出租车GPS轨迹集聚和精细化路网提取

针对利用GPS数据提取双向路网和交叉路口转向信息精度低的不足,本文提出一种顾及位置与行驶方向的轨迹集聚和精细化路网提取方法,实现了精细化路网提取。为提高交叉路口路网的提取精度,首先剔除原始轨迹中的离散和异常轨迹点,并按一定的步长对轨迹段进行加密;然后引入行驶方向角来表达车辆在轨迹点处的行驶方向,顾及位置和行驶方向获取每个轨迹点的相似轨迹点集合;接着依次计算每个轨迹点的偏移距离,通过对轨迹点的迭代偏移完成轨迹集聚;最后剔除未成功集聚的轨迹点,将完成集聚的轨迹点连成轨迹线并作缓冲区,运用栅格数据数字化方法提取得到能够反映道路精细转向关系的道路网。以福州市出租车GPS数据进行轨迹集聚和路网提取试验,结果表明:本文方法能有效地将GPS轨迹按车辆行驶方向分别进行集聚,提取的道路网为双向道路并且能反映交叉路口处道路的精细转向关系。     

EMD-IVMD方法在验潮站水位序列降噪中的应用

针对验潮站水位变化序列非线性、非平稳特点，采用一种基于优化参数的变分模态分解和经验模态分解相结合的降噪方法。该方法先经过EMD分解原始信号后，得到低频和高频信号两个部分，再采用IVMD方法处理高频噪声部分，最后将两部分有效低频信号重构作为最终降噪信号。采用1组模拟数据和4个验潮站实测水位序列数据进行实验，并采用信噪比和均方根误差评价降噪效果，结果表明，EMD-IVMD方法明显优于EEMD和传统的EMD方法，该方法在信噪比精度指标上分别提升1.67%和1.52%,在均方根误差精度指标上分别提升9.59%和13.51%,验证该方法的有效性和可靠性。     

局部均值分解和奇异值分解在GNSS站坐标时间序列信号降噪中的应用

为了有效地提取GNSS站坐标时间序列的有用信息，降低噪声干扰，本文提出一种局部均值分解和奇异值分解相结合的信号降噪方法，并利用5个测站的实测坐标时间序列对新方法进行了验证。首先通过局部均值分解将坐标时间序列分解成一系列PF分量和余项，然后利用连续均方误差方法确定高频分量与低频分量的分界点，保持低频分量不变，运用奇异值分解方法对高频分量进行降噪重构，最后将重构的高频分量与低频分量叠加得到最终的降噪坐标时间序列，并对降噪效果进行对比分析。结果表明，与单纯的奇异值分解方法相比，局部均值分解和奇异值分解相结合方法能够自适应地选择合适的奇异值个数进行信号重构，提高了降噪效果。     

适应不同轨迹数据场景的道路线形组合优化提取方法

车辆轨迹数据是当前城市导航路网地图动态更新的一种重要数据源,从杂乱无序的轨迹点或轨迹线中提取并拟合道路几何形态,进而生成结构化的道路矢量地图是基于轨迹数据进行道路网地图构建与更新的关键步骤。现有的道路中心线提取方法主要采用单一的线形拟合算法进行轨迹数据拟合,然而真实道路的几何形态复杂多样和车辆轨迹数据质量参差不齐,导致单一的道路线形拟合算法只能在某些特定的数据场景下适用,无法针对不同的数据场景自适应的拟合出理想的道路中心线。此外,相比于专业测量方式采集的高频轨迹数据,出租车等采集的低频轨迹数据存在轨迹点稀疏、噪声多、定位误差大等问题,这使得从低频轨迹数据中提取理想的道路中心线仍具有挑战,尤其是针对复杂的交叉口区域。为此,本文基于分治策略的思想,提出了一种适应不同轨迹数据场景的道路线形组合优化提取方法。该方法在轨迹数据预处理的基础上,根据轨迹数据的分布特点对数据进行场景分类;进而,针对不同的数据场景匹配最优的线形拟合算法,通过组合优化策略生成理想的道路中心线。本文方法融合不同拟合算法的互补优势,可以有效解决数据分布稀疏、道路结构复杂(如自相交立交桥)等不同数据场景下的道路线形拟合问题。采...     

基于CEEMD-Wavelet-SavGol模型的GPS多路径修正算法

针对GPS多路径提取过程中EMD算法存在模态混叠效应及小波（Wavelet）去噪局限性的问题,提出了一种基于CEEMD-Wavelet-SavGol模型的多路径提取算法。为了能够充分提取高频和低频中的有用信息,该算法利用完备经验模态分解（CEEMD）对信号进行分解,得到一系列从高频到低频的模态函数（IMF）,并根据模量标准化累计均值法对尺度进行区分,然后分别采用Wavelet和SavGol滤波对高频分量和低频分量进行降噪,将降噪后的IMF进行重构,得到降噪后的信号。最后将该模型用于GPS多路径误差提取的实例中,并与Wavelet、EMD、CEEMD模型进行对比,证明了新模型的有效性。     

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。     

顾及轨迹压缩的车辆路径查询算法

基于位置服务技术的迅猛发展,产生了巨量车辆轨迹数据。为了有效压缩并查询大规模车辆轨迹数据,本文提出一种面向压缩车辆轨迹的路径空间查询算法。本文算法基于Stroke道路层次结构压缩轨迹空间数据,提取关键变速点压缩轨迹时间数据,并构建了一种用于建立轨迹空间和时间数据之间联系的哈希编码,从而实现车辆轨迹的时空数据集成压缩。利用后缀数组对车辆轨迹的基于Stroke路段的压缩编码构建空间索引结构,再以此为基础,设计了车辆轨迹所对应路径的点信息查询算法、相同子路径查询算法和相似路径查询算法。试验结果表明,针对原始轨迹点空间数据,本文的压缩编码方法压缩比可以达到97∶1,与常规的基于路段编码方式相比,本文压缩编码在车辆轨迹的点信息路径查询方面,查询效率可以提升约2倍;在车辆轨迹的相同子路径查询方面,查询效率可以提升约8倍;在车辆轨迹的相似路径查询方面,查询耗时增长率减少了50%。本文算法对于大规模车辆轨迹的数据管理具有十分重要的基础性作用。     

基于变分模态的变形监测数据重构方法

针对变分模态分解(variational modal decomposition, VMD)有效模态分量辨识标准不完备的问题,引入FLANDRIN准则,构建了一种变形监测数据重构方法。首先,利用VMD将变形数据分解为N个模态分量,并对各模态分量进行功率谱分析,根据各模态形态及功率谱分析结果,剔除趋势项;然后,基于FLANDRIN准则,计算各模态分量的能量密度和平均周期之积,寻找数值突变点,剔除数值突变点前的高频模态;最后,将剩余模态分量累加重构为有效变形信号,并利用希尔伯特黄变换(hilbert-huang transform, HHT)分析变形时频特征。通过风荷载作用下变形数据验证,所提方法能够精准辨识有效模态,重构后的变形数据经过希尔伯特-黄变换能准确提取瞬时频率,最大风振瞬时频率为18.60 Hz。     

动态变形数据的EMD卡尔曼滤波降噪模型

文章介绍了kalman滤波与经验模态分解的基本原理,定义了经验模态分解的多尺度分解与合成结构。结合kalman滤波与经验模态分解(EMD)理论提出一种新的动态变形数据降噪模型。文章首先对动态变形信号进行EMD分解,选择合适的高频分解模量进行kalman滤波降噪,然后进行经验模态重构获得降噪后的动态变形信号,达到降噪的效果;最后采用单历元解算的变形数据序列进行模型验证,并与小波降噪模型、直接EMD降噪模型对比,视觉评价与量化结果表明此方法最优。     

基于压缩感知的地磁数据分频压缩与重构方法

构建高精度导航所用的地磁数据库时,需要对大量数据进行压缩。为保留必要的高频细节特征信息,提出一种基于压缩感知理论的数据分频压缩及联合重构方法。在余弦变换频域中对数据进行分频压缩编码,在数据重构算法中引入压缩感知理论。利用局部余弦变换系数作为线性测量观测值,通过解决小波变换域l1范数和时域稀疏梯度全变差正则化的模型,精确重构原始数据高频信息。利用实测地磁数据进行仿真试验的结果表明,仅使用25%的分频压缩采样测量系数,可精确重构原始数据;在相同压缩比下,分频压缩感知重构算法与传统滤波逆变换方法相比具有更高的精度,且峰值信噪比最大可提高5dB左右。     

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。     

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。     

利用MSMPCA去噪的CEEMD方法监测高频GNSS同震形变

考虑到全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)地震信号的非线性和非平稳性,利用一种多尺度多方向主成分分析(multiscale multiway principal component analysis,MSMPCA)去噪的完备总体经验模态分解(complete...     

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...     

四叉树分解在海空重力测网交叉点搜索中的应用

交叉点快速搜索是海空重力测量数据质量评定的前提和基础。随着海空重力测网规模的不断扩大和不规则测线的出现,现有的交叉点搜索方法无法保证快速、精确地搜索到所有交叉点。引入四叉树分解方法来遍历测网交叉点,实现了交叉点附近的自动加密剖分;利用遍历比较大小取出主、副测线包络矩形的重合区域,取出的索引和实际交叉点数量相当,有效避免了大量的冗余计算。实验结果表明,该方法对于十万测点级别的美国EN01数据块,只要0.28 s即可完成搜索,对于数百万测点的测网的搜索效率也大幅优于常规方法和成熟商业软件。该方法利用遍历搜索保证了100%的准确率,同时具有很高的搜索效率,普遍适用于海空重力测网的交叉点搜索。     

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。     

顾及邻近关系的NPP/VIIRS序列影像时空插值方法

针对可见红外成像辐射仪(visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS)月度夜光遥感影像的数据缺失问题,提出一种利用地物邻近关系相关性的像元时空插值方法,以时、空关系互相作为约束条件,将时序变化一致性较好的像元数据作为空间插值的参考,将空间关系一致性较好的月度数据作为时序插值的参考,通过构建不同的卷积核, 在时序和空间维度分别对初步插值结果进行卷积运算,求得待插值像元的时空插值。以2015年江苏省月度夜光遥感影像修复为例,对不同维度时空插值方法进行对比分析,结果表明, 空间维度插值虽然顾及到像元的空间关联性,仍无法满足数据大范围缺失的插值要求,插值结果整体偏低;时间维度插值考虑到像元的时间趋势性,插值精度较空间维度插值有一定提高,但部分月份插值结果有较大偏差;相对于三次Hermit插值,时空插值方法获得的月度影像灯光亮度总和的最大相对误差、年度影像灯光亮度总和相对误差以及逐像元差值均显著降低。总的来看,所提时空插值方法在插值过程中同时顾及到VIIRS数据的时间趋势平稳性和空间结构稳定性,影像插值精度提高明显,且对待插值月份前后时序数据没有严格要求,更具有广泛性。     

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。     

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。