面向地理空间信息的轨迹模型及时空模式查询

轨迹数据处理与分析是目前空间信息和数据库等相关领域的研究热点之一。本文从Stop-Move轨迹模型出发,通过集成地理空间上下文信息来建模轨迹数据,并研究轨迹时空模式的查询处理技术。首先分析Stop/Move对象与点/线/面地理空间要素之间的时空关联关系,据此提出显式表达该关联语义的地理关联轨迹模型,在此基础上利用关系-对象数据库技术,为地理关联轨迹模型设计独立于应用的关系模式,接着定义轨迹时空模式查询,并提出基于地理关联轨迹关系模式的SQL处理框架,最后以典型性检索请求为例,讨论分析位置-时间、位置-顺序和位置-关系等三类轨迹时空模式查询的纯SQL处理技术,并以样例轨迹数据验证了本文方法的可行性。     

运用交通运行状况指标分析交通热点时空模式

城市交通热点是居民出行活动的体现,通过出租车的移动轨迹可以分析城市交通运行状况。目前,相关研究主要集中于GPS采样数据的起讫点(origin destination,OD)估计模型以及轨迹流的提取分析算法,而对交通热点的交互作用和时空模式的研究还很少。以中国江苏省南京市的出租车GPS数据为研究对象,通过轨迹流提取和地图匹配,基于宏观基本图模型构建交通运行状况指标,利用数据挖掘技术分析交通热点时空模式。通过研究发现:(1)南京市交通在早晚高峰时拥堵最严重,并且休息日的交通运行状况要优于工作日;(2)在工作日,停车场和办公楼附近最拥堵;在休息日,商场和居民小区附近最拥堵;(3)交通热点的时空交互特征主要表现在交叉路口附近,并具有显著的时空聚集性差异。上述研究结果可为交通管理部门针对不同时段和路段的交通运行状况进行治理提供帮助,并为建立现代化综合交通运输体系提供依据。     

基于GPS浮动车采集交通信息的路段划分方法

针对目前GPS浮动车采集交通信息的路段划分方法大多忽略交叉口不同行驶方向车流运行条件的差别,且假设路段不同位置的交通状态均衡,从而导致交通信息质量偏低,无法有效满足交通状态判别和车辆动态导航系统数据需求的问题,设计了能够区分车流不同行驶方向统计交通数据的方向路段划分方法与区分路段不同位置统计交通数据的子路段划分方法,以便从路网空间数据结构方面改善交通状态判别和车辆动态导航系统的信息基础。     

利用时空密度聚类的高速公路交通事故黑点路段鉴别

研究高速公路交通事故黑点路段的时空分布规律和关联因素,一直是交通领域的关注重点。本文针对事故统计的交通事故黑点路段鉴别方法存在地理学中的可塑面积单元(MAUP)问题,提出一种基于时空密度聚类的高速公路交通事故黑点路段鉴别方法。该方法改进了传统的DBSCAN空间聚类算法,引入一种顾及时间周期性和事故严重程度的事故时空邻近计算方法,通过密度连接规则自适应鉴别各种时空尺度的交通事故黑点路段。以2012—2016年湖南省的高速公路交通事故为例进行试验,结果表明,本文方法可有效克服不同划分单元的可塑面积单元问题,自适应鉴别不同长度的黑点路段,同时可进一步挖掘黑点路段上交通事故时空聚集模式。     

利用词向量模型分析城市道路交通空间相关性

刻画城市道路之间的交通相关性是提高交通插值及预测水平的基础。现有研究及应用通常假设一定空间或拓扑距离内的道路相互之间具有相关性,这种方式忽视了道路之间交通影响的时空异质性。例如,上游道路交通流通常不会均匀扩散到所有下游道路,而是集中在特定方向上。道路之间产生交通影响和交互作用的根本原因是大量机动车辆穿梭其中。为从数据驱动的角度度量道路之间的交通相关性,从而顾及其时空异质性,本文利用词向量模型Word2Vec从大量机动车出行路径中挖掘道路之间的交通交互影响关系。首先把"路段-路径"类比为"词-文档";其次利用Word2Vec模型从大量路径(文档)中为每条路段(词)训练出一个实数向量(词向量);然后以向量之间的余弦相似度度量对应路段之间的交通相关性;最后利用交通状态数据对结果进行验证。以北京市200万条出租车出行路径为数据进行试验,结果表明:(1)平均水平上,向量相似度越高的邻近路段,其交通状态变化趋势也越相似,证明了本文方法可以正确度量道路之间的交通相关性,并刻画出其空间异质性;(2)工作日早、晚高峰及节假日路段之间的交通相关性大于工作日平峰和周六日,其合理性体现了本文方法可以正确捕捉道路交通相关性的时间异质性。本文方法及分析可为交通规划、诱导等提供方法论和理论基础。     

基于低频GNSS轨迹的转向级城市交通信息精细预测

利用浮动车GNSS轨迹数据可以实时获取和预测城市交通状态,且覆盖范围广、部署成本低,对自动驾驶路线决策、交通拥堵治理具有重要的支撑作用.现阶段,利用浮动车GNSS轨迹数据预测的信息仅包含路段上的交通速度、状态,而忽略了交叉口内不同行驶方向上的交通流差异;且交通信息准确性受到GNSS采样频率的限制.本文提出一种基于图卷积网络和低频GNSS轨迹数据的转向级交通预测方法:首先,顾及轨迹点间车辆运动模式提出一种排队起始点估计模型;然后,基于对偶图理论构建转向连通关系的图结构;最后,基于图卷积网络提出一种顾及转向时空模式的交通预测模型.试验结果显示,本文方法能准确地获取和预测转向级交通速度、排队长度信息,交通预测准确性全面优于基准方法.     

顾及时空轨迹特征的台风相似性评估算法

相似的台风路径在一定程度上反映了影响台风运动的诸多因素产生的相同或相似的综合效应。本文基于IMHD-ST距离并综合考虑轨迹时空距离和频率特征，提出了一种距离-频率时空轨迹相似性度量算法，从时空位置和路径形状两个角度衡量台风轨迹之间的相似程度。经实际数据验证本文所提出的算法计算结果准确，同时提高了对噪声、采样率变化和偏移等干扰的抵抗能力，能有效匹配相似轨迹对，服务于台风路径预测与历史相似台风案例的提取。     

顾及时空"点-线"关联特征的出行轨迹描述模型

关联出行研究是城市规划、交通出行、传染病防控、犯罪侦查等领域的研究热点,尤其当出行个体带有接头、等待等主观意图的前提下,如何有效识别其关联行为,是当前时空认知领域的难点。本文以犯罪时空轨迹为研究对象,首先分析了现有出行轨迹描述方法的不足,兼顾了出行轨迹的细节点特征和完整线特征,提出了顾及"点-线"特征的出行轨迹描述模型。然后,在此基础上,基于时空拓扑关系提出关联出行的轨迹判别方法,能描述"接头、等待、共处、同行"4种基本的关联出行轨迹模式,并可进一步区分19种不同的关联出行子类型。最后,通过试验对比,验证了该方法的有效性。     

基于位置点统计的时空异常检测与分析

探讨了位置数据异常分析的一种新思路,给出了面向异常的时空表达模型,建立了基于区域位置点统计的异常检测和分析框架,探寻异常在事件影响下的时空发展趋势和分布特征。通过纽约两个月的出租车出行数据的实验分析验证了框架的有效性,并发现一些有趣的规律,为公共安全、交通管控应急、城市功能区分析等提供指导信息。     

现实与赛博空间数据相结合的城市活动事件时空建模

城市活动事件(如文化、娱乐、体育等事件)的规模与影响力是城市经济文化发展的重要体现,其发生的全过程对城市现实空间与赛博空间都会产生巨大影响,从现实空间与赛博空间对城市活动事件的演化感知、动态建模与时空分析,具有重要的理论研究与应用价值。提出了一种结合现实空间交通数据与赛博空间社交媒体数据的城市活动事件时空建模分析方法,从事件进行中的交通轨迹,探测识别与事件显著相关的城市时空区域和交通流,分析现实空间事件热度的时空变化;从事件发生全过程的社交媒体数据中,探测分析赛博空间事件热度的时空变化;通过将现实空间和赛博空间的融合,建立城市活动事件时空模型,刻画事件全过程中城市地理空间与城市行为空间的时空演变特征。以2015年周杰伦"魔天伦2.0"世界巡回演唱会(武汉站)事件为例,采用武汉市出租车GPS轨迹数据和微博数据,对演唱会的事前、事中、事后实现城市地理空间与行为空间全过程建模与时空演变分析,并与单一数据源事件刻画模型进行比较,结果显示本方法能更合理地结合现实空间和赛博空间刻画城市活动事件。