李 健，谷正氣，張 勇

（1.湖南工業(yè)大學，湖南 株洲 412000）

高分遙感影像的城市群路網監(jiān)測原型系統(tǒng)開發(fā)

李 健1，谷正氣1，張 勇1

（1.湖南工業(yè)大學，湖南 株洲 412000）

為推動高分辨率遙感影像在交通行業(yè)的應用，設計并開發(fā)了城市群路網監(jiān)測原型系統(tǒng)，可用于判研城市群道路宏觀交通狀態(tài)，分析城市群新建小區(qū)公交需求，分析和展示城市路網演變態(tài)勢。系統(tǒng)以C++為開發(fā)語言，Oracle 10g為系統(tǒng)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(fā)布與交換等功能，并進行了實例展示。調試表明，該系統(tǒng)結構科學、穩(wěn)定，能為高分影像在交通行業(yè)的實際應用提供參考。

高分遙感；路網監(jiān)測；原型系統(tǒng)

目前，高分遙感在交通行業(yè)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(qū)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(tǒng)的文獻較少。為拓展高分遙感在交通行業(yè)應用的深度和廣度，本文基于高分影像對城市群路網監(jiān)測原型系統(tǒng)進行設計研究。

圖1 系統(tǒng)總體架構圖

1 系統(tǒng)架構設計

1.1 系統(tǒng)任務及目標

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

基于高分遙感影像的城市群交通路網監(jiān)測原型系統(tǒng)，亦定義為“交通球”原型系統(tǒng)，以Oracle 10g為系統(tǒng)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(tǒng)總體結構如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)技術流程

高分遙感影像的城市群交通路網監(jiān)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(tǒng)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(jiān)測模型、城市群路網演變態(tài)勢模型，在此基礎上完成城市群宏觀交通狀態(tài)判別、新建小區(qū)公交需求分析、城市群路網演變態(tài)勢分析等行業(yè)應用。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 關鍵核心技術

2.1 信息提取技術

系統(tǒng)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(tǒng)采用SURF特征和支持向量機學習算法，結合基于邊緣監(jiān)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(yōu)點。

2.2 交通狀態(tài)判別技術

為實現城市群路網宏觀交通狀態(tài)監(jiān)測,系統(tǒng)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(tài)判別，并生成交通擁堵狀態(tài)分析專題圖。

2.3 路網演變態(tài)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(guī)劃建設提供參考。

圖3 子模塊界面圖

3 子系統(tǒng)功能設計

3.1 交通信息數據分析子系統(tǒng)

交通信息數據分析子系統(tǒng)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(jiān)控數據和GPS監(jiān)控數據，完成系統(tǒng)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(tài)判別、新建小區(qū)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(tǒng)

遙感影像數據處理子系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)在邏輯上成為交通信息數據分析子系統(tǒng)的服務端。

3.3 數據展現子系統(tǒng)

系統(tǒng)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(wèi)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(tǒng)

數據轉換子系統(tǒng)完成對各類異構數據的格式轉換，并形成統(tǒng)一的系統(tǒng)內數據描述格式。在ArcSDE和Oracle基礎上，數據管理子系統(tǒng)實現對“交通球”原型系統(tǒng)內數據進行統(tǒng)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(fā)布與交換子系統(tǒng)

數據發(fā)布子系統(tǒng)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(fā)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(tǒng)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(jiān)測原型系統(tǒng)的研制目標、設計思路、關鍵技術方法和主要功能。該系統(tǒng)區(qū)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(tài)判別、新建小區(qū)公交站點分析等應用的集成，可提升交通路網規(guī)劃、管理、調查水平；利用交通球作為系統(tǒng)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）。