基于ArcGIS的道路中心線自動提取方法*

殷　俊，黃宗維

(廣西國土測繪院，廣西 南寧　530023)

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基于ArcGIS的道路中心線自動提取方法*

殷俊，黃宗維

(廣西國土測繪院，廣西 南寧530023)

摘要：以柳州基礎地理數(shù)據(jù)庫道路中心線的提取為例，對比利用ArcGIS生成道路中心線的兩種方法，在此基礎上提出了基于ArcScan工具與ArcEngine二次開發(fā)相結合自動提取道路中心線的方法。結果表明，該方法可提高效率和準確度。

關鍵詞：地理數(shù)據(jù)庫；道路面；道路中心線；ArcGIS

0引言

城市是中國經濟發(fā)展最活躍、信息化程度較高、人口居住集中、社會管理難度較大的區(qū)域。從1998年美國副總統(tǒng)戈爾首次提出“數(shù)字地球”之后，我國也相繼提出了“數(shù)字中國”、 “數(shù)字省區(qū)”、“數(shù)字城市”等概念并且已開始實施。國家測繪局在“數(shù)字區(qū)域”建設的基礎上，面向全國遴選出部分城市進行“數(shù)字城市”地理空間基礎框架建設試點，目前已有多個城市先后建成了城市地理空間基礎框架[1]。2008年柳州市被國家測繪地理信息局正式批復為第三批數(shù)字城市地理空間框架建設試點城市。

道路是城市的主要基礎設施，道路信息的快速獲取與更新對于數(shù)字城市的建設具有重要意義[2]。為此，本文在分析ArcGIS生成中心線的方法后，提出了一種利用ArcScan工具與ArcEngine二次開發(fā)相結合提取道路中心線的方法。

1主要思路

ArcGIS Desktop是對地理信息進行創(chuàng)建、編輯以及分析的GIS軟件，它提供了一系列的工具用于數(shù)據(jù)采集和管理、可視化、空間建模和分析、以及高級制圖。ArcGIS Engine是隨ArcGIS 9系列軟件一起推出的一種新的開發(fā)產品，它是基于ArcObject構建的，借助它進行GIS應用開發(fā)時能徹底擺脫ArcGIS桌面平臺，提高開發(fā)效率，為用戶提供了一個低成本的、特定的、輕量級的GIS應用選擇[3]。

當前使用ArcGIS Desktop提取道路中心線主要有兩種方法：一種是使用CollapseDualLineToCenterline工具進行提取[4]；另一種是利用ArcScan工具進行生成。第一種方法首先把面要素轉化為線要素，然后把線要素兩端封口刪除，最后使用Arctoolbox→Data Management Tools→Generalization→CollapseDualLineToCenterline工具處理。該方法對于規(guī)則的平行線生成中心線比較理想，但是在處理基礎地理數(shù)據(jù)庫中復雜的道路數(shù)據(jù)時，大多數(shù)情況需要對其進行人工編輯，工作量非常大。

ArcScan是ArcGIS Desktop套件的附加組件，它提供了一些工具可用來將柵格數(shù)據(jù)轉化為矢量的要素圖層。第二種方法首先把矢量道路面要素轉為柵格要素，然后利用Reclassify工具對柵格數(shù)據(jù)進行二值化，最后使用ArcScan工具中的GenerateFeatureinsideArea功能自動生成道路中心線。此方法生成的道路中心線很真實美觀，線上的節(jié)點不需要做修改，存在的主要問題是中心線不會根據(jù)道路交叉處打斷，而且柵格化過程中會產生一些噪點，這些噪點會自動產生實際不存在的中心線，后期人工檢查和修改工作量較大。

上述兩種方法均可部分完成從道路面到道路中心線的轉化，但是人工干預較多，效率不高，無法滿足實際工作需要。結合兩種方法的優(yōu)勢和劣勢，本文采用ArcScan工具與ArcEngine二次開發(fā)結合的方法來實現(xiàn)。具體處理流程，見圖1。

圖1　自動生成道路中心線流程Fig.1　The flowchart of automatic extraction of road centerline

2處理流程

本實驗數(shù)據(jù)使用數(shù)字柳州基礎地理數(shù)據(jù)庫中的道路面要素類，實驗數(shù)據(jù)中的道路面要素包括多岔路口、多層立交橋等地物。

2.1道路面要素類轉化為柵格要素類

使用ArcGIS軟件工具箱中Polypon to Raster工具，把道路面要素類轉化為道路面柵格要素類。

2.2柵格要素類二值化處理

設置柵格要素類渲染方式為Classified，將類別劃分為兩類：一類是白色，一類是黑色，通過對道路面柵格要素類作二值化處理，得到道路面二值化柵格要素類。

2.3柵格要素類生成道路中心線要素

ArcScan支持兩種矢量方法，分別是中心線矢量化方法和輪廓矢量化方法，本文采用中心線矢量化方法，使用ArcScan的Generate Feature功能沿著柵格線性元素的中心生成矢量道路中心線要素。

2.4道路中心線后處理

道路中心線后處理采用ArcEngine二次開發(fā)工具(見圖2)，只需選擇數(shù)據(jù)庫中道路面要素類和已生成的道路中心線要素類路徑，點擊處理按鈕即可自動化處理。

圖2　ArcEngine二次開發(fā)工具界面Fig.2　Second development interface of ArcEngine

2.4.1在不同道路交匯處打斷道路中心線要素

自動矢量化生成的道路中心線不能識別道路分段位置(見圖3)，中心線貫穿了面P1和面P2，采用道路面要素的范圍打斷道路中心線，得到與道路面范圍一致的道路中心線。

圖3　打斷線處理前后效果對比Fig.3　Comparison of breaking line

2.4.2刪除不在道路面范圍內的懸掛線和懸掛點

矢量要素類轉化到柵格要素類的過程中容易產生噪點，由面積較大的噪點生成的道路中心線和懸掛點都是錯誤的，因此本步驟進行懸掛線、懸掛點刪除(見圖4)。

圖4　刪除懸掛線前后效果對比Fig.4　Comparison of deleting suspension line

2.4.3合并每個道路面要素內的中心線要素

道路中心線要素類與道路面要素類進行相交分析，對道路面要素范圍內存在的多條零散道路中心線進行合并處理，合并原則采用長度占優(yōu)法，即超出面范圍的線長度如果大于該線長度一半則合并，否則不合并(見圖5)，搜索與道路面P1相交有L1和L2兩條中心線，其中L1由落在道路面P1內的L3和落在道路面P2內的L4組成，判斷如果L3長度大于L4長度，則對中心線L1與L2進行合并，否則不合并。

圖5　合并道路中心線Fig.5　Merge of road centerline

關鍵代碼如下：

while((pThisLineFea = plineFeaCursor.NextFeature())!= null)

{

IGeometry pTopoGeo = pThisLineFea.ShapeCopy；

pTopoGeo.SpatialReference =(pFeature.Shape as IGeometry).SpatialReference；

IGeometry pClipGeo =(pTopoGeo as ITopologicalOperator).Intersect(pFeature.Shape，esriGeometryDimension.esriGeometry1Dimension)；

IPolyline pLine = pClipGeo as IPolyline；

double pMidLength = Math.Abs((pThisLineFea.Shape as IPolyline).Length / 2)；

if(pLine.Length < pMidLength)//判斷是否長度占優(yōu)，占優(yōu)則合并

{

continue；

}

pSaveGeo.SpatialReference =(pThisLineFea.ShapeCopy).SpatialReference；

ITopologicalOperator pGoodTopo = pSaveGeo as ITopologicalOperator；

pSaveGeo = pGoodTopo.Union(pThisLineFea.ShapeCopy)；

pThisLineFea.Delete()；

}

2.4.4道路中心線屬性賦值

上述生成的道路中心線沒有屬性信息，在數(shù)字城市基礎地理數(shù)據(jù)庫建設中，屬性信息是地理實體重要的組成部分。此步驟將道路中心線要素類與道路面要素類進行相交分析，把道路面要素的名稱、線路編號、技術等級等屬性字段值自動賦值到道路中心線要素對應的字段上。

最終生成的道路中心線，見圖6。

圖6　自動生成道路中心線效果圖Fig.6　Automatic extraction of road centerline

3結束語

基礎地理數(shù)據(jù)庫建設是一項龐大而又復雜的工作。本文首先總結了現(xiàn)有生成道路中心線的方法，并指出這些方法的局限性，接著提出使用ArcScan和ArcEngine二次開發(fā)相結合實現(xiàn)自動提取道路中心線的方法，最后用實驗驗證了本文提出方法的可行性。結果表明：利用該方法不僅能提高道路中心線的提取效率和準確度，而且僅需少量人工干預即可實現(xiàn)自動提取。

[參考文獻]

[1]曹建成.城市基礎地理信息數(shù)據(jù)庫設計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息，2010(2)：55-58.

[2]彭檢貴，馬洪超，高廣，等.利用機載LiDAR點云數(shù)據(jù)提取城區(qū)道路[J].測繪通報，2012(9)：16-19.

[3]吳瑋，李小帥，張斌.基于ArcGIS Engine的GIS開發(fā)技術探討[J].科學技術與工程，2006，6(2)：176-178.

[4]馬健梅.ArcGIS下的道路多邊形采集方法[J].西安科技大學學報，2009，29(2)：205-208.

Automatic Extraction of Road Centerline Based on ArcGIS

YIN Jun，HUANG Zong-wei

(GuangxiInstituteofLand&SurveyingandMapping，NanningGuangxi530023，China)

Abstract：The aim of this study is to create Liuzhou Fundamental Geodatabase by using road centerline data.By comparing the two methods of using ArcGIS to generate the road centerline，a method of automatic extraction of the road centerline based on the combination of ArcScan tool and ArcEngine second development was presented.The test results showed that the method can improve the efficiency and accuracy.

Key words：geodatabase；road polygon；road centerline；ArcGIS

作者簡介：殷俊(1988～)，男，廣西桂林人，學士，助理工程師，現(xiàn)主要從事GIS數(shù)據(jù)應用及無人機數(shù)據(jù)處理方面的工作。

中圖分類號：P 208

文獻標識碼：B

文章編號：1007-9394(2016)01-0040-03

收稿日期：2015-12-28

地礦測繪2016，32(1)：40～42

CN 53-1124/TDISSN 1007-9394

Surveying and Mapping of Geology and Mineral Resources