摘 要

本文首先介绍了我国高速公路的发展历史，同时发现高速公路的事故率非常高，并分析出新手成为造成高速公路事故的主要人群。高速公路的高危险性导致无法在实际交通环境对新手驾驶员进行培训和考核，所以迫切的需要一种模拟驾驶系统能模拟高速公路上的真实交通环境，这样既能保证新手驾驶员的安全，又能提高其在高速公路的驾驶技能。而对高速公路进行三维实景建模是开发模拟驾驶系统的基础。

在本文第二章先研究了遥感影像中高速公路特点，道路非常宽，图像灰度化后的灰度值与周围的景物有明显的差异，我们将遥感影像经过对比度增强，灰度化，迭代法求阈值并进行分割，形态学去噪等步骤最终实现了高速公路的道路信息提取。道路提取对电子地图的制作的意义重大，在三维实景建模时，能突出强调道路边界信息，对于建立模拟驾驶系统的意义重大。

为了对高速公路及其周围进行地形建模，在第三章我们对数字高程模型进行了研究，并对如何获取和处理高程数据进行了一一介绍，并从Bigemap软件上下载了已经处理好的高程数据，使用Matlab绘制出了相应的地形表面。

在第四章中，我们先下载好高速公路及其周边的地面纹理数据，再结合其高程数据，使用ArcGIS进行映射处理生成了初略的三维实景模型。接着对生成的模型进行了优化，对高速公路旁主要景物树进行了建模；再从Bigemap软件下载周边的建筑物的轮廓图，结合高程信息进行拉伸，生成了建筑物模型。最后生成了真实感较强的高速公路三维实景模型。

关键词：高速公路；道路提取；数字高程模型；三维实景；

Abstract

This paper first introduces the development history of expressway in our country, and finds novice drivers who should be responsible for high accident rate of expressway. Due to high risk of expressway when driving in highway, it is impossible to train or evaluate novice drivers in the actual traffic environment. So there is an urgent need for a simulated driving system to simulate the real traffic environment on the expressway, which not only ensures the safety of the novice driver, but also improve their driving skills in the highway. The 3D real modeling of the highway is the basis for the development of the simulated driving system.

In the second chapter of this paper, we study the characteristics of expressway in remote sensing image, and we find the gray value of highway after graying the remote sensing image is obviously different from that of surrounding scenery. We first enhance the contrast of image. Then gray it, and get the threshold between highway and its surrounding scenery. Finally we extract the road information. Road extraction is of great significance to the production of electronic maps. In the three-dimensional real modeling, it can be used to highlight the information of road boundary, which is of great significance to the establishment of simulated driving system.

In order to model the topography of the expressway and its surroundings, in the third chapter, we study the digital elevation model and focus on how to get and process elevation data. Finally, we download the elevation data that has been processed well by Bigemap and draw the terrain surface. We the elevation data has been processed by Bigemap and draw the terrain surface by Matlab.

In the fourth chapter, we first download texture data of the expressway and its surrounding ground, combined with its elevation data, using ArcGIS to generate a preliminary three-dimensional real model. For optimizing the model, we first model the tree around the expressway. Then we download the outline of the building. Combining the elevation information, we model the building around the expressway. And finally we generate a three-dimensional real model of the expressway with high reality.

目录

第1章 绪论 1

1.1 论文研究背景和意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 1

1.3国内外研究现状 2

1.3.1 道路提取研究现状 2

1.3.2三维实景建模的与模拟驾驶器研究现状 5

第2章 遥感影像提取道路信息 6

2.1遥感影像的获取 6

2.2道路及其在遥感影像中的特征 7

2.2.1 道路的种类 7

2.2.2高速公路及其主要优点 7

2.2.3 遥感影像的高速公路特征 8

2.3遥感影像中的高速公路提取方法 10

2.3.1　图像预处理 10

2.3.2　二值化图像获取 13

2.3.3 去除噪声 15

2.3.4 提取结果分析 19

第3章 高速公路的周边地形的三维建模 21

3.1数字高程模型DEM 21

3.1.1 DEM的定义和种类 21

3.1.2 DEM特点 23

3.1.3 DEM的数据采集方法 24

3.1.4 DEM的建立 24

3.2 地形简化技术 32

3.3 获得三维地形的过程 33

3.3.1 bigemap和global mapper介绍 33

3.3.2高程数据获取过程 34

3.3.3利用MATLAB画出相应的地形图 36

第4章 高速公路的三维实景建模与实现 38

4.1 公路与周边景物和建筑物的三维建模 38

4.1.1 公路建模 38

4.1.2周边景物和建筑物建模 39

4.2対生成的三维地形图进行纹理贴图 40

4.2.1纹理数据的获取 40

3.2.2纹理贴图 41

4.3 三维实景建模软件的介绍 42

4.3.1 ArcGIS软件介绍 42

4.3.2 3ds max建模软件介绍 42

4.3.3 ArcGIS与3ds Max的交互性 43

4.4 高速公路的三维实景的构建 43

4.4.1基于二维GIS数据的三维实景模型构建 43

4.4.2基于遥感影像图的三维实景模型构建 44

4.5 基于模拟驾驶的三维实景的优化 47

4.5.1 模拟驾驶与虚拟现实 47

4.5.2将主要景物导入三维实景模型中 48

4.5.3将建筑物模型导入三维实景模型 49

第5章 总结与展望 51

5.1 研究的总结 51

5.2 研究的进一步发展方向 51

参考文献 52

附录 56

致谢 63

第1章 绪论

1.1 论文研究背景和意义

1.1.1研究背景

沪嘉高速公路，作为中国大陆建设的第一条高速公路，于1984年开始建设，最后于1988年建成通车，标志着中国高速公路的时代的到来^[1]。由于中国经济于改革开放后持续高速增长以及中国的综合国力的不断增强,而经济发展又离不开交通便利性的发展，使得中国的高速公路经过接近30年的快速而又持续的发展，截至2013年末，我国高速公路通车总里程出现了历史性跨越，总里程已经超过10万公里，总量仅次于美国，名列世界第二位，近十年来，年均增长率一直保持在10%以上，虽然增率在下降，但是当前的绝对增量依然是很强劲的。与此同时,随着高速公路的不断发展，交通的便利性增强，私家车已经快成为中国家庭的标配，同样是截至2013年末，中国汽车保有量已经达到1.35亿辆,驾驶员的数量已经超过2.19亿人,平均每年还会增加2100万新的驾驶员。