高分遥感影像的城市群路网监测原型系统开发

李 健，谷正气，张 勇

（1.湖南工业大学，湖南 株洲 412000）

高分遥感影像的城市群路网监测原型系统开发

李 健1，谷正气1，张 勇1

（1.湖南工业大学，湖南 株洲 412000）

为推动高分辨率遥感影像在交通行业的应用，设计并开发了城市群路网监测原型系统，可用于判研城市群道路宏观交通状态，分析城市群新建小区公交需求，分析和展示城市路网演变态势。系统以C++为开发语言，Oracle 10g为系统数据库，ArcGIS Engine为基础数据处理平台，采用MFC与QT混编机制，在“数字交通球”基础上，实现了交通信息数据分析、遥感影像数据处理、数据展现、数据转换与管理、数据发布与交换等功能，并进行了实例展示。调试表明，该系统结构科学、稳定，能为高分影像在交通行业的实际应用提供参考。

高分遥感；路网监测；原型系统

目前，高分遥感在交通行业应用集中于2个方面：一是要素提取[1]，如道路[2,3]、车辆[4-7]、停车场、灾害损毁[8]等；二是专题研究，采用人工、半自动、自动化等方式对感兴趣区域的单个专题进行研究，如道路滑坡、交通选线、地震灾害[9-11]等，而具有较高完整性的原型系统的文献较少。为拓展高分遥感在交通行业应用的深度和广度，本文基于高分影像对城市群路网监测原型系统进行设计研究。

图1 系统总体架构图

1 系统架构设计

1.1 系统任务及目标

通过对现有技术的综合集成和应用推广，系统重点展开对城市群宏观交通状态判研、新建小区公交需求分析、城市群路网演变态势3个方面的研究，目的是满足交管部门对城市群路网监测的应用需求。

基于高分遥感影像的城市群交通路网监测原型系统，亦定义为“交通球”原型系统，以Oracle 10g为系统数据库；交通球为地图三维显示平台；ArcGIS Engine为基础数据处理平台构成应用支持平台。系统总体结构如图1所示。

1.2 系统技术流程

高分遥感影像的城市群交通路网监测工作分为数据准备、信息提取、专题产品制作与展示3个阶段（如图2）。根据信息需求，系统采用人机交互方式完成高分遥感影像中道路骨骼线、点状车辆、面状车辆等信息的提取，并研究了城市群交通路网监测模型、城市群路网演变态势模型，在此基础上完成城市群宏观交通状态判别、新建小区公交需求分析、城市群路网演变态势分析等行业应用。

图2 系统工作流程图

2 关键核心技术

2.1 信息提取技术

系统中对高分影像信息的提取主要分为车辆信息提取和道路信息提取。对于车辆信息提取，本系统采用SURF特征和支持向量机学习算法，结合基于边缘监测和分支定界搜索策略，对待识别分类目标提取SURF特征向量并对其分类，能够快速识别高分影像中的车辆信息；道路信息的提取，采用基于线状特征提取和线拓扑关系重组织方法，首先提取图像范围的线状特征方程，然后结合树状拓扑方法对线特征方程进行筛选、甄别和归并，本方法具有适用图像类型广等优点。

2.2 交通状态判别技术

为实现城市群路网宏观交通状态监测,系统根据从高分遥感影像中提取的车辆和路网等基础数据，获取道路中车辆队列的位置、长度及面积等信息，采用分析道路中车辆队列占有率的方法进行宏观交通状态判别，并生成交通拥堵状态分析专题图。

2.3 路网演变态势分析技术

根据项目示范城市深圳市的实际情况，融合城市人口、GDP等多元数据，建立了由道路网密度、路网路均GDP等6项指标组成的路网评价指标体系，在影像路网信息提取的基础上，加入交通基础数据，最终在GIS平台上直观地展示城市群道路网的总体演变趋势，并给出分析结论，为交通规划建设提供参考。

图3 子模块界面图

3 子系统功能设计

3.1 交通信息数据分析子系统

交通信息数据分析子系统是在遥感影像数据处理结果的基础上，结合各类地理信息数据、视频监控数据和GPS监控数据，完成系统专题图所需信息的运算与展示功能，实现信息提取、交通状态判别、新建小区公交需求分析、交通路网演变分析等模块功能。模块界面如图3所示。

3.2 遥感影像数据处理子系统

遥感影像数据处理子系统是在使用GPU处理遥感影像技术的基础上，针对不同级别航天、航空影像数据实现了包括车辆、道路等交通信息提取算法的配置、调度、网络交互等管理功能，并对系统核心算法进行维护。在C/S模式下，使遥感影像数据处理子系统在逻辑上成为交通信息数据分析子系统的服务端。

3.3 数据展现子系统

系统通过与数据库交互实现用于管理用户登录权限的登录界面，同时可以通过读取数据库中的多源影像数据，如航空影像、卫星影像、雷达数据以及矢量数据等，根据影像源的地理坐标与交通球上的坐标进行匹配，然后在交通球上展示出来，实现了空间地理数据组织与管理、数据的时空属性多样性多层次展示、三维地形可视化、地理空间的测量与分析、目标管理等功能。

3.4 数据转换与管理子系统

数据转换子系统完成对各类异构数据的格式转换，并形成统一的系统内数据描述格式。在ArcSDE和Oracle基础上，数据管理子系统实现对“交通球”原型系统内数据进行统一管理，包括航天航空遥感影像数据、城市交通基础地理信息数据、分析处理结果数据等。

3.5 数据发布与交换子系统

数据发布子系统以B/S架构的方式对外部提供数据Web服务，包括分析处理结果数据、基础地理信息数据，并且具有对发布数据配置管理、服务用户管理等网络管理功能。同时，在各级系统之间进行数据交换。

4 结 语

本文详细介绍了基于高分影像城市群路网监测原型系统的研制目标、设计思路、关键技术方法和主要功能。该系统区别其他遥感应用软件之处在于：使用高分遥感影像及其他交通基础数据，打造交通领域应用的“一站式”服务平台，实现将城市路网演变、交通状态判别、新建小区公交站点分析等应用的集成，可提升交通路网规划、管理、调查水平；利用交通球作为系统三维展示平台，实现多源海量数据的展示与融合。

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P237.9

B

1672-4623（2015）02-0051-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.019

李健，硕士，主要从事交通运输工程与车辆工程等方面的研究。

2014-04-11。

项目来源：交通运输部重点课题资助项目（2012-364-208-802-2）。