[发明专利]多源居民地面要素的免阈值自动稳健匹配方法

摘要

本发明涉及多源居民地面要素的免阈值自动稳健匹配方法，有效解决既能够准确获取同名面要素之间存在的11匹配关系、1N匹配关系和MN匹配关系，又不要求两组待匹配面要素在位置上准确靠近，允许存在较大的位置偏差，甚至是非一致性的位置偏差的问题，方法是，用计算机分别读取两组待匹配居民地数据，一组居民地为参考面要素组合，记为R，另一组居民地为目标面要素组合，记为T；生成候选匹配对；判定同名面要素匹配关系；匹配结果的冲突探测和消除，本发明方法稳定可靠，易操作使用，不要求两组待匹配面要素在位置上准确靠近，允许存在较大的位置偏差，无须设置阈值，减少预处理的工作量，有效用于矢量地图合并、地图更新和变化检测。

主权项

一种多源居民地面要素的免阈值自动稳健匹配方法，其特征在于，由以下具体步骤实现：步骤一、数据获取：用计算机分别读取两组待匹配居民地数据，一组居民地参数为参考面要素组合，记为R，另一组居民地参数为目标面要素组合，记为T；步骤二、生成候选匹配对：为能够正确获取同名面要素之间各种匹配关系，首先生成潜在的候选匹配对集合，该集合将所有正确的匹配对包含在内，对于待匹配的两组面要素数据集合，一组称之为参考面要素集合，另一组称之为目标面要素集合，交迭依次从参考面要素集合和目标面要素集合中选择候选匹配面要素组合，形成候选匹配对，参考面要素R有三个面要素，即第一参考面要素R1、第二参考面要素R2和第三参考面要素R3，目标面要素组合T中有三个面要素，即第一目标面要素T1、第二目标面要素T2和第三目标面要素T3；顺序选取参考面要素集合中的每一个面要素，当在目标面要素集合中与第一参考面要素R1存在相交关系的为第一目标面要素T1，获得第一组候选匹配对(R1):(T1)，然后再在参考面要素集合中寻找与第一目标面要素T1存在相交关系的参考面要素为第一参考面要素R1、第二参考面要素R2，获得第二组匹配对为(R1,R2)︰(T1)，再获取与第一参考面要素R1、第二参考面要素R2相交的目标面要素，获得第三组候选匹配对为(R1,R2):(T1,T2,T3)，直至最后获得第四个候选匹配对为(R1,R2,R3)︰(T1,T2,T3)；当满足两个条件时，候选匹配对的生成终止，这两个条件是：一是无法进一步获取候选匹配对，在获得第四组候选匹配对后，各个面要素均已参与运算，已无法再获得新的候选匹配对；二是准备生成的候选匹配对在此前已经生成过；当第四组候选匹配对为(R1,R2,R3)︰(T1,T2,T3)，要进一步从目标面要素组合中提取出与(R1,R2,R3)组合最为相似的(T1,T2)组合，最终为正确匹配结果；步骤三、同名面要素匹配关系的判定：分别从两个方向进行面要素匹配相似度的计算，以获取匹配对，方法是，先以参考面要素组合R为基准，根据所计算出的匹配相似度，从目标面要素找到最佳匹配目标面要素组合T，而后再以目标面要素组合T为基准，根据所计算出的匹配相似度，从参考面要素组合中找到最佳匹配参考面要素组合，当该最佳匹配面要素组合为参考面要素组合R时，则参考面要素组合R和目标面要素组合T形成一组互为最佳匹配面要素组合；在获取候选匹配对之后，需要衡量参考面要素组合与目标面要素组合之间的匹配程度，并据此从候选匹配对中确定最佳的匹配结果，采用面要素之间相互重叠的程度来衡量面要素的匹配程度，根据上面已设的参考面要素组合为R，目标面要素组合为T，设参考面要素组合R的面积为Ar，目标面要素组合T的面积为At，参考面要素组合R与目标面要素组合T的重叠面积为Ao，则重叠相似度Sim为：Sim=AoAoArAt---(1)]]>通过计算重叠相似度来判定候选匹配对之间的匹配程度，其前提条件是二者在位置上能够吻合，当有一个候选匹配对，其参考面要素组合为(R1,R2)，目标面要素组合为(T1‑T6)，二者在位置上偏差很大，此时无法通过衡量重叠程度来反映二者之间的匹配程度，在位置偏差较大情况下，通过以下步骤确定候选匹配面要素组合：(1)提取参考面要素组合R的全局形状特征：全局形状特征是指R的包络矩形及相应特征点，首先找到参考面要素组合R中各个顶点之间距离最远的两个顶点，分别为r1、r3，接着分别在线段r1、r3的左侧和右侧寻找距离线段r1、r3具有最远距离的点，为r2和r4，则由r1、r2、r3和r4四个特征点组成参考面要素组合R的包络矩形，包络矩形的一条边与r1r3的连线平行，另一条边则与r1r3连线垂直，这种包络矩形具有与相似变换无关的特点，当参考面要素组合R整体发生偏移、旋转及缩放，所提取的包络矩形仍是由r1、r2、r3和r4四个特征点组成；(2)对于目标面要素组合T，寻找与r1、r2、r3和r4的最佳匹配对应顶点：方法为，顺序选取目标面要素组合T中的每一个面要素，再顺序选取该面要素的每一个顶点，设选择的一个顶点为t1，在T中寻找一个顶点p，使得由点t1到p所组成的向量U与由点r1到r2所组成的向量V的向量相似度取值最大，即向量之间最为相似，向量相似度α的计算公式如下：α=min(||U||,||V||)max(||U||,||V||)×[U·V]||U||||V||---(2)]]>找到该顶点为t2，按照相同步骤分别找到顶点t3和t4；按照上述方法，依据T中面要素的每一个顶点，都可以找到另外三个顶点，并相继计算三次最大向量相似度，取三次最大向量相似度的平均值作为综合向量相似度，当综合向量相似度取值最大时，即获得参考面要素组合与目标面要素组合之的全局形状特征的最佳匹配点对关系，r1、r2、r3和r4四个特征点分别与t1、t2、t3和t4四个特征点存在匹配对应关系；(3)计算匹配相似度：在通过全局形状特征获取最佳匹配点对后，计算r1、r2、r3和r4四个特征点的平均位置，记为r，同样计算出t1、t2、t3和t4四个特征点的平均位置，记为t，将R从位置r点处整体移动到位置t处，此时R与T之间将较好地实现配准，通过衡量重叠程度来评判R与T的匹配程度，对T中的每一个面要素分别计算R移动前和R移动后的重叠相似度，取平均值，记为匹配相似度ρ，公式如下：ρ=(ApApArAt+AqAqArAt)/2---(3)]]>其中，Ar为参考面要素组合的面积，At为目标面要素组合的面积，Ap为R平移前二者的重叠部分面积，Aq为R平移后二者的重叠部分面积；(4)对目标面要素组合T中的每一个面要素都计算匹配相似度，并以大小为序对匹配相似度进行排序：按照降序依次选取目标面要素组合T中的每一个面要素，当参考面要素组合与已经选取的目标面要素组合其匹配相似度值变小，则停止加入T中的面要素，反之则继续加入T中的面要素，所组成的面要素组合即为最佳匹配面要素组合；当将参考面要素组合R平移至所在位置t处时，分别计算单个面要素T1至T6与R的匹配相似度，设匹配相似度是按照T1至T6的顺序依次降低，则首先选取T1面要素，此时的匹配相似度为ρ1，而后目标面要素组合中再加入T2面要素，将T1与T2组合在一起，计算与R的匹配相似度时，该值比ρ1增大，则接受T1与T2的组合并继续加入T3面要素，当匹配相似度进一步增大，则继续加入T4面要素，匹配相似度减少，则停止加入任何面要素，最后依次选取出T1、T2和T3三个面要素，组合在一起成为R1和R2的最佳匹配面要素组合；步骤四匹配结果的冲突探测和消除：当候选匹配对按照公式(3)进行匹配相似度的计算后，会导致匹配结果存在六组匹配关系，分别是(R1):(T1)匹配相似度0.82、(R2):(T2)匹配相似度0.82、(R3):(T3)匹配相似度0.85、(R1,R2):(T1,T2)匹配相似度0.9、(R1,R3):(T1,T3)匹配相似度0.82、(R1,R2,R3):(T1,T2,T3)匹配相似度0.85，显然匹配结果之间存在了相互矛盾和冲突的现象，为此，可根据匹配相似度取值大小，对匹配结果进行舍弃或者保留，首先予以保留的匹配结果为(R1,R2):(T1,T2)，因为其匹配相似度最大，而后再保留匹配结果(R3):(T3)，采用该方法可以较好地解决匹配结果的矛盾和冲突，从而实现多源多尺度面要素的稳健匹配。