基于高分辨率影像和地形图的交通事故道路底图制作方法研究

忻 静 季惠丽 吴杭彬,3 姚连璧,3

(1.同济大学测绘与地理信息学院 上海200092；2.上海市测绘院第四分院 上海200063；3.现代工程测量国家测绘局重点实验室 上海200092)

1 引言

近年来，我国道路交通事故发生率居高不下，重特大道路交通事故频发，人员伤亡和财产损失严重。交通事故给整个社会带来的间接伤害更是无法估量，所以交通事故是否公正、客观、科学、快速地得到处理已经成为社会关注的焦点[1]。交通事故现场图作为交通事故处理中分析事故责任、恢复事故现场的一项重要依据，应该正确反映事故发生后的现场各要素之间的位置关系[2]。因此，绘制道路交通事故现场图是交通事故现场处理的重要环节。近年来，国内外采用的方法包括现场手工测量和运用各类交通事故现场绘图软件系统，例如The CAD ZONE 公司的Quick Scene 软件，此外，还有Formdocs LLC 公司等也在进行交通事故绘图系统相关的研发工作[3]。但是该类绘图系统在事故发生后全部图形都要在现场绘制调用，占时较多，且缺乏统一的行业标准，并未达到真正意义上的快速、信息化，不能做到大范围的推广应用。

在我国，目前通常做法是由交通警察制作现场记录图，这是一种勘查交通事故现场时，对现场环境、事故形态、有关车辆、人员、物体、痕迹的位置及其相互关系所作的图形记录。现场记录图是一般是在事故现场由交警徒手绘制的，要求在现场当场绘制完成，所以现场记录图的工整度不是很高,绘制速度不是很快。

本文提出交通事故道路底图的概念，系指交通事故道路底图是按照各项事故绘图标准要求描述交通路口以及路段的地图，它包含各类道路地物的图形信息和属性信息，尤其是道路的标志标线。其作用是在交通事故发生后，提供给办案民警调用，帮助实现交通事故现场快速成图，为之后的事故处理提供重要依据。

2 研究方法

道路底图采用大比例尺地形图和遥感影像叠加的方法效果较好。现有的大比例尺地形图都是统一坐标系下精度达到一定标准的地图，包含道路地面上突起的地物，但缺乏交通事故图所需的道路标志标线图形信息。道路标志标线是交通事故现场图的重要图形要素，也是事故处理的重要依据。而影像图形恰好可以提供底图所需要的道路标志标线等必要的图形信息，但是由于图像变形等原因精度不高，且缺少坐标参考系。而将两者叠加到一起，将影像匹配到地形图后，根据规范要求在两图上选取道路各类信息，即可完成道路底图的制作。

整个绘制的过程主要为数据预处理和道路底图绘制两大部分，其中数据预处理包括大比例尺地形图预处理、影像图预处理、影像和地形图的匹配，道路底图绘制包括初步内业绘图、外业调绘。具体流程如图1所示。

图1 绘图流程示意图

3 数据预处理

3.1 大比例尺地形图的预处理

现有的地形图数据多以AutoCAD 平台的dwg/dxf 文件格式存储，图形较为零乱，总结为如下问题：图形清理、悬挂点、圆弧连接、两个交叉点、超出线头等。因此需要对原有的CAD 地形图数据进行清理和纠正，以满足道路底图图形要求。图形清理主要应用Raster Design 等专业图形处理软件帮助完成。

3.2 影像数据预处理

用影像作为数据源的预处理视数据源的具体情况而定，涉及图像几何纠正、图像匹配、图像融合和图像裁剪[4-6]，以满足交通道路数据底图的绘制要求。但是有些影像数据已做过相应处理，则可省去对应的图像操作。

3.3 影像和地形图的匹配

影像一般不具备坐标系统，因此利用地形图与影像的特征点将两者进行配准便于后面进一步加工绘图。采用Raster Design 软件的配准工具，分别在图像和地形图上选取一一对应的控制点，选取3个以上点就可匹配。在选择控制点的时候应注意：1）选取明显地物点，尽量紧贴地面地物的边缘、转角等，避免选择屋檐等有投影差的点。2）选取的控制点分布均匀，避免选取同一地块内的多个点。3）在选取的同时，对话框会自动计算误差，对于出现的误差较大的点应及时删除，以免影响整个图片的匹配结果。

4 道路底图绘制

4.1 初步内业绘图

经地形图和影像数据的预处理，得到地形图与影像的叠加图，在叠加图的基础上开始绘制道路底图。即将道路上的地物标志符号化并赋予属性，生成符合规范需要的交通道路底图。

道路底图的绘制功能由在CAD 基础上二次开发的绘图功能实现。将匹配好的叠加图导入CAD，利用自行设计的绘图系统进行道路标志的数字化，结合两种数据源初步的内业绘制分两步进行。

第一步是将地形图中的道路边缘线、点状地物、隔离带、隔离栏、隔离水马等道路图形转绘成符合道路成图规范的图形，并同时复制到基线给予属性。

第二步是遥感影像的判读，将其作为背景，利用绘图系统直接在栅格的遥感影像图绘制出道路标志标线、导流带等地物，手工矢量化道路数据，完成交通道路底图的绘制。

4.2 外业调绘

由于现代社会发展迅速，道路的建设也是日新月异，有些情况下影像上的道路描述和实际情况有所偏差，所以在绘制完成后还需到实地进行确认以及进行简单的调绘。

作为交通事故道路地图其绝对精度要求不高，相对精度要求较高，因此可采用简易直接补测法进行外业调绘[4]。调绘内容包括量取标志标线的间隔、道路标线的颜色、采集路面的箭头标志、更新路名等，以此修改相关地物的位置、属性。调绘的工具为普通皮尺和激光测距仪。

在道路标志变化不大时，以道路边缘为基准用皮尺和测距仪为工具进行比较测量。只需测得道路标志标线的相对宽度，对不符合的数据进行平移。而对于变化较大而不能采取简单的平移修改道路数据时，采用距离交汇法，在两个固定地点对地物测距，交汇得到变化地物的位置。

在车辆多且行驶速度快的危险路口，研究采用激光测距仪进行数据采集，所用的测距仪应为莱卡公司的，自带摄像头，能够准确对准所测地物。为了得到更加精确的数据，将测距仪安置在照相用的三角架上，固定位置的同时可以对测距仪的位置和角度进行更加精确的调整，类似于全站仪。

5 实例应用

以上海市浦东陆家嘴地区的普通道路为例，采用数据源分别是1∶500 地形图和2004年的Quick－Bird 全色影像数据，分辨率达到0.61m。地形图的坐标参考系为上海城市坐标系。道路要素的绘制采集主要遵从国家标准，包括：《道路交通事故现场图形符号》（GB11797-2005）、《道路交通标志和标线》（GB5768-1999）、《道路交通事故现场图测绘》（GA49-93）。

遥感影像的预处理包括影像融合和裁剪。作为数据源的遥感影像已做过几何纠正，所以此处不做纠正。为了能容易的辨别地物，方便数字化，将这两种影像进行融合处理。当对遥感影像进行了融合之后，就可以依照地形图的区域范围，对遥感影像进行粗略的裁剪，从而获得与地形图范围同样大小的影像区域。地形图的预处理主要利用Map 3D的图形清理工具，对原始地形图进行删除短对象、清理多线段、打断交叉对象等图形清理。而后将地形图和影像匹配起来，本文选取了路口的5个控制点进行匹配，最大误差控制在0.5 cm 以内。

数据预处理之后，开始在叠加的图形上数字化绘制交通道路底图，主要绘制内容为影像上可分辨，地形图上已存在的道路信息，比如道路边缘线、点状地物、隔离带、隔离栏、隔离水马、道路标志标线、导流带等。

经过内业绘制，已经基本绘制了该路口的标志、标线和基本地物，由于CAD 地形图已经具备较高的坐标精度，因此新绘制的标志标线和地物也已经具备坐标信息，为交警处理交通事故时的GPS 数据接入提供可能。

最后到现场进行外业调绘，在笔者的实验中，实验区域的变化不大。经调绘，纠正了道路标线的颜色、路面的箭头方向和形状、标志标线的位置。见图2。

图2 道路地图绘制

6 结论

笔者所研究的以影像和地形图为数据源的交通道路底图制作方法，通过具有代表性的道路底图绘制实例进行验证，证明整个绘图过程实际可行，不仅所生成的道路底图数据内容严格按照各项国家标准，数据相对精度高，而且整个绘制过程耗费人力物力少。道路底图能够在事故现场直接调用，其应用能够节省绘制现场图的时间，提高交警的工作办案效率，具有实际应用价值。

如果采用航空影像则其分辨率和精度会更高，因此在各城市进行航测成图时，充分利用航空影像中的标志标线信息制作城市的高精度的用于事故现场成图的地图数据库，对交通事故的快速处理以及事故的处理分析具有重要意义。

[1]闫玉.交通事故信息管理及其与事故再现一体化[J].哈尔滨工业大学学报,2008.

[2]牛学军.道路交通事故现场勘查[M].北京:中国人民公安大学出版社,2007.

[3]袁泉,裴剑平,李一兵.用于事故再现的道路交通事故现场图绘制系统[J].计算机工程,2005(6):206.

[4]王红莲.航测外业调绘方法应用思路研究[J].科技创新导报,2010（30）:106.