一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法。首先將待符號(hào)化的面狀橋梁矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)，再將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為整型二值圖像矩陣，然后采用Rosenfeld細(xì)化算法提取對(duì)二值圖像矩陣進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理后結(jié)果的骨架柵格，并添加坐標(biāo)系統(tǒng)和投影系統(tǒng)信息，得到原始面狀橋梁對(duì)象的矢量骨架中心線，然后將該中心線延長(zhǎng)、合并，獲取其和橋梁面的交點(diǎn)，按順序依次搜索各交點(diǎn)，對(duì)相鄰兩交點(diǎn)連線依次進(jìn)行交角判斷，確定候選節(jié)點(diǎn)，以135°和-135°為方向繪制候選橋爪線，進(jìn)而通過(guò)緩沖區(qū)相交判斷，確定橋爪線，最后通過(guò)剩余節(jié)點(diǎn)連接操作，形成橋梁邊線。本發(fā)明可以將傳統(tǒng)算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜面狀橋梁按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)符號(hào)化。
【專利說(shuō)明】一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地理信息的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種針對(duì)各種復(fù)雜橋梁對(duì)象的自動(dòng)符號(hào)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在地理信息領(lǐng)域，地形圖的產(chǎn)生通?；谖覈?guó)各級(jí)測(cè)繪主管部門(mén)發(fā)布的各級(jí)比例尺基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，借助地理信息系統(tǒng)軟件和專業(yè)制圖軟件，完成地形圖圖面的設(shè)計(jì)和配置，以滿足地形圖出版和電子地圖出版的需要。
[0003]現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)軟件和專業(yè)制圖軟件，主要通過(guò)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的類型編碼和地圖符號(hào)庫(kù)進(jìn)行匹配，由軟件自動(dòng)從地圖符號(hào)庫(kù)中提取對(duì)應(yīng)的地物符號(hào)，表示在地圖圖面上，完成地物對(duì)象的自動(dòng)符號(hào)化。
[0004]但是，此種方法主要應(yīng)用在點(diǎn)狀和線狀地物對(duì)象上，以及諸如湖泊、房屋等不考慮方向性特征的簡(jiǎn)單面狀地物對(duì)象上。對(duì)于諸如橋梁、臺(tái)階等需要確定走向的地物對(duì)象，由于原始采集的地理數(shù)據(jù)沒(méi)有帶入方向信息，所以現(xiàn)有的地理信息系統(tǒng)軟件無(wú)法自動(dòng)確定該類符號(hào)的開(kāi)口方向，如橋梁符號(hào)兩個(gè)開(kāi)口方向的確定等。
[0005]而且，這些地物對(duì)象通常種類較多，形態(tài)上較為復(fù)雜，以面狀橋梁為例，地形圖中出現(xiàn)的面狀橋梁有單層橋、雙層橋、并行橋、引橋、級(jí)面橋、人行拱橋等，形狀上有矩形、菱形、丁字形、人字形、十字形、弧形及它們的組合形狀?，F(xiàn)有軟件無(wú)法自動(dòng)對(duì)該類有方向性的復(fù)雜地物對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)符號(hào)化，通常采用人工判讀的方式，進(jìn)行手動(dòng)符號(hào)化，很大程度上影響了地形圖制作和生產(chǎn)的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種實(shí)現(xiàn)復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法。
[0007]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法，包括以下步驟:
[0009]S1、將待符號(hào)化的面狀橋梁矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)(如*.bmp、*, jpg格式等)；
[0010]S2、將SI步轉(zhuǎn)出的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為整型二值圖像矩陣；
[0011]S3、對(duì)S2步計(jì)算得到的二值圖像矩陣，進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理，具體步驟為:首先，采用菱形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次膨脹運(yùn)算處理；進(jìn)而采用“3X3”的正方形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次腐蝕運(yùn)算，最后，再次采用菱形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次膨脹運(yùn)算；
[0012]S4、采用Rosenfeld細(xì)化算法提取S3步計(jì)算結(jié)果的骨架柵格，即將原圖像矩陣中線條寬度大于一個(gè)像素的線條細(xì)化成一個(gè)像素的寬度，形成骨架柵格，并保持其形狀的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變；
[0013]S5、由SI步轉(zhuǎn)出的柵格數(shù)據(jù)，會(huì)丟失空間參考信息(坐標(biāo)系統(tǒng)、投影系統(tǒng))，本步驟將對(duì)S4步得到骨架柵格數(shù)據(jù)，添加坐標(biāo)系統(tǒng)信息和投影系統(tǒng)信息，便于地理信息系統(tǒng)識(shí)別和后續(xù)處理；
[0014]S6、將S5步得到的骨架柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)可以識(shí)別的矢量數(shù)據(jù)，即可得到原始面狀橋梁對(duì)象的矢量骨架中心線；
[0015]S7、對(duì)S6步得到的矢量骨架中心線兩端進(jìn)行延長(zhǎng)處理，確保矢量骨架中心線和原始面狀橋梁對(duì)象相交；在延長(zhǎng)處理時(shí)，首先獲取矢量骨架中心線的首尾兩端點(diǎn)，進(jìn)而依次獲得矢量骨架中心線上與首尾兩端點(diǎn)最近的另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后采用三點(diǎn)(矢量骨架中心線的一個(gè)端點(diǎn)，以及離它最近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn))線性擬合一條直線的算法，將矢量骨架中心線向兩端延長(zhǎng)，使它和原始面狀橋梁對(duì)象相交；
[0016]S8、考慮到復(fù)雜橋面有多條骨架中心線，為了后續(xù)處理方便，本步驟將S7步獲取的橋梁中心線進(jìn)行合并，將復(fù)雜骨架中心線由多個(gè)對(duì)象合并成一個(gè)對(duì)象進(jìn)行處理；
[0017]S9、將S8步獲得的骨架中心線和面狀橋梁對(duì)象通過(guò)相交操作，獲得交點(diǎn)Ai,進(jìn)而在面狀橋梁對(duì)象上，從交點(diǎn)Ai開(kāi)始,依次向兩側(cè)搜索節(jié)點(diǎn)Pi,每搜索到一個(gè)節(jié)點(diǎn)Pi,連接該節(jié)點(diǎn)和上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成線段Li,如果是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)則連接交點(diǎn)Ai,繼續(xù)搜索，得到線段Li+1，計(jì)算線段Li與Li+1間的交角，如果交角大于30° ,則確定該節(jié)AAi為候選節(jié)點(diǎn)Hi,并記錄該節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)的線段Li+1，作為繪制橋爪的輔助線；否則，將該節(jié)點(diǎn)在屬性表中進(jìn)行標(biāo)記，繼續(xù)重復(fù)上述步驟，直到確定候選節(jié)點(diǎn)Hi為止；
[0018]S10、以S9步確定的候選節(jié)點(diǎn)Hi為原點(diǎn)，作5米半徑的緩沖區(qū)，獲得圓面Ci，將Sll步記錄的輔助線與圓面Ci進(jìn)行空間相交，獲得交線LC，將交線LC以候選節(jié)點(diǎn)Hi為端點(diǎn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°和-135°得到交線LC1和交線LC2，將交線LC1和交線LC2的不與交線LC共點(diǎn)的那一個(gè)端點(diǎn)，與線段LC的中點(diǎn)進(jìn)行距離上的判斷，距離大的即為橋爪線；若該橋爪線的線長(zhǎng)不足5米，則進(jìn)行延長(zhǎng)，補(bǔ)足到5米；
[0019]S11、在橋面對(duì)象中，將S9步標(biāo)記過(guò)的節(jié)點(diǎn)刪除，然后按照剩余保留的節(jié)點(diǎn)ID順序，依次連接各節(jié)點(diǎn)，形成橋面線；每連接兩點(diǎn)之前，均判斷一次該線段是否和橋梁骨架中心線相交，如果相交，則刪除該條橋面線；直到全部節(jié)點(diǎn)依次連接完成，形成最終的橋梁邊線。
[0020]本發(fā)明借助數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)相關(guān)算法，克服了傳統(tǒng)符號(hào)化算法無(wú)法自動(dòng)識(shí)別復(fù)雜橋梁形狀和走向特征的缺陷，可以將傳統(tǒng)算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜面狀橋梁按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)符號(hào)化，為基于圖庫(kù)的大比例尺地形圖全要素符號(hào)化和快速出圖提供技術(shù)支撐。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是實(shí)施例的原始數(shù)據(jù)；
[0022]圖2是復(fù)雜橋面對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化過(guò)程，Ca)面狀橋梁矢量數(shù)據(jù)，(b)面狀橋梁柵格數(shù)據(jù)(*.bmp格式)，(c)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理后得到的骨架柵格，Cd)轉(zhuǎn)換后的矢量骨架中心線，Ce)骨架線延長(zhǎng)處理，Cf)橋爪繪制，(g)橋邊線繪制。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0024]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜橋面對(duì)象的自動(dòng)符號(hào)化方法，原始數(shù)據(jù)如圖1所示，復(fù)雜橋梁對(duì)象為圖1中的灰色面狀對(duì)象。其實(shí)施步驟如下:[0025]S1、將面狀橋梁矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)(*.bmp格式)，如圖2 (b)所示；
[0026]S2、將SI步轉(zhuǎn)出的柵格數(shù)據(jù)，利用圖像處理算法中的二值化函數(shù)，轉(zhuǎn)為整型二值圖像矩陣；
[0027]S3、對(duì)S2步計(jì)算得到的二值圖像矩陣，進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理。具體步驟為:首先，采用菱形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次膨脹運(yùn)算處理，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV中，采用cvDilateO函數(shù)實(shí)現(xiàn)；進(jìn)而采用“3X3”的正方形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次腐蝕運(yùn)算，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù)OpenCV中，采用cvErodeO函數(shù)實(shí)現(xiàn)；最后，再次采用菱形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次膨脹運(yùn)算，仍然采用cvDilate ()函數(shù)實(shí)現(xiàn)；
[0028]S4、采用Rosenfeld細(xì)化算法提取S3步計(jì)算結(jié)果的骨架柵格，即將原圖像矩陣中線條寬度大于一個(gè)像素的線條細(xì)化成一個(gè)像素的寬度，形成骨架柵格，并保持其形狀的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變。處理結(jié)果如圖2 (c)所示；
[0029]S5、由SI步轉(zhuǎn)出的柵格數(shù)據(jù)，會(huì)丟失空間參考信息(坐標(biāo)系統(tǒng)、投影系統(tǒng))，本步驟將對(duì)S4步得到骨架柵格數(shù)據(jù)，添加坐標(biāo)系統(tǒng)信息和投影系統(tǒng)信息，便于地理信息系統(tǒng)識(shí)別和后續(xù)處理；
[0030]S6、將S5步得到的骨架柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)可以識(shí)別的矢量數(shù)據(jù)，即可得到原始面狀橋梁對(duì)象的矢量骨架中心線，如圖2 (d)所示；
[0031]S7、對(duì)S6步得到的矢量骨架中心線兩端進(jìn)行延長(zhǎng)處理，確保矢量骨架中心線和原始面狀橋梁對(duì)象相交。在延長(zhǎng)處理時(shí)，首先獲取矢量骨架中心線的首尾兩端點(diǎn)，進(jìn)而依次獲得矢量骨架中心線上與首尾兩端點(diǎn)最近的另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后采用三點(diǎn)(矢量骨架中心線的一個(gè)端點(diǎn)，以及離它最近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn))線性擬合一條直線的算法，將矢量骨架中心線向兩端延長(zhǎng)，使它和原始面狀橋梁對(duì)象相交。如圖2 (e)所示；
[0032]S8、考慮到復(fù)雜橋面有多條骨架中心線，為了后續(xù)處理方便，本步驟將S7步獲取的橋梁中心線進(jìn)行合并，將復(fù)雜骨架中心線由多個(gè)對(duì)象合并成一個(gè)對(duì)象進(jìn)行處理；
[0033]S9、將S8步獲得的骨架中心線和面狀橋梁對(duì)象通過(guò)相交操作，獲得交點(diǎn)Ai,進(jìn)而在面狀橋梁對(duì)象上，從交點(diǎn)Ai開(kāi)始,依次向兩側(cè)搜索節(jié)點(diǎn)Pi,每搜索到一個(gè)節(jié)點(diǎn)Pi,連接該節(jié)點(diǎn)和上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成線段Li,如果是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)則連接交點(diǎn)Ai,繼續(xù)搜索，得到線段Li+1，計(jì)算線段Li與Li+1間的交角，如果交角大于30° ,則確定該節(jié)AAi為候選節(jié)點(diǎn)Hi,并記錄該節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)的線段Li+1，作為繪制橋爪的輔助線；否則，將該節(jié)點(diǎn)在屬性表中進(jìn)行標(biāo)記，繼續(xù)重復(fù)上述步驟，直到確定候選節(jié)點(diǎn)Hi為止；
[0034]S10、以S9步確定的候選節(jié)點(diǎn)Hi為原點(diǎn)，作5米半徑的緩沖區(qū)，獲得圓面Ci,將Sll步記錄的輔助線與圓面Ci進(jìn)行空間相交，獲得交線LC，將交線LC以候選節(jié)點(diǎn)Hi為端點(diǎn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°和-135°得到交線LC1和交線LC2，將交線LC1和交線LC2的不與交線LC共點(diǎn)的那一個(gè)端點(diǎn)，與線段LC的中點(diǎn)進(jìn)行距離上的判斷，距離大的即為橋爪線；若該橋爪線的線長(zhǎng)不足5米，則進(jìn)行延長(zhǎng)，補(bǔ)足到5米；
[0035]S11、在橋面對(duì)象中，將S9步標(biāo)記過(guò)的節(jié)點(diǎn)刪除，然后按照剩余節(jié)點(diǎn)ID順序，依次連接各節(jié)點(diǎn)，形成橋面線；每連接兩點(diǎn)之前，均判斷一次該線段是否和橋梁骨架中心線相交，如果相交，則刪除；直到全部節(jié)點(diǎn)依次連接完成，形成最終的橋梁邊線。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法，其特征在于，包括如下步驟: 51、將待符號(hào)化的面狀橋梁矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為柵格數(shù)據(jù)； 52、將SI步轉(zhuǎn)出的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為整型二值圖像矩陣； 53、對(duì)S2步計(jì)算得到的二值圖像矩陣，進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理，具體步驟為:首先，采用菱形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次膨脹運(yùn)算處理；進(jìn)而采用3X3的正方形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次腐蝕運(yùn)算，最后，再次采用菱形結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行一次膨脹運(yùn)算； 54、采用Rosenfeld細(xì)化算法提取S3步計(jì)算結(jié)果的骨架柵格，即將原圖像矩陣中線條寬度大于一個(gè)像素的線條細(xì)化成一個(gè)像素的寬度，形成骨架柵格，并保持其形狀的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不變； 55、對(duì)S4步得到骨架柵格數(shù)據(jù)，添加坐標(biāo)系統(tǒng)信息和投影系統(tǒng)信息，便于地理信息系統(tǒng)識(shí)別和后續(xù)處理； 56、將S5步得到的骨架柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地理信息系統(tǒng)可以識(shí)別的矢量數(shù)據(jù)，即可得到原始面狀橋梁對(duì)象的矢量骨架中心線； 57、對(duì)S6步得到的矢量骨架中心線兩端進(jìn)行延長(zhǎng)處理，確保矢量骨架中心線和原始面狀橋梁對(duì)象相交； S8jf S7步獲取的橋梁矢量骨架中心線進(jìn)行合并，將復(fù)雜骨架中心線由多個(gè)對(duì)象合并成一個(gè)對(duì)象進(jìn)行處理； S9、將S8步獲得的骨架中心線和面狀橋梁對(duì)象通過(guò)相交操作，獲得交點(diǎn)Ai,進(jìn)而在面狀橋梁對(duì)象上，從交點(diǎn)Ai開(kāi)始,依次向兩側(cè)搜索節(jié)點(diǎn)Pi,每搜索到一個(gè)節(jié)點(diǎn)Pi,連接該節(jié)點(diǎn)和上一個(gè)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成線段Li,如果是第一個(gè)節(jié)點(diǎn)則連接交點(diǎn)Ai,繼續(xù)搜索，得到線段Li+1，計(jì)算線段Li與Li+1間的交角，如果交角大于30° ,則確定該節(jié)點(diǎn)Ai為候選節(jié)點(diǎn)Hi,并記錄該節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)的線段Li+1，作為繪制橋爪的輔助線；否則，將該節(jié)點(diǎn)在屬性表中進(jìn)行標(biāo)記，繼續(xù)重復(fù)上述步驟，直到確定候選節(jié)點(diǎn)Hi為止； 510、以S9步確定的候選節(jié)點(diǎn)Hi為原點(diǎn)，作5米半徑的緩沖區(qū)，獲得圓面Ci，將Sll步記錄的輔助線與圓面Ci進(jìn)行空間相交，獲得交線LC，將交線LC以候選節(jié)點(diǎn)Hi為端點(diǎn)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)135°和-135°得到交線LC1和交線LC2，將交線LC1和交線LC2的不與交線LC共點(diǎn)的那一個(gè)端點(diǎn)，與線段LC的中點(diǎn)進(jìn)行距離上的判斷，距離大的即為橋爪線；若該橋爪線的線長(zhǎng)不足5米，則進(jìn)行延長(zhǎng)，補(bǔ)足到5米； 511、在橋面對(duì)象中，將S9步標(biāo)記過(guò)的節(jié)點(diǎn)刪除，然后按照剩余保留的節(jié)點(diǎn)ID順序，依次連接各節(jié)點(diǎn)，形成橋面線；每連接兩點(diǎn)之前，均判斷一次該線段是否和橋梁骨架中心線相交，如果相交，則刪除該條橋面線；直到全部節(jié)點(diǎn)依次連接完成，形成最終的橋梁邊線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的復(fù)雜橋梁對(duì)象自動(dòng)符號(hào)化方法，其特征在于，步驟S7中，在延長(zhǎng)處理時(shí)，首先獲取矢量骨架中心線的首尾兩端點(diǎn)，進(jìn)而依次獲得矢量骨架中心線上與首尾兩端點(diǎn)最近的另外兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，然后采用三點(diǎn)線性擬合一條直線的方法，其中，三點(diǎn)即矢量骨架中心線的一個(gè)端點(diǎn)以及離該端點(diǎn)最近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，將矢量骨架中心線向兩端延長(zhǎng)，使它和原始面狀橋梁對(duì)象相交。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103593529SQ201310571993
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月15日
【發(fā)明者】劉昱君, 金琳, 聶時(shí)貴, 陶旸 申請(qǐng)人:江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心