜色空间

2．2 数字图像的表示

2．3 像素之间的关系

2．3．1 距离

2．3．2 邻接性与邻域

2．3．3 连通性

2．4 灰度化与灰度直方图

2．4．1 灰度化

2．4．2 灰度直方图

2．5 中值滤波

2．6 边缘检测

2．7 阈值处理

2．8 模板匹配

2．9 本章小结

第3章 彩色城市交通栅格地图中城市道路的自动获取

3．1 彩色城市交通栅格地图的特征分析

3．2 背景与城市道路颜色自动获取与规范化的方法

3．2．1 背景颜色自动获取的颜色频数法和同色块检测法

3．3．2 城市道路颜色自动获取的游程长度分析法

3．3．3 规范化方法

3．3 噪声消除方法的提出与综合

3．3．1 水系噪声的消除方法

3．3．2 线状和块状噪声的消除方法

3．3．3 孤立噪声的消除方法

3．4．4 噪声消除方法的综合

3．4 城市道路自动获取的过程

3．5 城市道路自动获取的实验结果与分析

3．6 本章小结

第4章 彩色公路交通栅格地图中公路的自动获取

4．1 公路干道自动获取的噪声消除法

4．1．1 背景颜色自动获取及其规范化

4．1．2 噪声消除的梯度特征法

4．1．3 噪声消除与公路干道颜色的自动获取

4．1．4 公路干道自动获取的噪声消除法的过程

4．1．5 公路干道自动获取的噪声消除法的实验结果与分析

4．2 公路干道自动获取的邻域法

4．2．1 县城符号自动获取的特征匹配法

4．2．2 县城符号邻域的设置

4．2．3 公路干道颜色的自动获取方法

4．2．4 公路干道自动获取的邻域法的过程

4．2．5 公路干道自动获取的邻域法的实验结果与分析

4．3 县级公路的自动获取方法

4．3．1 县级公路颜色的自动获取方法

4．3． 2 县级公路自动获取的过程

4．3．3 县级公路自动获取的实验结果与分析

4．4 本章小结

第5章 彩色交通栅格地图道路自动获取系统的实现

5．1 VC6．0的开发环境简介

5．2 RoadExtr的设计

5．2．1 RoadExtr的总体功能

5．2．2 RoadExtr的界面设计

5．3 数字图像处理基础算法的实现

5．4 彩色城市交通栅格地图中道路自动获取方法的实现

5．5 彩色公路交通栅格地图中公路自动获取方法的实现

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 论文主要研究工作的总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读博士学位期间完成的研究论文和参与的科研项目

致谢