高分遙感影像的城市群路網監測原型系統開發

李 健，谷正氣，張 勇

（1.湖南工業大學，湖南 株洲 412000）

高分遙感影像的城市群路網監測原型系統開發

李 健1，谷正氣1，張 勇1

（1.湖南工業大學，湖南 株洲 412000）

為推動高分辨率遙感影像在交通行業的應用，設計并開發了城市群路網監測原型系統，可用于判研城市群道路宏觀交通狀態，分析城市群新建小區公交需求，分析和展示城市路網演變態勢。系統以C++為開發語言，Oracle 10g為系統數據庫，ArcGIS Engine為基礎數據處理平臺，采用MFC與QT混編機制，在“數字交通球”基礎上，實現了交通信息數據分析、遙感影像數據處理、數據展現、數據轉換與管理、數據發布與交換等功能，并進行了實例展示。調試表明，該系統結構科學、穩定，能為高分影像在交通行業的實際應用提供參考。

高分遙感；路網監測；原型系統

目前，高分遙感在交通行業應用集中于2個方面：一是要素提取[1]，如道路[2,3]、車輛[4-7]、停車場、災害損毀[8]等；二是專題研究，采用人工、半自動、自動化等方式對感興趣區域的單個專題進行研究，如道路滑坡、交通選線、地震災害[9-11]等，而具有較高完整性的原型系統的文獻較少。為拓展高分遙感在交通行業應用的深度和廣度，本文基于高分影像對城市群路網監測原型系統進行設計研究。

圖1 系統總體架構圖

1 系統架構設計

1.1 系統任務及目標

通過對現有技術的綜合集成和應用推廣，系統重點展開對城市群宏觀交通狀態判研、新建小區公交需求分析、城市群路網演變態勢3個方面的研究，目的是滿足交管部門對城市群路網監測的應用需求。

基于高分遙感影像的城市群交通路網監測原型系統，亦定義為“交通球”原型系統，以Oracle 10g為系統數據庫；交通球為地圖三維顯示平臺；ArcGIS Engine為基礎數據處理平臺構成應用支持平臺。系統總體結構如圖1所示。

1.2 系統技術流程

高分遙感影像的城市群交通路網監測工作分為數據準備、信息提取、專題產品制作與展示3個階段（如圖2）。根據信息需求，系統采用人機交互方式完成高分遙感影像中道路骨骼線、點狀車輛、面狀車輛等信息的提取，并研究了城市群交通路網監測模型、城市群路網演變態勢模型，在此基礎上完成城市群宏觀交通狀態判別、新建小區公交需求分析、城市群路網演變態勢分析等行業應用。

圖2 系統工作流程圖

2 關鍵核心技術

2.1 信息提取技術

系統中對高分影像信息的提取主要分為車輛信息提取和道路信息提取。對于車輛信息提取，本系統采用SURF特征和支持向量機學習算法，結合基于邊緣監測和分支定界搜索策略，對待識別分類目標提取SURF特征向量并對其分類，能夠快速識別高分影像中的車輛信息；道路信息的提取，采用基于線狀特征提取和線拓撲關系重組織方法，首先提取圖像范圍的線狀特征方程，然后結合樹狀拓撲方法對線特征方程進行篩選、甄別和歸并，本方法具有適用圖像類型廣等優點。

2.2 交通狀態判別技術

為實現城市群路網宏觀交通狀態監測,系統根據從高分遙感影像中提取的車輛和路網等基礎數據，獲取道路中車輛隊列的位置、長度及面積等信息，采用分析道路中車輛隊列占有率的方法進行宏觀交通狀態判別，并生成交通擁堵狀態分析專題圖。

2.3 路網演變態勢分析技術

根據項目示范城市深圳市的實際情況，融合城市人口、GDP等多元數據，建立了由道路網密度、路網路均GDP等6項指標組成的路網評價指標體系，在影像路網信息提取的基礎上，加入交通基礎數據，最終在GIS平臺上直觀地展示城市群道路網的總體演變趨勢，并給出分析結論，為交通規劃建設提供參考。

圖3 子模塊界面圖

3 子系統功能設計

3.1 交通信息數據分析子系統

交通信息數據分析子系統是在遙感影像數據處理結果的基礎上，結合各類地理信息數據、視頻監控數據和GPS監控數據，完成系統專題圖所需信息的運算與展示功能，實現信息提取、交通狀態判別、新建小區公交需求分析、交通路網演變分析等模塊功能。模塊界面如圖3所示。

3.2 遙感影像數據處理子系統

遙感影像數據處理子系統是在使用GPU處理遙感影像技術的基礎上，針對不同級別航天、航空影像數據實現了包括車輛、道路等交通信息提取算法的配置、調度、網絡交互等管理功能，并對系統核心算法進行維護。在C/S模式下，使遙感影像數據處理子系統在邏輯上成為交通信息數據分析子系統的服務端。

3.3 數據展現子系統

系統通過與數據庫交互實現用于管理用戶登錄權限的登錄界面，同時可以通過讀取數據庫中的多源影像數據，如航空影像、衛星影像、雷達數據以及矢量數據等，根據影像源的地理坐標與交通球上的坐標進行匹配，然后在交通球上展示出來，實現了空間地理數據組織與管理、數據的時空屬性多樣性多層次展示、三維地形可視化、地理空間的測量與分析、目標管理等功能。

3.4 數據轉換與管理子系統

數據轉換子系統完成對各類異構數據的格式轉換，并形成統一的系統內數據描述格式。在ArcSDE和Oracle基礎上，數據管理子系統實現對“交通球”原型系統內數據進行統一管理，包括航天航空遙感影像數據、城市交通基礎地理信息數據、分析處理結果數據等。

3.5 數據發布與交換子系統

數據發布子系統以B/S架構的方式對外部提供數據Web服務，包括分析處理結果數據、基礎地理信息數據，并且具有對發布數據配置管理、服務用戶管理等網絡管理功能。同時，在各級系統之間進行數據交換。

4 結 語

本文詳細介紹了基于高分影像城市群路網監測原型系統的研制目標、設計思路、關鍵技術方法和主要功能。該系統區別其他遙感應用軟件之處在于：使用高分遙感影像及其他交通基礎數據，打造交通領域應用的“一站式”服務平臺，實現將城市路網演變、交通狀態判別、新建小區公交站點分析等應用的集成，可提升交通路網規劃、管理、調查水平；利用交通球作為系統三維展示平臺，實現多源海量數據的展示與融合。

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P237.9

B

1672-4623（2015）02-0051-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.019

李健，碩士，主要從事交通運輸工程與車輛工程等方面的研究。

2014-04-11。

項目來源：交通運輸部重點課題資助項目（2012-364-208-802-2）。