中国科学技术大学GPS 实验室利用GPS 技术长期从事公路交通、导航方面的研究工作,并且已经在厦门、张家港、成都等地进行了实践,在国内引起了强烈地反响。目前,随着中国经济、科技、贸易、外交、旅游等的发展,“数字地球”的口号萦绕在神州大地的上空,结合中国的国情,中国科学技术大学GPS 实验室适时地重点进行栅格交通地图自动矢量化过程的研究工作。国家自然科学基金项目----“改进栅格交通地图道路识别过程的研究”就是GPS 实验室近期的重点科研课题。
本课题属于基础研究的范畴,通过对本课题的分析研究,不仅可以深入地学习和了解数字图像处理和模式识别方面的基本概念、理论和方法,更重要的是培养了自己分析问题、解决问题的能力。
随着对本课题研究对象和研究目的的深入分析和理解,可以逐渐地认识到这个课题不仅不简单,而且还需要更多的人投入到其中来。短短的3 年时间相对于这个重要的课题来说是不够的,正所谓管中窥豹只见一斑,我也只是领略到或者说认识到这个课题应该如何去认识理解,针对这个课题我们应该采用什么策略或者说方法去最终解决它。前几章可以说是我所看到的冰山一角,仅起到抛砖引玉的作用,希望全国更多的同行、老师们能够加强这方面的交流与合作,最终向国家和人民交出一份满意的答卷。
在前面几章中我所介绍的对于地图信息识别的几种方法中,应该说还只是一个未完成的工作,这几章初看起来应该说没有很大的联系,其实可以打个比喻,这几章只是几个还没有被串成一串的珠子,还没有被完全组装到一起的机器的零部件,一旦这部机器的所有零部件都被制造出来,并且被有机的组装好,那么可以说这部机器就可以工作了,就可以将一幅栅格交通地图转换成矢量地图了。
通过研究生期间对这个课题的认识和理解,我深刻感受到这个课题应该可以做得更大一点,我指的是应该有所延伸。何出此言呢?我不得不承认对于这个问题我非常遗憾,应该从头说起。一张纸质地图其实可以理解为一个信息库,一个包含了足够指引人们搜索目标、发现目标的信息库,一张地图不仅包括道路信息(道路信息其实只是一种线目标)它还包括很多点目标和面目标,而且这些点目标、线目标和面目标的附属信息,比如特殊地点名称、道路名称、面目标名称等等都存在于这张地图上。作为计算机能去识别道路信息,同样应该能识别点目标、面目标及其附属信息,这样的话不用后期的人工信息添加,计算机也可以识别其他信息,如果这种技术能够实现的话,那么计算机作为一种信息处理工具完全可以给出人们需要的矢量信息库。
曾经在某个时候,我的导师向我建议能不能把一些附属信息也识别出来,而当时也许是我对这个问题的重要意义认识不够,或者是因为我认为这种技术很难实现,总之,我没有认真地考虑这个战略性的建议。随着对这个课题研究的深入,我终于感悟到了我的导师的建议是何等的正确、何等的重要、何等的有战略意义,可是为时已晚,我已经没有时间去思考和研究这个问题了。
第七章可以说是专门针对识别道路信息而作的工作,而第五章和第六章可以说是在我感悟到我的导师的建议的重要性之后所作的一种尝试,但是很多工作是不可能有时间去完成了。这也许是我研究生期间最大的遗憾,所以我非常希望能有其他同学,我的师弟、师妹们能够对这个课题有个更深入的研究,我相信会出成果,一个大大的成果。
参考文献或网站
[1] http://news.163.net
[2] http://www.people.com.cn
[3] http://news.sohu.com
[4] Elliott D Kaplan. GPS 原理与应用. 北京:电子工业出版社. 2002.
[5] 刘基余. GPS 卫星导航定位原理与方法. 科学出版社. 2003.
[6] 洪大永. 全球定位系统技术及其应用. 厦门大学出版社. 1998.
[7] http://tech.tom.com
[8] http://www.china.org.cn
[9] http://www.chinanews.com
[10] http://www.xinhua.org
[11] 刘基余. GPS 定位技术在测绘中的作用与影响. 导航. 1992, 2.
[12] 刘基余. GPS 卫星在航海中的应用. 导航. 1995, 2.
[13] 洪大永. 在航海中GPS 的综合应用. 航海技术. 1996, 6.
[14] 谢世富. 导航定位在铁路运输中的应用. 导航. 1997, 1.
[15] 张志, 袁建平, 陈士鲁. 航天器测控与GPS 的空间应用. 导航. 1996, 1.
[16] 许江. GIS 技术及应用趋势. 微电脑世界. 2002, 1.
[17] 仝培杰. “数字地球”的综述. 地球信息科学. 1998, Z1.
[18] 郝立. 城市地理信息系统及其应用. 电子工业出版社. 2002.
[19] 刘春梅, 冷春田. 地理信息系统在输电管理中的应用. 黑龙江电力. 2004, 26(4).
[20] 吴澎. RS 与GlS 技术在土地资源管理中的应用. 平原大学学报. 2004, 21(5).
[21] 李大超. GIS 技术在城市规划中的应用. 安徽地质. 2002, 12(3).
[22] 梁榕生. GIS 在公路工程项目管理中的应用. 公路. 2004, 8.
[23] 李跃军. GIS 及其在交通领域中的应用. 湖南交通科技. 2001, 27(4).
[24] 景海涛, 冯仲科, 朱海珍, 王小昆. 基于全站仪和GIS 技术的林业定位信息研究与应用. 北京
林业大学学报. 2004, 26(4).
[25] 张玉梅, 詹长根, 王海军. 组件式GIS 技术在河道信息系统中的应用. 武汉大学学报(工学版). 2004, 37(1).
[26] B Satyanarayana, A V Raman, 张秀英, 冯学智, F Dehairs. 应用GIS 制作Coringa 红树林物种分 布图. 南京林业大学学报(自然科学版). 2004, 28(4).
[27] 吴卫华, 石冰, 袁宁, 栾虹. GIS 在大气污染预警系统中的应用. 济南大学学报(自然科学版). 2004, 18(3).
[28] 王家耀. 地理信息系统的发展及其在信息战中的应用. 信息工程大学学报. 2004, 5(2).
[29] 张剑, 刘允才. GPRS/Web-GIS 在GPS 车辆定位导航系统中的应用研究. 计算机工程. 2004, 30(13).
[30] 李建军, 陈涛. GPS/GIS 在城市公共交通调度系统中的应用研究. 交通科技与经济. 2004, 6(1).
[31] 刘学锋, 何幼斌, 孟令奎, 钟广法. 地理信息系统应用于油气勘探开发的历史、现状与发展趋势. 古地理学报. 2004, 6(1).
[32] 陈旭梅 等. 美、欧、日智能交通系统(ITS)发展分析及启示. 城市规划. 2004, 28(7).
[33] http://www.its.gov.cn
[34] http://www.itsc.com.cn
[35] NAKAJIMA. A graphical structure extracting method from an urban map using parallel vector tracer. IECE Trans. Vol.J67D, No. 12, 1984.
[36] Tomoharu NAGAO, Takeshi AGUI, Masayuki NAKAJIMA. An automatic road vector extraction method from maps. IEEE. 1988.
[37] Ding Bin, Wong Kok Cheong. A system for automatic extraction of road network from maps[A].
Proceedings, IEEE International Joint Symposia on Intelligence and Systems, 1998, [C], In Rockville, MD USA. 1998.359–366.
[38] A Rosenfeld, A C Kak. Digital Picture Processing. Academic Press. 1982.
[39] Chang Ahn, Kyu Sik Kim, Sang Burm Rhee. A road extraction method from topographical map images. IEEE. 1997.
[40] O.Hori and A. Okazaki, High quality vectorization based on a generic object model,structured document image analysis, 1992,pp.325-339
[41] S Suzuki, T Yamada. MARIS: Map recongnition input system. Pattern Recongnition. Vol. 23, No. 8, 1990, pp. 919-933.
[42] L Boatto, V Consorti, M D Buono. An interpretaion system for land register maps. IEEE computer. 1992, pp. 25-32.
[43] D A Varley, M Visvalingam. Road extraction and topographic data validation using area topology. the computer journal. Vol. 37, No.1, 1994, pp. 3-15.
[44] Lloyd Alan Fletcher, Rangachar Kasturi. A robust algorithm for text string separation from mixed text/graphics images. IEEE Trans On PAMI. 1988, 10(6): 910-917.
[45] 夏波涌, 刘政凯. 中文地图文字图象理解的研究. 中国图象图形学报. 1998, 3(12): 979~981.
[46] 刘重庆, 金志伟, 李介谷. 城市地图图形矢量化方法的研究. 上海交通大学学报. 1994, 28(5): 63~68.
[47] YE Jia-ming, BAO Yuan-lu, LIU Li-ping. Road extraction from color city map[A]. Proceeding of
2002 International Conference on Control and Automation China[C]. In Xiamen, China. 2002.260-264.
[48] 叶家鸣. 彩色城市交通地图道路信息的识别与提取[D]. 中国科学技术大学硕士论文. 2003
[49] 刘丽萍, 鲍远律. 基于标签分类的道路提取算法. 计算机应用. 2004, 24(2): 73-75.
[50] 地质出版社地图编辑室编辑. 中国公路交通图册. 北京: 地质出版社. 2000.4.
[51] A Rosenfeld, A C Kak. Digital Picture processing. Academic press. New York, 2nd edition, 1982.
[52] A K Jain. Fundamentals of Digital Image Processing. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ,1989.
[53] T Law, H Itoh, H Seki. Image filtering, edge detection, and edge tracing using fuzzy reasoning. IEEE
Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 18:481-491,1996.
[54] D Wang, V Haese-Coat, J Ronsin. Shape Decomposition and representation using a recursive morphological operation. Pattern Recognition. 28:1783-1792,1995.
[55] M Sun, R J Sclabassi. Symmetric wavelet edge detector of the minimum length. In International Conference on Image Processing, pp. 177-180, IEEE, Los Alamitos, CA, 1995.
[55] K H L Ho, N Ohnishi. FEDGE—fuzzy edge detection by fuzzy categorization and classification of edges. In Fuzzy Logic in Artificial Intelligence. Towards Intelligent Systems. IJCAI’95 Workshop. Selected Papers, pp. 182-196,1995.
[56] T Aydin, Y Yemez, E Anarim, B Sankur. Multidirectional and multiscale edge detection via M-band wavelet transform. IEEE Transactions on Image Processing. 5:1370-1377,1996.
[57] M J Vrabel. Edge detection with a recurrent neural network. In Applications and Science of Artificial Neural Networks II, Proc. SPIE Vol.2760, pp.365-371, SPIE, Bellingham, WA, 1996.
[58] D J Hebert, H Kim. A fast-wavelet compass edge detector. In Wavelet Applications in Signal and Image Processing IV, Proc. SPIE Vol.2825, pp.432-442, SPIE, Bellingham, WA,1996.
[59] J C Bezdek, R Chandrasekhar, Y Attikiouzel. A new fuzzy model for edge detection. In Applications of Fuzzy Logic Technology III, Proc. SPIE Vol. 2761, pp. 11-28, SPIE, Bellingham, WA, 1996.
[60] V Ramesh, R M Haralick. An integrated gradient edge detector. Theory and performance evaluation. In ARPA Image Understanding Workshop, Monterey, CA, pp. 689-702, ARPA, Los Altos, CA, 1994.
[61] D Demigny, F G Lorca, L Kessal. Evaluation of edge detections performances with a discrete expression of Canny’s criteria. In International Conference on Image Processing, pp. 169-172, IEEE, Los Alamitos, CA, 1995.
[62] L G Roberts. Machine perception of three-dimensional solids. In J T Tippertt, editor, Optical and Electro-Optical Information Processing, pp. 159-197. MIT press, Cambridge, MA, 1965.
[63] D Marr, E Hildreth. Theory of edge detection. Proceedings of the Royal Society. B 207: 187-217, 1980.
[64] A Huertas, G Medioni. Detection of intensity changes with subpixel accuracy using Laplacian-Gaussian masks. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 8: 651-664, 1986.
[65] D Marr. Vision—A Computational Investigation into the Human Representation and Processing of Visual Information. Freeman, San Francisco, 1982.
[66] R J Qian, T S Huang. Optimal edge detection in two-dimensional images. In ARPA Image Understanding Workshop, Monterey, CA, pp. 1581-1588, ARPA, Los Altos, CA, 1994.
[67] R Mehrotra, Z Shiming. A computational approach to zero-crossing-based two-dimensional edge detection. Graphical Models and Image Processing. 58: 1-17, 1996.
[68] R C Hardie, C G Boncelet. Gradient-based edge detection using nonlinear edge enhancing prefilters. IEEE Transactions on Image Processing. 4: 1572-1577, 1995.
[69] L Alparone, S Baronti, A Casini. A novel approach to the suppression of false contours. In International Conference on Image Processing. pp. 825-828, IEEE, Los Alamitos, CA, 1996.
[70] S Ullman. Analysis of visual motion by biological and computer systems. IEEE Computer, 14(8): 57-69, August 1981.
[71] J F Canny. Finding edges and lines in images. Technical Report AI-TR-720, MIT, Artificial Intelligence Laboratory, Cambridge, MA, 1983.
[72] M Brady. Representing shape. In M Brady, L A Gerhardt, and H F Davidson, editors, Robotics and Artificial Intelligence, pp. 279-300. Springer +NATO, Berlin, 1984.
[73] J F Canny. A computational approach to edge detection. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 8(6):679-698 1986.
[74] A Rosenfeld, M Thurston. Edge and curve detection for visual scene analysis. IEEE Transactions on Computers. 20(5): 562-569, 1971.
[75] 汤泽滢, 卢汉清, 罗建书. 基于解析形式的二维参数可变形模板匹配算法. 中国图象图形学报 A. 2004 Vol.9 No.7.
[76] 周彩霞, 匡纲要, 宋海娜, 易江义. 用差影法与多模板匹配快速实现人脸检测. 计算机应用研 究. 2004 Vol.21 No.5.
[77] 李玉鉴. 基于索引模板匹配替换通用狻法的机器翻译. 计算机应用研究. 2004 Vol.21 No.5.
[78] 许崝, 施泽生, 蔡洪滨, 饶海潮, 郭立. 一种基于多模板匹配的在线手写签名认证方法. 计算 机应用. 2004 Vol.24 No.z1.
[79] 刘骏. Delphi 数字图像处理及高级应用. 北京: 科学出版社. 2003, 9.
[80] 崔江涛, 周水生, 周利华. 高维图象数据库中一种新的多分辨率特征匹配算法. 中国图象图形学报A. 2003 Vol.8 No.z1.
[81] 孙向军, 曹立鑫, 刘凤玉. 基于角仿射不变的特征匹配. 中国图象图形学报A. 2004 Vol.9 No.5.
[82] 宋利, 周源华, 周军. 基于特征匹配的鲁棒图像镶嵌. 上海交通大学学报. 2004 Vol.38 No.5.
[83] 沈怡 等. 建筑工程图符号的特征匹配识别方法. 计算机辅助设计与图形学学报. 2003(9).
[84] 刘维一 等. 特征点匹配法实现汽车牌照的快速识别. 光电子·激光. 2002(3).
[85] 邢向华, 顾国华. 基于模板匹配和特征点匹配相结合的快速车牌识别方法. 光电子技术. 2003Vol.23 No.4.
[86] 清源计算机工作室. MATLAB 高级应用----图形及影像处理. 北京: 机械工业出版社, 2000.
[87] 飞思科技产品研发中心. MATLAB 6.5 辅助图像处理. 北京: 电子工业出版社, 2003.
[88] 苏金明, 张莲花, 刘波. MATLAB 工具箱应用. 北京: 电子工业出版社, 2004.
[89] 周金萍. MATLAB 6.5 图形图像处理与应用实例. 北京: 科学出版社, 2003.
[90] 精锐创作组. MATLAB 6.0 科学运算完整解决方案. 北京: 人民邮电出版社, 2001.
[91] Milan Sonka, Vaclav Hlavac, Roger Boyle. Image Processing, Analysis, and Machine Vision[M].
Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, 1999.
[92] Rafael C Gonzalez, Richard E Woods, Steven L Eddins. Digital Image processing using MATLAB[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2004.
[93] 章毓晋. 图像分割. 北京: 科学出版社, 2001.
[94] 沈清, 胡得文, 时春. 神经网络应用技术. 长沙: 国防科学技术大学出版社, 1998.
[95] 周培德, 付梦印, 张长江. 红外图像边缘提取方法. 计算机辅助设计与图形学学报. 2004, 16(8): 1057-1061.
[96] 史久根, 张旺生, 鲍远律. 彩色地图图象中道路信息的识别和提取. 微机发展. 2000, 10(1): 64-66.
[97] 张旺生, 鲍远律, 史久根 等. 矢量电子地图的自动生成. 微电子学与计算机. 1999, 16(4):30-32.
研究生期间发表文章清单
季方, 鲍远律. 基于外延特征的栅格地图噪声去除算法. 中国图象图形学报. Vol.9, No.8, 2004.09, pp. 1062-P1068.
海涛, 鲍远律, 季方. 基于彩色栅格地图噪声特征的道路提取. 微型机与应用. Vol.23, No.8, 2004.08, P55-P57.
季方, 鲍远律, 海涛, 屈静. 特征匹配法实现栅格地图中特殊符号的快速识别. 第三届全国数字成像技术及相关材料发展与应用学术研讨会. 2004.11
季方, 鲍远律. 全球任意区域GPS 定位环境分析. 计算机仿真. (已录用,发表时间待定)
张中, 鲍远律, 屈静, 季方. 彩色城市地图的闭环反馈道路提取. 工程图学学报. (已录用,发表时间待定)
致谢
在我的导师---鲍远律教授的精心指导下,本文得以顺利完成。
鲍老师学识渊博、理论精深、动手力强、治学严谨、诲人不倦、为人正直、品德高尚、以学为师、以德为范。鲍老师严谨的治学态度和渊博的学识是我完成本篇论文的精神动力和智力支持。鲍老师勤于实践、勇于探索的精神,敏锐的学术洞察力和积极创新的科学思维,使我受益非浅。鲍老师对学生悉心关怀、亲切随和、无私奉献。
在此,向我的恩师---鲍远律老师,表示衷心的感谢、崇高的敬意、无限的景仰!
GPS 实验室活跃的学术气氛,融洽的合作关系,良好的工作环境,使我始终以愉快的心情,浓厚的兴趣在这里学习,工作和生活。
感谢叶家明、王国江两位师兄及刘丽萍、阎庆两位师姐在我的学习生活中所给予的巨大帮助和指导,从他们那里我学到了很多重要的东西,对后来的学习、探索起到了不可估量的重大作用。感谢海涛、张中两位同学在我们共同学习探索过程中所给予的支持、帮助。与他们两位相互学习、讨论甚至争论、互相鼓励、互相帮助、互相支持,使得我能够不断前进。
感谢左俊疆、刘艳、屈静三位同学在我的学习过程中所给予的帮助、支持。
最后,感谢我的家人多年来对我的关怀、支持和鼓励,以及所有关心和帮助过我的同学们、朋友们!
第六章 城市交通地图道路识别的程序实现
6.1 手动道路一致化
6.2 手动区域一致化
6.3 道路和区域的初始聚类
6.4 “无偏”聚类
6.5 “有偏”聚类
6.6 平滑道路和区域
6.7 道路膨胀
6.8 道路腐蚀


