[发明专利]一种基于多边形的城市道路网主干道选取方法

摘要

本发明提供了一种基于多边形的城市道路网主干道选取方法，首先以OSM地图数据作为数据源并进行处理生成区要素；利用紧凑度、宽度、复杂度和圆形度这四个形状描述子组成一个四维向量对生成的区要素道路网数据中的多边形进行描述，同时标记出颗粒型多边形并进行提取；使用非线性SVM分类方法将得到的四维向量进行分类，经过分类后提取出对应的多边形。将提取出的颗粒型多边形和SVM分类后的多边形合并为种子多边形。本发明提出了更能有效描述主干道多边形的形状描述子，分别对不同形态特征的主干道多边形进行处理，最后，基于道路网多边形间的拓扑特征对经过支持向量机提取的种子多边形做进一步处理得到最终主干道多边形。

主权项

1.一种基于多边形的城市道路网主干道选取方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、以OSM地图数据作为数据源，并对数据源进行处理，首先进行投影转换，然后将基于线的要素类的源数据转换成基于区要素的数据，区要素转换原则是基于多边形的最小闭合原则生成区要素，区要素道路网数据中主干道多边形表现为：颗粒型、长直型和长弯型多边形；(2)、利用紧凑度、宽度、复杂度和圆形度这四个形状描述子组成一个四维向量V：{Compactness，Width，Complexity，Circularity}对生成的区要素道路网数据中的每一个多边形进行描述，将得到的四维向量V按SVM数据格式导出，同时通过设置面积阈值标记出颗粒型多边形并进行提取；具体的描述方法如下：(a)多边形的紧凑度：其中，area(p₁，...，p_n)为由{p₁，...，p_n}这n个点围成的多边形面积，表示多边形的周长，多边形的紧凑度的值域是(0，1]，圆形的紧凑度最高，其值为1；(b)多边形的宽度计算方法如下：Width＝max(centerline1，...，centerlinem)/area(p1，...，pn)其中，max(centerline1，...，centerlinem)表示通过计算多边形的骨架线而获得的m条中线中最长的作为多边形的中线，多边形宽度的值域为(0，1)；(c)多边形的复杂度计算方法如下：其中，表示多边形中生成的k条骨架线之和，多边形复杂度的值域为(0，1)，多边形复杂度值越小，形状越复杂；(d)多边形的圆形度计算方法如下：Circularity＝area(p1，...，pn)/πr2其中，r表示多边形外接圆的半径，多边形圆形度的值域为(0，1]，圆的圆形度最高，值为1；(3)、使用非线性SVM分类方法将步骤(2)中得到的四维向量V进行分类，手动选取训练数据来产生分类模型，然后根据分类模型从全部数据中提取出目的数据，SVM训练样本集为{(x1，y1)，......，(xi，yi)}，其中xi∈Rn，yi∈{1，‑1}，i＝1，...，n，xi是一个四维输入指标向量，yi是输出指标；经过上述SVM分类后提取出对应的多边形；(4)、将步骤(2)中提取出的颗粒型多边形和步骤(3)中提取出的多边形合并为种子多边形，首先将种子多边形中重复的多边形进行合并，然后利用主干道多边形的空间拓扑特征，采用基于主干道多边形间的拓扑特征的方法对种子多边形进行降噪，除去其中的非主干道多边形，剩下的多边形即为最终的主干道多边形；所述步骤(4)中降噪处理的方法如下：(a)设通过上述操作获取的种子多边形集合为：Seeds＝{p1，p2，...，pn‑1，pn}，依次遍历每一多边形pi，判断pi是否为颗粒型多边形，若是，直接跳过并遍历下一多边形，若否，则查找每一个与pi相邻的多边形pj，对于pj若为颗粒型多边形则跳到步骤(c)，否则就进入下一步分析两个多边形之间的排列关系；(b)分别求出pi和pj的主方向、长度Li和Lj、宽度Wi和Wj，多边形主方向定义为该多边形的最小外接矩形的长边方向，其长度为步骤(2‑b)中求得的最长中线长度：max(centerline1，...，centerlinem)，宽度为多边形面积和宽度的比值，并求出pi和pj的公共边Bij及其长度Lb、pi和pj的夹角Aij、pi和Bij的夹角Aib，其中Bij的方向任取，通过夹角Aij和Aib判断两个多边形的排序关系，多边形的排列关系分为：纵向、横向和转向三种，其中转向定义有两种，四种排列关系定义如下：纵向定义：横向定义：转向定义1：转向定义2：(c)对于颗粒型多边形的处理，若多边形的主方向和公共边的夹角为Aib∈[π/4，π/2]∪[π/2，3π/4]，则直接将pi和pj连接为新的主干道多边形，通常在对源数据进行处理的过程中在相交剪断的时候具有转向关系的多边形会转化成为由颗粒型多边形pk和两个长直型多边形的情况，颗粒型多边形pk连接着两个长直型多边形；对于非颗粒型多边形，计算pi和pj连接后的宽度Wij，若宽度Wij小于阈值30m，则将pi和pj连接为新的主干道多边形，对于不符合条件的颗粒型和非颗粒型多边形不做处理，继续遍历下一与pi相邻的多边形或者遍历Seeds＝{p1，p2，...，pn‑1，pn}集合中的下一多边形直至结束，其中宽度Wij计算规则如下：pi和pj纵向排列：Wij＝(areai+areaj)/(Li+Lj)pi和pj横向排列：Wij＝(areai+areaj)/(Li+Lj‑Lb)pi和pj转向排列1：Wij＝(areai+areaj)/(Li+Lj+Wj‑Lb)pi和pj转向排列2：Wij＝(areai+areaj)/(Li+Lj+Wi‑Lb)；(4)经过上述处理后的种子多边形，种子多边形会被聚类为多种大大小小的集合，主干道多边形被聚类成为一个大的集合，最后通过面积阈值的方法将较小的集合进行删除，剩下的多边形即为最终的提取结果。