一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法与流程

本发明属于地理信息处理，具体涉及一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法。

背景技术：

1、随着地理空间信息技术的快速发展，对于地物位置以及形态获取方式也呈现多源化，且不同手段获取的信息具有不同的优势以及误差。因此，为了将同一目标不同数据源的信息进行综合利用，需要对各个数据源进行配准。道路交叉口作为城市内部一种重要的交通设施，其位置和空间分布对于城市规划以及多源数据的匹配具有重要的意义，常被用来作为异源数据匹配关键地物要素。

2、然而，随着城市规划以及基础建设的发展，城市规划和土地资源管理部门对城市内部地物要素的语义以及位置等属性信息进行建库，具备比较完整的城市地物分布图。同时，边缘计算的发展也使得边缘端获取不同地物的语义信息变得非常容易，但其具备的地理信息以及地物属性通常情况下比较少，而且位置误差会较大，给异源数据的融合带来许多困难。道路交叉口在城市遥感图像中具有较高的辨识度以及明显的灰度特征，现有大部分研究以及专利均基于图像的特征进行识别进而实现配准，还有一些研究基于低级的图像灰度特征进行直接特征级的匹配。因此，基于城市内部的地物语义数据库，如何利用道路交叉口周围地物的语义信息以及空间拓扑特征，实现快速的异源地理数据匹配成为一个重要的研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，其可充分利用道路交叉口周围的地物语义特征以及空间分布关系构建道路交叉口的匹配模型，为异源地理数据的融合应用提供支撑。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，包括以下步骤：

4、步骤1，获取整个城市内部的地物语义信息，并提取其中的道路交叉口集合im，将第i个道路交叉口记为rui；

5、步骤2，获取道路交叉口rui邻接各类型地物的语义属性以及位置属性，其中，语义属性包括道路交叉口rui周围的地物种类总数ki，以及道路交叉口rui邻接第j类地物的总数目tj，位置属性包括道路交叉口rui邻接第s类地物中第gs个地物实体的相对坐标且有：

6、

7、式中，为道路交叉口rui的中心坐标，为第gs个地物实体的中心坐标；

8、步骤3，将转化为极坐标其中，表示第s类地物中第gs个地物的中心点与交叉口中心点的距离，即极径，表示极角；

9、步骤4，依据各类地物的空间分布状态，计算道路交叉口rui的三个拓扑向量：方差拓扑向量均值拓扑向量中值拓扑向量

10、步骤5，获取待匹配道路交叉口re，并获取re邻接各类型地物的语义属性以及位置属性，其中，语义属性包括待匹配道路交叉口re周围的邻接地物总数n，以及道路交叉口re邻接第a类地物的总数目ha，位置属性包括道路交叉口re邻接第a类地物中第ha个地物实体的相对坐标

11、步骤6，在道路交叉口集合im中寻找与待匹配道路交叉口re邻接类别数目一致的道路交叉口，组成道路交叉口候选集im1；

12、步骤7，将转化为极坐标计算待匹配道路交叉口re的方差拓扑向量均值拓扑向量中值拓扑向量

13、步骤8，计算待匹配道路交叉口re与道路交叉口候选集im1中每一个道路交叉口rse的拓扑向量距离dv(re,rse)、dm(re,rse)和do(re,rse)；

14、步骤9，分别找到使dv(re,rse)、dm(re,rse)和do(re,rse)取最小值的im1中的道路交叉口re1、re2、re3，若re1、re2、re3中有两个道路交叉口的编号相同，则该相同编号的道路交叉口即为匹配成功的道路交叉口re_rs。

15、进一步地，步骤3中，极坐标的计算方式为：

16、

17、

18、其中，actan()表示求反正切函数。

19、进一步地，步骤4中道路交叉口rui的方差拓扑向量均值拓扑向量中值拓扑向量分别为：

20、

21、

22、

23、其中，var()、mean()和mode()分别表示对其中数组求方差、均值和中位数，ki是道路交叉口rui周围的地物种类总数；和分别表示道路交叉口rui周围第j类地物中各地物实体极坐标的极径集合和极角集合，即：

24、

25、

26、式中，tj表示道路交叉口rui邻接第j类地物的总数目。

27、进一步地，步骤7中道路交叉口re的方差拓扑向量均值拓扑向量中值拓扑向量分别为：

28、

29、

30、

31、其中，var()、mean()和mode()分别表示对其中数组求方差、均值和中位数，ki是道路交叉口re周围的地物种类总数；和分别表示道路交叉口re周围第a类地物中各地物实体极坐标的极径集合和极角集合，即：

32、

33、

34、式中，ha表示道路交叉口re邻接第a类地物的总数目。

35、进一步地，步骤8中拓扑向量距离dv(re,rse)、dm(re,rse)和do(re,rse)的计算方式如下：

36、

37、

38、

39、其中，q表示道路交叉口周围邻接地物的序号。

40、本发明具有如下有益效果：

41、(1)本发明提出了一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，有效利用道路交叉口邻接地物的语义信息，匹配最相似的道路交叉口。

42、(2)应用本发明方法可以有效匹配城市中的道路交叉口，为多源异构数据的匹配以及融合提供有效技术支撑。

技术特征：

1.一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，其特征在于，步骤3中，极坐标的计算方式为：

3.根据权利要求2所述的一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，其特征在于，步骤4中道路交叉口rui的方差拓扑向量均值拓扑向量中值拓扑向量分别为：

4.根据权利要求3所述的一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，其特征在于，步骤7中道路交叉口re的方差拓扑向量均值拓扑向量中值拓扑向量分别为：

5.根据权利要求4所述的一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，其特征在于，步骤8中拓扑向量距离dv(re,rse)、dm(re,rse)和do(re,rse)的计算方式如下：

技术总结
本发明公开了一种结合邻接地物拓扑关系的道路交叉口匹配方法，属于遥感图像处理技术领域。其包括步骤：从整个城市的地物语义信息中提取道路交叉口集合；计算道路交叉口的三个拓扑向量；在道路交叉口集合中寻找与待匹配道路交叉口邻接类别数目一致的道路交叉口，组成道路交叉口候选集；计算待匹配道路交叉口的三个拓扑向量；计算待匹配道路交叉口与道路交叉口候选集中每一个道路交叉口的拓扑向量距离；分别找到使三个拓扑向量距离取最小值的道路交叉口，若两个道路交叉口的编号相同，则匹配成功。本发明可充分利用道路交叉口周围的地物语义特征以及空间分布关系构建道路交叉口的匹配模型，为异源地理数据的融合应用提供支撑。

技术研发人员：常晓宇,王敏,王港,刘宇,熊恒斌,孙方德,朱进,刘旭东
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15