基于GIS和图像识别的城市井盖管理研究

杨帮源

（1.电子科技大学，四川 成都 611731）

基于GIS和图像识别的城市井盖管理研究

杨帮源1

（1.电子科技大学，四川 成都 611731）

以市政井盖为主要管理对象，利用GIS与图像识别技术，以地理数据信息为载体，对市政井盖网数据进行整合，实现了对井盖的自动分类和识别，并实时监测沿线的井盖信息、资料查询、地图信息位置管理，为市政系统对井盖的维护和定期监测提供了应急和数据保障。

GIS；图像处理与分类；市政井盖管理

随着我国的城市设施日益发展完善，市政系统的给排水、燃气热力、电力通讯等管线设施不断增加，路面上的各种入孔井盖也越来越多[1]。近年来，由于井盖的管理存在问题，各地发生很多伤人、损车事件，给市民的出行安全带来不好的影响，也给社会管理带来一些问题。如何加强城市市政井盖设施的管理已成为相关部门的一个问题，引起了有关市政设施管理部门的重视。

GIS是基于计算机来管理和研究空间数据的技术，并可以以图形、地图的形式展示数据。将市政井盖管理与GIS相结合，以空间数据和地图信息作为基础，对市政井盖进行实时监控、险情排查、安全维护、井盖详细地理位置信息查询，更好地实现了市政井盖系统的数字化管理。

1 数据的采集和要求

1.1 数据的采集

1）地形数据。包括井盖所在道路及两侧建筑物的地形数据，如道路名、权属注记等[2]，以保证井盖的空间信息准确。

2）井盖的测绘普查确定。利用GPS进行井盖的位置（X，Y坐标或经纬度）测量，并对每个井盖进行拍照、人工编码，类似于给每个井盖一个“身份证”，作为数据入库的重要依据。

3）采集井盖的其他详细信息。记录井盖的类别（自来水、雨水、污水、电力等）、制造厂名称、商标、生产日期及其产品型号、井盖等级（井盖分A、B、C、D 4个等级，分别对应特种道路场所、城市道路、小区道路和不能停驶的道路）。

1.2 数据采集要求

1）数据标准制定。要求符合相关的规定，并能准确反映现在的市政井盖网的地理位置和空间特征。

2）数据格式。要求Shape格式，在本文件中，空间数据存储在Shape格式的二进制文件当中。Shape文件由同一目录下，拓展名分别为．shp、．dbf、．shx的3 个名称相同的文件组成[3]。

3）属性数据入库。上述有关井盖的详细信息由Access进行管理。

2 井盖图像识别

有了市政井盖系统，单个井盖定位维护将会十分方便快捷。但是，当需要对井盖数据进行批量应急处理时，速度还是不够快，本文提供的井盖图像识别方法可以解决这一问题。先对井盖数据进行分类，然后再逐个定位维护，这将在很大程度上提高城市市政井盖系统实时监控的数字化操作效率。图像识别技术流程如图1所示。

图1 图像识别技术流程

1）图像预处理。先对图像进行灰度化和二值化，再进行去噪声处理。去噪处理通常采用增强型滤波方法，该方法分为空间域滤波和频率域滤波2类。

2）图像定位。根据井盖的图像特征提取有效信息，就是井盖中间位置的汉字，类似于“电”、“水”、“暖”等。根据不同的图像特征，采取不同的定位方法，这是一种基于颜色分割的图像边缘检测方法，也是基于小波变换、属性形态学和灰度图像纹理分析的图像定位方法。文本采用灰度图像垂直投影法对图像进行分割，根据其波峰、波谷进行定位，找到相对应的文字，其灰度垂直投影结果如图2所示。

图2 井盖垂直投影图

3）图像特征提取。对井盖图像的边缘特征进行提取，边缘特征指的是灰度图像不连续、颜色与纹理突变等。特征提取常采用边缘算子检测的方法，可提高图像识别效率。常用的边缘检测算子有Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子以及Istropic Sobel算子等[4]。

4）图像识别。图像的识别通常用模板识别和BP神经网络2种方法，本文采用模板识别法。其过程为字符模板制作、字符模板归一化、字符识别。用已识别的各类井盖图像作为字符模板，然后将这些模板一体化，将采集的任意井盖图像与模板内的字符进行比较，如果满足其阈值设定要求，则说明该井盖图像为模板内某井盖类别。

3 市政井盖管理系统设计

3.1 系统结构设计

本文采用C/S（客户端/服务器）3层结构模式，分为数据层、逻辑业务层、应用层，如图3所示。

1）用Access进行后台数据库管理，实现属性数据和空间数据的统一管理。

2）运用ArcGIS Engine组件调用ArcSDE数据库的引擎，运用VS开发平台进行系统的框架搭建和主要功能模块的实现。

3）由市政井盖管理系统各个功能模块组成的客户端作为应用层，实现人机交互的外部用户界面。

图3 城市市政井盖管理系统结构图

3.2 系统模块分析

1）地图操作。系统具有放大、缩小、漫游、中心放大、中心缩小、测距等GIS基本功能[5]。系统的数据结构采用的是关系数据结构，用户能够自由地操作地图，使井盖的地理位置、相关信息得到详细的表现。

2）查询引擎。用户查询操作可以获取井盖相关数据，如地理位置、生产厂家、生产时间、井盖类别及其所属部门等。

3）图像识别。当批量输入井盖图像数据时，可以先进行识别分类，然后再进行详细查找操作等，这样在一定程度上提高了井盖数据的应用效率。

4）实时监测。系统数据库中保存了井盖的使用年限信息，当到达一定年限时，系统会提示快到期井盖的具体信息并联系相关部分进行处理，并按照指标进行等级标注，实现对整个井盖系统的动态监控。

5）系统维护。系统维护包括用户权限管理、数据录入、数据更新、系统帮助等[6]。

4 结 语

基于GIS和图像识别的城市井盖管理系统以其先进的图形显示分析功能、井盖图像识别功能为市政井盖现代化管理、应急处理和决策提供了保障[7]。在今后的城市建设改造中可以减少井盖的安装、降低管理费用、提高管理效率和降低行政风险，更好地为市民服务。

[1] 郑丰收,周文,宋永明．城市井盖智能化管理[J]．测绘通报,2013(增刊)：55-58

[2] 沈亚妮．排水管网数据采集和建库方法的研究[J]．测绘与空间地理信息,2014(10)：196-198

[3] 王中辉,闫浩文,程东．门牌空间数据的采集及建库方法研究[J]．测绘与空间地理信息,2010,33(5)： 46-48

[4] 胡小峰,赵辉． Visual C++/Matlab图像处理与识别[M]．北京：人民出版社,2004

[5] 刘旭林,赵文芳,刘国宏．基于WebGIS的气象信息显示和查询系统[J]．应用气象学报,2008,19(1)： 116-122

[6] 卢正,毕旭东．天然气管线信息系统的设计与开发[J]．西南石油大学学报：自然科学版,2009(8)： 173-175

[7] 翟娜．天然气管道网管理GIS的研究设计[J]．测绘标准化,2010,26(2)：23-25

P237

B

1672-4623（2016）04-0058-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.019

杨帮源，硕士，研究方向为空间信息共享以及资源与环境遥感。

2015-04-03。

项目来源：国家自然科学基金资助项目（41371399）。