环形放射状城市道路网的结构复杂性探讨

基于Gestalt认知原则,采用路划表征道路网,应用对偶法抽象道路网的拓扑结构和连通方式。以成都市道路网为例,分别用特征路径长度、聚类系数、节点度分布、中心性等多种指标定量刻画道路之间的连通方式。结果表明,典型环形放射性结构的成都市路网,表现出小世界特征和无标度特性。道路网连接较为紧凑,可达性较好。该网络中道路的中介中心性与度值具有非线性关系,道路度值之间缺乏显著的相关性。     

结合轨迹数据的混合多特征道路网选取方法

道路网选取是制图综合的重要内容,针对现有方法仅考虑道路网静态特征等问题,提出了一种结合轨迹数据的混合多特征选取方法。首先以stroke为基本选取单元,构建对偶图来描述路网的结构关系,采用长度、连通度、接近度和中介度等指标对道路的静态特征进行评价;然后结合轨迹数据特点,采用车流量、车辆速度和道路交叉口附近的车辆密度等指标对道路的动态特征进行评价;最后利用基于相互关系准则的标准重要性方法计算得到各指标的权值及各道路的综合重要性值。同时引入线Voronoi图对道路进行划分,得到道路的密度特征值,并将其作为道路网选取的约束指标。实验结果表明,所提方法能够保持道路的整体结构,同时顾及道路的连通性和密度分布,而且结合了轨迹数据的动态交通特性,选取结果符合实际情况,具有一定的实用性。     

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。     

高等级道路网的拓扑自动保持方法

基于道路网的结构分析,提出了一种高等级道路网拓扑自动保持方法,适用于任意提取的高等级路网。首先根据道路的连通关系生成对偶图,利用最小生成树保持道路网的整体连通性;然后使用广度优先搜索和最短路径计算进行悬挂弧段连接和合理路径连接,保持高等级道路网的导航连通性;最后通过实验验证了本文方法所保持的道路网拓扑结构的有效性。实验结果表明,通过本方法保持的拓扑关系能够保持道路网的整体连通性,反映道路网的高等级结构模式特征,而且与基于原始划分的高等级道路网所规划的最短路径相比,拓扑自动保持后的高等级道路网能够合理地反映道路结点之间的导航路径规划。     

顾及尺度变化和数据更新的道路网匹配算法

道路网数据匹配是地理空间数据库进行变化探测和数据更新的重要前提,不同比例尺下的道路网之间的匹配是一个非常重要的部分。本文总结和分析了道路网匹配的已有算法,针对不同比例尺道路网之间的匹配可能存在的问题和难点,设计了一个融合多种匹配技术的算法。在考虑不同比例尺下道路网数据的特点基础上,改进了空间场景结构的评价方法;分析了stroke匹配算法在不同比例尺道路网数据下的局限性,提出了一种可针对不同比例尺下道路数据存在变化与更新的stroke部分匹配算法。试验表明,文中所提出的方法能够适应不同比例尺下道路网的匹配,匹配效果较好,运行效率较高。     

城市道路网匹配的层次化面域剖分模型

针对道路网“节点-弧段”数据模型在道路网结构化表达方面存在的不足,本文基于stroke的基本原理,设计了基于道路等级划分的道路网层次化面域剖分模型,使道路网空间结构特征表达具备了层次化特征。基于道路重要性等级和与面域边界的连通关系,对面域内的道路进行了层次性划分。建立了由“整体-局部-对象本身”的道路网层次化表达模型。最后,基于该模型本文提出城市道路网匹配模型,从高等级道路到低等级道路,利用特征一致性评价模型选取匹配对象。通过试验结果分析,证明了本文方法适用于解决具有典型城市特征的道路匹配问题。     

一种改进的道路网信息层次度量方法

针对现有道路网信息量层次度量方法大多侧重于度量道路网的几何特征和整体分布情况,而对其复杂网络特性方面的度量仍有局限性的问题,该文提出了一种基于复杂网络理论的道路网信息量层次度量方法。首先,通过综合考虑道路的几何特征和中心性特征,对其元素层次信息量进行度量;然后,利用集聚系数对邻域层次进行度量;最后,通过考虑路网的空间分布特性,利用网眼密度对整体层次进行度量。从元素、邻域以及整体3个层次出发,较好地顾及了道路网的局部和整体特征,使道路网信息的分层次度量更加合理有效。实验结果表明,本方法不仅能快速准确地挖掘出重要度高的道路,还能够较好地顾及路网的连通性和完整性。     

结合道路层次结构的道路网络重叠街区划分方法

重叠街区结构是道路网络重要的拓扑特征之一,有助于分析及理解道路之间的相互作用和交通功能的差异。提出一种结合道路网络层次结构,以路网非重叠街区结构为起点,划分路网重叠街区的方法。把路划作为道路基本单元,把对偶图作为路网的网络模型,先采用蚁群游走和局部优化算法挖掘道路网中的非重叠街区结构;再结合道路网络的层次结构进一步对道路网络的重叠街区进行划分。通过4种典型模式的道路网络实验,并根据目视、扩展模块度指标、连通效率指标对实验结果进行分析评价,本方法适用于挖掘不同模式下道路网络的重叠街区结构。     

一种面向道路网3维数据的空间索引方法

根据数据沿道路呈线性分布,道路相互连通的特点,提出连通拓扑和动态分段相结合的混合索引机制,分两步来实现查询过程:第一步通过连通索引来进行粗略查询;第二步根据粗略查询结果,利用动态分段索引完成精确查询。以此建立的道路网及沿线3维数据的空间索引具有很高的查询速度,能确保数据的快速动态装载,可满足道路网3维可视化的要求。最后通过实验对算法进行实现,并在空间效率和时间效率上与R树索引进行了比较。     

两种道路选取策略的比较研究

道路选取是根据比例尺的要求，在道路网中保留相对重要道路、舍弃相对次要道路的地图综合操作。从概念层和操作层对两种不同的道路选取策略进行了比较。一种是删除后更新策略，即删除一条道路后更新其他道路的重要度；另一种是删除后不更新策略，即删除一条道路后不更新其他道路的重要度。以常用的stroke重要度排序法为道路选取方法，运用长度、连通度、接近度和中介度的加权来描述道路的重要度，采用相似性、误删率、漏删率等定量指标以及定性的目视判别评价选取结果。以深圳市1:1万道路网和1:5万道路网作为研究数据进行了实验。理论上删除后更新策略优于删除后不更新策略，然而实证表明删除后不更新策略在常用定量评价指标上优于删除后更新策略，在定性评价方面则各有优劣。     

一种支持城市路网交通关系自动化的智能模型

针对车载导航、地图网站等应用中路网要素之间交通关系维护的难题,提出一种支持路网要素交通关系自动化的智能过程模型,将路网要素交通关系自动化过程理解为由路网要素间的空间和语义关系、规则集和控制系统组成的产生式系统.该产生式系统可在路网要素空间和语义信息基础上,通过定义可扩展的交通关系规则集,自动化地生成符合应用需求的路网要素间的交通关系.此外,在该产生式系统中引入触发器概念监控和响应几何网络及其交通关系规则集的变更,实时更新逻辑网络中的连通关系信息,实现几何网络、规则集和逻辑网络三者的一致性.同时,提出路网要素交通关系处理的控制策略和关键流程,并对该智能网络模型的有效性进行了验证.

Abstract：

Maintaining the traffic connectivity relations between road features has always been a time consuming task for in-vehicle navigation, map website, and other traveling service related applications. Such a task has been commonly conducted artificially and inevitably inefficient, yet makes data quality control difficult. Considering the intrinsic rules of traffic connectivity formed by the geometrical structures, spatial and semantic relationships between road features in city road networks, an intelligent processing model is set forward in this paper for traffic connectivity automation. It is argued that traffic connectivity automation between road features is fundamentally a production system composed of the spatial and semantic relations between road features, connectivity rules and control system. With the implementation of an extendable connectivity rule set, the traffic connectivity relations between road network features are built automatically based on the spatial and semantic information of road network. The trigger concept is adopted to monitor and respond the changes in geometrical network and connectivity rules, and then dynamically updates the traffic connectivity between road network features in logical network so as to guarantee the consistence between geometrical network, connectivity rules and logical network. A series of control strategies and a conducting engine are developed to maintain the traffic connectivity relations. A case study conducted on a real road network verifies the effects of the proposed intelligent model.     

南京市道路网络近十年的分形特征变化

以分形理论为基础,结合2005年南京市道路网络分形特征的研究结果,测算2012年南京市道路网络的分形特征。将两个年份的研究结果进行比较,分析南京市道路网络近十年的分形特征变化情况。结果显示,2012年南京市道路网络的长度维数和分枝维数分别增长0.011 5和0.050 7,说明近十年南京市道路网络的连通程度和覆盖程度都有一定的发展,同时连通程度的发展快于覆盖程度。2012年南京市主城区各行政区道路网络的盒子维数也有所增长,增长值介于0.069 7~0.170 1之间,表明南京市主城区各行政区道路网络的覆盖深度都有提高但程度不同。研究结果表明,2012年南京市主城区各行政区分形特征与经济状况没有直接的对应关系。     

基于网眼密度的道路选取方法

道路数据中的网眼密度能反映局部区域的道路密集程度,通过确定目标尺度要求的密度阈值,比例尺缩小后能够标识出数据中需要取舍路段的网眼;循环剥离密度最大的网眼,利用反映路段重要性的参数及其优先级,渐进筛选出舍弃的路段,并完成与邻接网眼的合并;得到的选取结果保持了道路网在密度、拓扑、几何及语义方面的重要特征,从而提出一种新的道路选取方法。最后进行实验,验证该方法的有效性。     

改进全卷积网络方法的高分二号影像农村道路提取

针对目前利用高分遥感数据提取农村道路的研究与应用少,提取结果精准度不够的问题,提出了结合空洞卷积和ASPP（Atrous Spatial Pyramid Pooling）结构的改进全卷积农村道路提取网络模型DC-Net（Dilated Convolution Network）。该模型基于全卷积的编解码结构来提取道路深度特征信息,同时针对农村道路细长的特点,在解编码层之间加入了以空洞卷积为基础的ASPP（Atrous Spatial Pyramid Pooling）结构来提取道路的多尺度特征信息,在不牺牲特征空间分辨率的同时扩大了特征感受野FOV（Field-of-View）,从而提高细窄农村道路的识别率。以长株潭城市群郊区部分区域为试验对象,以高分二号国产卫星遥感影像为实验数据,将本文提出的方法与经典的几种全卷积网络方法进行实验结果对比分析。实验结果表明：（1）本文所提出的道路提取模型DC-Net在农村道路的提取上具有可行性,整体提取平均精度达到98.72%,具有较高的提取精度;（2）对比几种经典的全卷积网络模型在农村道路提取上的效果,DC-Net在农村道路提取的精度和连结性、以及树木和阴影的遮挡方面,均表现出了较好的提取结果;（3）本文提出的改进全卷积网络道路提取模型能够有效地提取高分辨率遥感影像中农村道路的特征信息,总体提取效果较好,为提高基于国产高分影像的农村道路提取精度提供了一种新的思路和方法。     

基于GIS的青岛市中心城区道路网络可达性研究

针对青岛市中心城区交通网络建设不完善的问题,研究了该区域路网的综合可达性,并提出了相应的解决方案。基于GIS平台,建立了青岛市中心城区路网模型;选取最小阻抗(时间和距离)、交叉口服务指数、路网密度和路网连通度作为关键评价指标,分别从路网距离关系、路网结构合理性、路网密度和路网发育程度4个方面分析了该区域的路网可达性;在此基础上,建立了青岛市中心城区路网综合评价模型。研究结果表明,该区域的路网以多中心多圈层形式分布,整体可达性良好;西南区域路网密度低,南部外围区域机动性差,南部地区可达性较差,应不断加强该地区的基础设施与路网建设。     

基于复杂网络的城市道路重要度评价及路网自动综合方法

利用复杂网络理论,构建城市复杂路网模型,基于该模型从道路的结构和功能特征角度,以连接度、介中心和接近度为度量指标定义道路重要度评价模型,并顾及路网的整体形态及路网的拓扑连通性,提出基于复杂网络理论的路网综合算法。为检验方法有效性,针对成都市道路网络进行实验分析。实验结果表明,该道路重要度评价模型较好地反映道路在整个路网结构和功能上的重要程度,复杂路网综合算法能较好地保持原始路网的整体形态结构特征。     

基于网络分析法的武汉市景观生态网络格局特征分析

从网络分析法的角度对武汉市水系网络、道路网络、绿地网络及其复合网络构成的景观生态网络格局进行分析。根据总体景观生态网络格局特征、分区统计景观生态网络格局特征、分等级统计景观生态网络格局特征分析结果显示,道路网络和绿地网络的α指数、β指数、γ指数都明显好于水系网络,相比较而言,三网复合网络都有比独立网络更好的连接度,分区统计结果显示,主城区复合网络的三项指标均处于最高,网络连通度最好,分等级统计结果显示,等级道路网络的α指数、β指数、γ指数均高于全部道路网络,等级水系和等级绿地网络的α指数、β指数、γ指数均低于全部水系和全部绿地网络。     

A block-based selection method for road network generalization

Abstract

When road symbols are shown in a size proportionate to the reduced scale, several problems of legibility may arise concerning the urban blocks. By the method proposed in this paper, in order to overcome these problems, urban block areas are enlarged through amalgamation and the intervening roads in the amalgams are eliminated. This method includes two new approaches for computation of threshold used in determination of important roads based on the connectivity measure, and for definition of minimum block space and area requirements based on graphic limits. A block life cycle was designed for amalgamation of blocks. For the amalgamation process, a new algorithm was developed. The experimental testing indicates that important roads and the roads surrounding the urban area have been preserved. A simpler and more legible road network has been acquired. This method can be described as a more holistic approach as the buildings are taken into account. The problems arising in the experimental testing indicate that the cartographic selection/elimination process is not sufficient by itself for road network generalization, which can be assumed as one of the integral parts of Digital Earth. As well as the selection/elimination, processes such as displacement and caricaturizing are also needed.     

兼顾连通性的U-Net网络高分辨率遥感影像道路提取

遥感影像道路提取结果中的断线一方面降低了提取精度，另一方面影响了道路形态完整性，使得提取结果不能直接应用于空间决策与分析。本文基于U-Net网络在高分辨率遥感影像道路提取时全局特征表达的优势，提出一种兼顾连通性的道路断线修复方法完善U-Net网络局部特征表达的劣势。首先，利用数据增强和扩充数据量后的样本数据作为U-Net网络的输入以此训练模型并进行最优模型的道路提取；然后，对提取结果中出现的道路断线以三次多项式曲线拟合的形式进行优化处理。实验表明，与相近网络比较，本文道路提取的精度和形态完整性有了明显的提高，查准率为86.25%，查全率为85.50%，F1-score达到了85.87%。其成果数据能直接地应用于地理决策分析，特别有利于灾后的路径规划，本文提出的方法对道路、电网、轨道、河流等线性地物分类结果中出现类似断线问题具有一定的参考意义。     

FME道路实体连通性检测算法

针对测绘成果中入库数据道路实体连通性检测方面的问题,基于FME平台设计开发了一种道路实体连通性检测算法。该算法充分考虑了重复路段的情形,既适用于单线形结构的常规道路实体,也适用于三岔路结构的非常规道路实体,并且实现了对各种不同类型道路实体不连通错误的精细化检测。利用模拟数据和地理国情普查成果数据验证了算法的正确性与鲁棒性。所提算法为入库道路数据的连通性质量检查与修改提供了有力的工具,为数据库建设中道路数据的实体化编码和网络构建等数据深加工处理奠定了坚实的基础。