[发明专利]一种基于矢量引导的无人机影像道路损毁评估方法

权利要求书

1.一种基于矢量引导的无人机影像道路损毁评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，矢量道路网数据与无人机影像数据配准；

步骤2，无人机影像道路面边缘提取；

步骤3，对步骤2提取的道路面边缘进行形态学处理，形成多个连通域，其中一个连通域就是一个完整的道路面；

步骤4，在矢量引导下生成种子点，再以种子点为基础对连通域进行填充，形成道路面；

步骤5，道路损毁情况评估，依据步骤4中道路面的个数、道路的长度、道路的宽度、道路面的总面积，对道路的损毁进行评估，计算出道路损毁的评估值。

2.根据权利要求1所述的一种基于矢量引导的无人机影像道路损毁评估方法，其特征在于：步骤2中采用具有双边阈值特性的canny算子提取道路面边缘，具体实现方式如下，

(2-1)采用缓冲区的方式确定无人机原始影像上裁剪的范围，其中缓冲区的宽度根据道路的宽度设置；

(2-2)道路裁剪，利用缓冲区作为裁剪模板，将落在裁剪模板区域内的像素保留，落在裁剪模板区域外的像素值置为0，得到道路裁剪后的图像；

(2-3)对(2-2)中的图像灰度化，变换的公式如下：

Gray＝(R*299+G*587+B*114+500)/1000 (1)

其中R、G、B分别代表原始彩色图像的红绿蓝三个波段的值，Gray代表变换后的灰度值；

(2-4)对灰度化的图像进行中值滤波，采用一个3*3的窗口，取窗口中9个像素值的中位数作为窗口中间的像素值，达到滤波的效果；

(2-5)canny算子提取道路面边缘，实施过程如下：

(a)采用两个阈值threshold1和threshold2分别对中值滤波后的图像做梯度运算，且threshold1threshold2，保留梯度值大于阈值的像素点作为候选边缘，threshold1确定出来的边缘为edge1，threshold2确定出来的边缘为edge2；

(b)以edge1为基础，将和edge1相连的edge2并入edge1，并以合并后的edge1为基础，继续合并，重复此过程直到没有和edge1相连的edge2。

3.根据权利要求1所述的一种基于矢量引导的无人机影像道路损毁评估方法，其特征在于：步骤3的具体实现方式如下，

(3-1)以一个结构元素对初始道路边缘做闭运算，闭运算的公式如下：

公式中，A是原始边缘图像，B是结构元素，闭运算就是先用B对A进行膨胀操作，之后再用B对A进行腐蚀操作；

(3-2)为了使边缘更加精细化，以另一个结构元素，通过以下约束原则将边缘细化成单像素的细线：

i)去除该点将改变连通性；

ii)去除该点将使线变短；

只有满足以上两种情况中的任意一种时，中心点像素才不能变为0。

4.根据权利要求1所述的一种基于矢量引导的无人机影像道路损毁评估方法，其特征在于：步骤4的具体实现步骤如下，

(4-1)在矢量数据的引导下，每隔m米生成一个种子点，作为连通域填充的起始种子点；

(4-2)以种子点为基础进行漫水填充，生成道路面；从第一个种子点开始，依次把各连通域进行填充，并按从1到n的顺序进行像素点标记，同一个连通域的像素标记成同一个数字；在标记的过程中，如果一个种子点所在的像素已经被标记过了，说明连通域已经被标记过了，则跳过该种子点，直到所有的种子点都遍历完成；在种子点生长过程中，设定一个阈值，防止落在道路面外的种子无限填充，达到这个阈值后，如果填充还没有终止，则认为这个种子点落在了道路面之外，将该种子点的所有生长点像素都重置为0，并把填充流程转向下一个种子点。

5.根据权利要求1所述的一种基于矢量引导的无人机影像道路损毁评估方法，其特征在于：步骤5的具体实现方式如下，

(5-1)道路损毁点个数评估；统计道路面的个数，它等于最后一个被填充的连通域像素值的标记值，道路损毁点的个数就等于道路面的个数减1；

(5-2)道路损毁面积评估；通过比对道路受灾前的面积和道路受灾后的面积，间接评估出道路的受灾面积，具体步骤如下：

(a)道路受灾前面积计算；道路受到灾害损毁前，道路是完整的，道路的面积等于道路的长度和宽度的乘积，计算公式如下：

S_灾前＝L*d (3)

其中，S_灾前为灾前的面积，L为道路的长度，d为道路的宽度；

(b)道路受灾面积评估；道路受灾后，道路面破碎成多个道路面，计算多个道路面面积相加的和，得到受灾后的道路面积，首先依据如下公式计算每个道路面的面积：

S_i＝Ni*s (4)

其中，S_i为第i个道路面的面积，Ni为第i个道路面所含像素值的个数，s为每个像素值的面积，等于分辨率的平方；

最后再计算灾后道路面的总面积，计算公式如下：

S_灾后＝S₁+S₂+…+S_n (5)

其中，S_灾后为道路受损后的总面积，S_n为第n个道路面的面积；

(5-3)道路受损面积百分比评估，依据如下公式计算道路受损面积的百分比：

受损百分比＝(S_灾前-S_灾后)/S_灾前 (6)。