一种顾及道路交通流量语义信息的路网选取方法

交通流量是反映城市道路重要性以及城市道路在交通运输中发挥现实作用的重要指标。结合人类出行轨迹数据和路网数据,在充分考虑道路的几何特征(即长度、拓扑连接、分布密度、接近中心性和中介中心性)、属性特征(即道路等级)的基础上,进一步考虑道路长周期的周平均交通量这一衡量道路重要性的语义特征指标,提出了一种顾及道路交通流量语义信息的路网选取方法。首先,根据格式塔准则的连续性和方向一致性构建道路选取的基元——stroke单元;在此基础上,统计这些stroke单元的几何特征、属性特征指标,并结合移动轨迹数据计算各stroke单元的周平均日交通量作为道路选取的语义特征指标。然后,探测不同特征指标的熵值变化以确定不同道路选取指标的权重,并定义道路重要性评价的综合指标,对城市路网进行综合选取。最后,采用武汉市路网数据和出租车轨迹数据对该方法进行验证。实验表明,该方法能够保持原始路网的连通性和整体路网骨架,同时选取结果能够刻画出发挥重要职能的路段,反映人们的出行规律特征。此外,该方法可以发现道路网中设计等级较高但是实际中使用率却很低的路段,可为道路网的评价与规划等应用提供参考。     

结合引力场理论的道路自动选取方法

针对复杂网络模型被广泛应用于道路选取的研究中,少有方法顾及道路网对偶图中多级邻居节点的影响,导致对道路的重要性评价缺乏准确性和可靠性的问题。该文将道路网对偶图节点的结构特征值视作质量,将节点间的最短距离视作距离,结合引力场方程实现道路自动选取,较好地将道路网对偶图中多级邻居节点的影响纳入到道路重要性的计算中,从而实现对道路重要性的准确评估。通过对兰州市城关区的路网进行实验,结果表明本文方法所选取的路网较好地保持了原始道路网的整体结构、覆盖范围、密度分布、拓扑特征和连通性。     

顾及道路目标stroke特征保持的路网自动综合方法

地图综合中道路网选取通常要考虑道路的属性等级、几何形状、分布密度、通达性等,常规方法只能顾及部分指标评价对象(弧段、节点或网眼)的重要性,在此基础上按照"资格"法线性选取,由于缺乏顾及道路网空间分布信息的有效手段,造成原有空间分布特征被破坏。本研究将描述道路完整地理意义的stroke特征引入选取过程中,提出一种顾及道路目标stroke特征保持的路网选取方法,即构建道路网stroke特征并评价重要性,在按stroke重要性线性选取的基础上增加约束条件,包括等级约束条件和空间邻近关系约束条件,从而将空间分布信息与属性、几何及拓扑信息有效地结合在一起。试验表明,该方法保留重要道路目标的同时,也较好地保持了原有空间分布特征。     

车辆轨迹信息的道路属性粗糙集定权模型

针对利用道路自身属性来计算重要度,并进行道路选取时产生的路网不连通、道路悬挂等问题,该文提出一种新的道路属性定权模型。结合轨迹大数据与道路自身属性,以路段为基本单位,选取道路长度、连通度、网络密度、车流量、平均车速、偏好系数6项属性作为道路重要性的衡量指标,采用基于牵引程度的离散化方法,实现指标数据的离散化,利用粗糙集确定属性权重。基于武汉市车辆的轨迹数据和道路数据的实验结果表明,该文模型计算得到的重要性值更符合实际情况,以该重要性进行道路选取时,有效地解决了路网中一些道路由于自身属性较小,使得重要度计算较小,导致道路选取时被舍弃,产生的路网不连通、道路悬挂等问题。     

车辆轨迹数据提取道路交叉口特征的决策树模型

众源车辆轨迹数据隐含最新的道路分布信息,研究利用轨迹数据提取道路特征有益于基础路网数据的快速建库与更新。道路网由交叉口和连接交叉口的道路线构成,其中交叉口特征识别是整个道路网生成的关键。由于缺乏精细的交叉口识别模型,轨迹数据生成的道路网容易出现路口遗漏、结构失真等现象。针对这一问题,本文提出一种利用轨迹数据提取道路交叉口的方法。首先,分析车辆在交叉口与非交叉口区域移动轨迹几何形态及隐含动力学特征的变化情形;然后,利用决策树方法构建轨迹片段分类模型,并结合移动开窗式的轨迹线剖分模型建立交叉口区域变道轨迹片段提取方法;最后,依据Hausdorff距离对交叉口区域轨迹片段进行聚类,并提取中心线获得完整的道路交叉口结构。采用真实的车辆轨迹线作为测试数据,验证了本文提出方法的有效性。     

顾及结构和几何特征的道路自动选取方法

提出了一种顾及结构和几何特征的道路网自动选取方法。综合考虑道路的度中心性、集聚系数和路划的几何长度等道路选取影响因素,提出一种道路重要性评价方法。实验结果表明,本文方法能够很好地保持选取道路网的整体与局部结构、拓扑结构以及路网连通性。基于该方法,由大比例尺地图选取出的小比例尺地图与相应标准比例尺地图保持较高的一致性,表明该方法是稳定可靠的。     

顾及轨迹密度分布异质性的道路交叉口提取方法

车辆轨迹大数据为道路网生成与更新、道路状态信息感知提供了新机遇,从轨迹数据中准确提取道路交叉口是基于车辆轨迹数据构建精细化道路网地图的关键步骤。当前已有学者根据轨迹点的转向、速度变化等特征,基于空间聚类提出了一些道路交叉口识别的经典方法,但由于轨迹数据密度分布的异质性、噪声干扰及最优聚类参数设置等问题,从不同采样频率、分布密度的轨迹数据中提取不同大小、形态的交叉口仍是一个挑战。为此,本文首先针对轨迹密度的空间分布异质性提出基于层次划分的轨迹栅格化策略,进而从视觉角度出发,提出一种基于“转换-分割-优化”全流程的道路交叉口层次提取方法。通过对不同采样频率的真实轨迹数据进行试验分析,验证了本文方法对低频轨迹数据中道路交叉口提取的准确度与有效性,识别结果优于现有代表性方法。     

加权网页排序算法在道路网自动选取中的应用

针对现有算法在计算道路网节点重要度时忽略节点间的相互影响以及道路密度引起的重要度异常等问题,提出了一种基于加权网页排序算法的道路网自动提取方法。首先将道路连接成路段,以路段为网络节点,道路交叉作为节点连线,路段长度作为边的权重,将道路网抽象成有向有权图;然后利用加权网页排序算法计算有向有权图节点的重要度,并利用链接作弊检测的方法修正由道路密度引起的节点重要度异常,得到道路节点的最终重要度排序,从而完成道路网的提取。通过真实路网数据进行实验分析,结果表明,相对基于网络中心性的方法,该算法的提取结果能够更好地保留原始路网的密度差异和整体结构。     

城市道路网面域层次结构特征的识别与表达

层次性是道路网一个重要的空间结构特征,文中提出一种城市道路网面域层次结构特征的识别与表达方法。首先以路链为基本单元对道路网数据进行重新组织,选取连通度、接近度、中介度和长度对路链的结构特征重要性进行评价;然后以道路网眼作为表达道路网面域层次结构特征的基本单元,依据路链的属性等级、结构特征重要性以及视觉对称性原则,依次选取路链对道路网最大包络区域进行层次剖分从而获得其包含的各级层次道路网眼;最后利用二叉树模型对道路网眼之间的层次关系和邻接关系进行结构化表达。实验结果表明,所提方法能够完整提取出道路网包含的全部道路网眼并准确建立它们之间的空间关系,其结果能较好地反映道路网面域的层次结构特征。     

运用约束Delaunay三角网从众源轨迹线提取道路边界

运用众源车辆轨迹数据提取道路信息需要解决轨迹点采样稀疏、高噪音、密度差异大等问题。为此,本文提出一种运用约束Delaunay三角网从车辆轨迹线集中提取道路边界的方法。首先,通过三角形边长度和Voronoi面积等几何特征表达轨迹点分布的聚集性差异,并将这两种不同几何维数的控制条件集成建立道路边界识别模型,运用"种子点"区域扩展方法实现道路边界的精确提取。最后,运用北京市出租车GPS轨迹进行试验,结果表明该方法适于车辆分布频率悬殊、时间跨度不同、道路网结构复杂的轨迹线数据处理。     

顾及交叉路口和车辆模态的轨迹重构与分析

由于数据传输和存储成本的限制,大多数轨迹数据采样率低且不确定,而城市精细模型往往需要高频轨迹数据,例如,微观交通碳排模型需要时间间隔为1 s的轨迹数据。因此,对低频轨迹数据进行高频重构有非常重要的意义。提出了一种顾及交叉路口和车辆模态的轨迹重构方法,采用高频轨迹数据训练车辆运动模态的理论概率模型,结合交叉路口来确定低频轨迹点之间的模态序列,并通过遗传算法求解理论概率模型来完成各模态时间和距离的分配,进而完成轨迹点的高频重构。结果表明,所提方法重构轨迹的均方根误差（root mean square error,RMSE）值相较于传统的数学插值方法降低了62.9%,相较于未考虑交叉路口的模态方法,降低了12.2%。因此,该方法在低频轨迹数据重构中具有很好的应用价值。     

利用路段连接图识别道路网中的格网模式

提出一种基于路段连接图的格网模式识别方法.该方法以路段连接对作为研究的基本单元,以节点路段为点,路段的连接为边用路段连接图表达道路网.将在道路网中识别格网转化为在路段连接图中搜索格网回路.提出了描述路段连接对几何与连接关系的5个参量,用于筛选图中符合格网特点的节点和边.设计了图搜索的约束条件,使用广度优先遍历搜索连接关...     

网络约束下局部空间同位模式的扫描统计方法

空间同位模式挖掘旨在发现空间数据库中频繁发生在邻近位置的地理事件。由于空间异质性,地理事件在不同区域邻近出现的频繁程度亦存在差异,进而形成局部同位模式。现有局部同位模式挖掘方法多基于欧氏空间的平面假设,难以客观揭示网络空间（如城市道路）内地理事件间的局部同位规律,因此基于空间扫描统计思想,提出了一种网络约束下的局部同位模式挖掘方法。首先,发展了网络约束下的路径扩展方法,识别可能存在局部网络空间同位模式的候选路径;其次,基于网络约束下的二元泊松分布构建显著性检验的零模型,判别候选路径中局部网络空间同位模式的有效性。通过模拟实验与北京市出租车供需模式分析,发现该方法比现有方法得到的结果更精细、更客观,能够有效地挖掘网络约束下的局部同位模式。     

时空轨迹多层级相似子段匹配方法

轨迹子段匹配是轨迹数据挖掘的重要手段,针对其计算复杂度较高、受噪声影响大的问题,提出了一种融合自适应希尔伯特地理网格编码的多层级轨迹编码树结构,在可接受的建树代价下,形成了从轨迹整段到最小片段的层次化组织形式和子段从属关系表达结构,并在轨迹片段编码树的基础上,设计了相似子段匹配算法,将复杂的空间计算转化为空间编码的字符串前缀匹配操作,极大地降低轨迹子段匹配的计算复杂度。实际轨迹数据的实验表明,在不影响匹配准确率的前提下,提出的子段匹配方法的效率与基于经典距离的相似性度量方法相比,有超过一个数量级的性能提升。     

面向道路积水动态可视化的多源数据集成方法

随着城市化进程的不断加快及暴雨等极端天气的时有发生,道路积水问题愈发严重,影响了市民的出行和城市正常运行,因此有必要对道路积水信息进行动态可视化,而数据的集成与管理是从多源数据到道路积水信息的关键一环。为了更加直接有效地表达道路积水信息,提出了面向城市内涝动态预警可视化的多源时空数据集成与管理方法,构建了道路积水时空数据模型,探讨了积水数据与道路数据的匹配方法,并设计了面向道路积水动态预警的原型系统,实现了道路积水深度的提取与发布。以南京市主城区某区域对该方法进行了实验案例分析,实验结果表明,提出的数据集成与管理方法在进行道路积水可视化时具有一定的可行性。     

利用道路网眼实现路网的增量式更新

获取现势性的交通道路数据是数字城市和智慧城市建设的基础,基于传统测绘的道路网更新方法存在一定局限性,而基于众源数据及行车轨迹数据更新道路网近年来则倍受关注。首先提出了一种新的道路变化增量更新方法,该方法先对历史道路网建立面拓扑结构,生成由道路网组成的最小闭合面域（道路网眼）;然后以道路网眼为基本控制单元,综合利用轨迹点上下文距离信息和隐马尔可夫模型（hidden Markov model,HMM）,提取失配轨迹点和失配轨迹段;最后采用缓冲区分析和最大密度法对失配轨迹提取骨架线,创建新增道路,增量更新历史道路网。实验结果表明,以道路网眼为控制单元,利用轨迹点上下文距离分析和HMM捕获失配轨迹点,可提高失配轨迹点的提取效率,改善道路网更新效果。该方法可用于大规模路网的增量式更新。     

一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法

为解决大数据量带来的热力图生成效率低的问题,引入基于图形处理器(graphic processing unit,GPU)的并行计算方法,并结合轨迹线模型,提出了一种利用GPU加速的轨迹线热力图生成显示方法。首先,针对轨迹点分布不均、邻域半径设置不合理等条件下产生的热力值不连续、不均等问题,采用轨迹线模型提升了热力图的效果。其次,针对大规模数据计算产生的热力图生成效率低的问题,通过GPU并行计算并配合内核函数参数调优、循环展开、像素缓冲对象显示等策略大幅提升算法计算效率。实验结果表明,所提方法较传统的基于中央处理器（central processing unit, CPU）的方法计算效率提升了5~30倍,且随着图像分辨率和轨迹数据的增加,算法加速比有逐步上升的趋势。     

路网环境下的混合数据最近邻查询算法

路网环境下的k最近邻查询方法在地理信息系统、智慧城市、数据挖掘、医疗营救和物流配送等领域都有着较为重要的作用,已有路网环境下的最近邻查询方法无法直接解决查询对象为点而数据对象为点和线段混合的复杂数据的近邻查询问题,为了弥补已有方法的不足,提出了路网环境下混合复杂数据的最近邻查询算法。将查询过程分为预处理、数据集约减和数据集精炼3个部分,并与3种对比算法进行对比实验,研究了测试数据对象的数量、路网规模的大小对中央处理器运行时间以及输入/输出代价的影响。结果表明,所提算法能有效地处理路网环境下混合数据的最近邻查询问题。     

多源空间大数据场景下的家装品牌线下广告选址

合理进行线下广告牌投放位置的选择对商家宣传品牌以及扩大营销市场具有十分积极的作用。由于商业数据较难获取,以往研究多停留在宏观理论层面,未能对线下广告选址的实际布局进行细尺度分析。以北京为研究区,通过耦合某大型家装品牌线下广告到店转化率和路网、感兴趣点数据等表征地理特征和商业经济特征的多源空间数据,构建了基于随机森林的广告到店转化率预测模型（$R^{\mathrm{2}}$=0.758）,得到该品牌连锁家装商店在北京市广告选址适宜性空间分布结果,并对各影响特征进行分析。研究结果表明:该家装品牌线下广告到店转化率在北京整体呈现“中心高、外围低”的格局,且存在较强的空间自相关和高值聚集现象;同时,线下广告到店转化率与社会经济、商业政治和人群活动等具有较强相关性,且对同一群体持续进行广告曝光的位置对到店转化率的影响较大。该结果可为线下广告牌布局和商业选址等相关研究提供参考依据和理论基础。     

冬奥会国家速滑馆超大地坪平整度快速测量

施工期平整度测量对地坪施工质量的控制与评估具有重要意义。采用靠尺或水准仪的传统地坪平整度测量方法存在测点稀疏、效率低等不足,难以适应超大地坪施工期平整度快速、精细的测量需求。提出了一种全站仪与惯性导航系统（inertial navigation system,INS）融合的平整度快速测量方法,通过卡尔曼滤波融合全站仪和INS数据,解算小车运动轨迹,根据轨迹点的高程计算平整度指标,发明研制相应的测量设备,应用于2022年北京冬奥会国家速滑馆冰面混凝土基底施工期平整度检测。实验结果表明,所提方法精度与水准仪相当,而测量效率显著提高,不仅能对地坪施工期整体平整度质量进行评估,而且可以对平整度异常进行检测和定位,为地坪的磨平工作提供指导,具有良好的工程价值。