CC BY
26
---------------------------------- © И.В. Бычков. Г.М. Ружников,
А.Е. Хмельнов, Р.К. Федоров, А.О. Шигаров, А.С. Г аченко, Е.С. Фереферов, 2009
УДК 681.142.2
И.В. Бычков, Г.М. Ружников, А.Е. Хмельнов,
Р.К. Федоров, А.О. Шигаров, А.С. Гаченко,
Е.С. Фереферов
ПРОГРАММНАЯ СИСТЕМА АКТУАЛИЗАЦИИ ВЕКТОРНОЙ КАРТЫ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПО КОСМОСНИМКУ
Для решения задач актуализации векторной карты в статье авторами предложена программная система, реализующая подход комплексного использования методов распознавания с уточняющей обработкой изображений оператором.
Ключевые слова: геоинформационные технологии, пространственные данные, распознавание образов и анализ изображений.
Геоинформационные системы (ГИС) активно используются для решения задач управления развитием территорий. Особенностью таких задач является использование векторной карты, содержащей метрическую и семантическую информацию об объектах на территории города. В связи с изменением состава объектов (строительство новых, снос существующих, пожары, строительство пристроек и т.д.) и нетривиальностью обнаружения этих изменений необходим технологический процесс поддержания векторной карты в актуальном состоянии. Одним из подходов к решению этой задачи является сравнение космоснимков с векторной картой и выявление изменений (зданий и сооружений), что позволяет сузить область поиска изменений городской территории, а также подготовить данные и фрагменты векторной карты для точечного обхода и уточнения.
Известные методы сравнения космоснимков [1-4] даже на более качественных изображениях дают определенный про-цент ошибок, который гораздо выше, чем способен сделать человек. Поэтому для решения задач актуализации векторной карты наиболее перспективен подход комплексного использо-вания методов распознавания с уточняющей обработкой изображений оператором.
* ' *
V' ■ * / Б
Яг * ^ >
ф»
V А _ \ * я * * 1 ;
Рис. 1. Фрагмент космоснимка
В соответствие с этим подходом разработана программная система, автоматизирующая такое сравнение.
В программной системе устанавливается каждому объекту (зданию, сооружению) на векторной карте соответствие растровому изображению (космоснимку). В векторной карте специально вводится для каждого объекта семантика (атрибут), в которой сохраняется результат сравнения. Определены следующие состояния объектов: “не обработан”; “соответствует растру”; “имеет другую форму или положение”, если объект имеется на векторной карте, но на растровом изображении изменена форма объекта; “отсутствует на растре”, если объект имеется на векторной карте, но на растровом изображении отсутствует; “отсутствует на векторной карте”, если объект имеется на растровом изображении, но на векторной карте отсутствует; “неизвестно”.
Общая схема процесса обработки выглядит следующим образом:
1. Оператором выделяется необработанный участок, который переводится в состояние “в процессе обработки”.
Рис. 2. Отрезок границы разделяет две разнородные области
2. Программная система создает список необработанных объектов, находящихся в пределах выделенного участка.
3. Для каждого объекта запускается разработанный для зашумленных изображений алгоритм, который автоматически находит для объекта на векторной карте соответствующее ему изображение космоснимке.
4. Оператор вручную указывает соответствие космоснимку необработанным алгоритмом объектам.
Рассмотрим более подробно разработанный алгоритм. Первоначально алгоритм производит поиск отрезка границы, ограниченной длины. После нахождения отрезка производится поиск перпендикулярного первому отрезка. Если такая пара находится и найденные отрезки соответствуют хотя бы двум отрезкам векторной карты, то устанавливается состояние объекта “соответствует растру”.
Нахождение отрезков производится следующим образом. Обычно участок границы разделяет две однородные области. Таким образом можно производить поиск границы объекта как поиск двух смежных однородных областей, уменьшив тем самым влияние шума.
Способов построения таких областей довольно много. Среди всех этих построений необходимо выбрать наиболее подходящее реальной границе объекта. Поэтому поиск границы можно свести к максимизации некоторой функции оценки соответствия реальной границе
f (r) ^ max , (1)
r
где r определяет построение, а именно размеры и положение прямоугольника.
В качестве функции оценки соответствия прямоугольника реальной границе возьмем
f (r ) =|M, - Mr | -k * D , (2)
где Mj - среднее значение цвета в rl , Mr - среднее значение цвета в rr , D - минимальный по прямоугольникам средний разброс
цвета, k - коэффициент влияния разброса.
Достоинством данного алгоритма является то, что он при поиске прямоугольника учитывает не только некоторую локальную окрестность пикселя, а некоторую область изображения. Поэтому алгоритм позволяет эффективно находить границы объектов на зашумленных растровых изображениях. Применение разработанной программной системы показало ее практическую значимость.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Baxes, G.A. Digital image processing: principles and applications / G.A. Baxes. - N.Y. (USA): John Wiley & Sons, Inc., 1994.
2. Lin, C. Building detection and description from a single intensity image / C. Lin, R. Nevatia // Computer Vision and Image Understanding: CVIU. -1998. - Vol. 72 (2). - P. 101-121.
3. Meyer-Brötz, G. Methoden der automatischen Zeichenerkennung / G. Meyer-Brötz, J. Schurmann. - München: R. Oldenbourg, 1970. - 154 р. ШИЭ
Bychkov I. V., Hmelnov A.E., Ruzhnikov G.M.,
FedorovR.K., Gachenko A.S., FereferovE.S.,
Shigarov A.O.
PROGRAM SYSTEM OF BUILDINGS MAP ACTUALIZATION
USING SATELLITE IMAGE
The authors propose the program system realizing an approach to buildings map actualization using satellite image. The approach is based on the complex use of recognition methods and hand processing.
Key words: gis technology, spatial data, geographic(al) data, pattern recognition and image analysis.
— Коротко об авторах ------------------------------------------------------
Бычков Игорь Вячеславович - чл.-к. РАН, директор, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории управления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, E-mail: [email protected],
Ружников Геннадий Михайлович - кандидат технических наук, замдиректора, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории управления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, E-mail: [email protected], тел.(3952)45-30-06
Хмельнов Алексей Евгеньевич - кандидат технических наук, зав.лабораторией, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории управления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, Email: [email protected]
Федоров Роман Константинович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории управления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, Email: [email protected]
Гаченко А.С. - кандидат технических наук, научный сотрудник, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории управления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, E-mail: [email protected] Фереферов Е.С. - научный сотрудник, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории управления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, E-mail: [email protected]
Шигаров А.О. - научный сотрудник, Учреждение Российской академии наук Институт динамики систем и теории правления (ИДСТУ) СО РАН, Иркутск, E-mail: [email protected]
