面向地图综合的VGI道路网重要度层次分解选取方法研究

自发地理信息数据具有现势性好、覆盖范围广、信息丰富、获取方便等特点,可作为全球范围内地理信息数据生产与更新的良好数据资料。但是由于数据的无尺度特性,导致自发地理信息道路数据细节过于繁杂,难以直接应用于生产。现有道路网自动选取算法在计算道路重要度时,对所有待选取道路的重要性进行排序,并依据重要性从大到小依次选取。这种方法忽略了选取过程中,道路网结构变化对道路重要性的影响。为此,本文提出了一种基于重要度层次分解的道路网自动选取算法,该方法针对自发地理信息道路网细节繁杂的特点,根据地图数据制图综合时逐级缩编的思路,采用基于层次分解的选取策略进行道路网选取：首先计算所有节点的重要度,然后剔除重要度最小的一些道路节点,并重新计算新的所有节点的重要度,重复上述步骤,直至所有道路节点排序完毕,从而可获得所有道路的重要性排序并完成道路网选取。利用开放街道地图道路网数据进行实验,实验结果表明本文算法选取结果优于网络中心性方法。     

基于拓扑结构分形维的道路选取方法

计算了复杂网络中单个节点的信息维数、体积维数和度体积维数,提出一种基于结构分形维的道路选取方法,考虑了道路网连通方式的多样性与差异性特征。实验结果表明,相比基于路划长度、中介中心性、邻近中心性、度中心性4种单指标道路选取模型,该方法能更好地保持路网整体结构、局部关键特征和拓扑连通性;并且与相应标准比例尺地图保持更高的一致性。     

基于路网数据和复杂图论的中国城市交通布局评价

城市化的快速发展推动了我国城市道路网的不断扩张和发展。城市道路网是一个动态、开放、自组织的空间复杂网络,构成了城市的结构框架,研究城市道路网的结构特征对路网规划和城市建设有着重要的应用价值。在国内城市道路网络结构特征的相关研究中,很少有学者基于道路走向的视角对整个城市路网结构进行研究,也缺少对全国主要城市路网的整体性评价。本文选取我国一、二线及新一线49个城市作为研究区和2020年2月的城市道路网作为实验数据,首先采用图论和玫瑰图的方法对49个城市的道路网方向特征进行可视化,定性分析城市路网的复杂结构,然后基于最值比R、道路首位度S、过阈值比T、走向顺序φ和路网密度δ等5个路网指标对49个城市的道路网进行聚类分析,从而探究我国城市路网的分布特征。结果表明,我国城市主要以南北和东西走向为城市道路的主导向,部分城市因地形的影响沿着有利于城市交通和居民生活的方向规划道路;基于路网指标的聚类得到了十字正交型、十字状向风车状扩散型、风车状向圆弧四角星扩散型和混合复杂型等4类城市道路网类型,这4类城市路网在方向分布特征上具有显著差异,突出表现在有序性和复杂性;从路网类型的空间分布来看,十字正交型和十字状向风车状扩散型路网大多分布在我国的内陆地区,而风车状向圆弧四角星扩散型和混合复杂型路网则大多分布在沿海地区。本文主要通过分析我国一、二线及新一线城市道路网的分布特征,探究了我国主要城市交通路网的布局现状,能够为城市新区道路规划和路网布局优化提供参考依据。     

基于空间相似性的微地图道路网质量评价方法

微地图是一种面向大众的新型地图,是传统地图在自媒体时代下的发展和补充。针对微地图数据来源广泛,质量参差不齐的问题,本文提出了一种基于空间相似性的微地图道路网质量评价方法。首先,将上下文信息与形状、方向、距离、拓扑关系以及一维线特征5个空间特性结合,计算微地图数据与参考数据的空间相似性;然后,对样本数据组合,并利用熵值法计算客观权重,取平均值作为各评价指标的权重系数;最后,采用可拓云评价法完成对微地图数据定量计算与定性分析结合的综合评价。本文使用9组不同质量的微地图道路网数据进行实验,结果表明,本文方法符合微地图精度低、内容少的特点,质量评价结果与实际更为符合。相较于模糊综合评价法,本文将精度低,但内容与参考数据一致的微地图数据评价等级提升为优;相较于现有的线要素空间相似性评价法,本文将精度低,但根据用户需求制图,且有重要地标参与计算的微地图数据评价等级提升为良。本文方法对微地图数据有较强的适用性,为微地图道路网质量评价提供了可行方法。     

基于LDA和优化蚁群的OD流向时空语义聚类算法

针对OD流向聚类中语义信息考虑不足和流向语义提取困难的问题,本文提出了一种基于隐含狄利克雷分布模型（Latent Dirichlet Allocation,LDA）和优化蚁群的OD流向语义聚类算法。算法首先以流向终点的POI类别为词汇构建流向文档,采用LDA主题模型提取流向语义,量化OD流向间的语义相似度,融合时间、空间和语义相似度构建流向时空语义相似度;接着以流向为节点,以流向时空语义相似度为边构建流向图,利用高斯函数映射以及图连通分量,剔除不相似的流向,实现数据精简;之后借鉴了密度峰值聚类算法思想,利用节点的介数中心性优化蚁群初始位置选取;最后基于多路切图准则（Multiway Normalized Cut, MNCUT）强化蚁群搜索的目的性,优化蚁群搜索的聚类效果,实现OD流向的时空语义聚类。以厦门市出租车公开数据集与厦门市高德地图POI数据为例进行分析与验证,结果表明本文基于LDA模型的语义提取方法可以有效提取流向的语义信息,构建有效的流向相似度度量;基于高斯函数和图连通分量特性的映射策略可以有效剔除了流向数据中的噪音,有效节省无向图构建的计算开支,大约节省了88.5%~88.8%的运行时间;基于介数中心性和多路切图准则优化的蚁群搜索聚类算法,可以有效进行流向语义聚类。相比已有方法本文方法能够更好地衡量流向间的语义相似程度,可实现按主题进行聚类划分,划分更加精细,更方便有效地进行流向语义的相关分析。     

嵌入式GIS中多尺度道路网路径规划方法的研究

针对大区域路径规划问题,论述了道路层次划分模型和多尺度道路网数据库的建立,提出了构建多级道路网拓扑结构的方法,利用层次空间推理和改进的启发式A*算法进行最优路径的选取。     

城市道路网的多尺度连续变换方法

本文提出了一种多比例尺道路网的连续变换方法,旨在解决在信息化大地图环境下城市道路网的多尺度连续表达需求。该方法首先对2种比例尺的道路网数据进行拓扑重建预处理,然后利用概率松弛匹配方法识别二者的要素对应关系。根据要素对应表,将2种比例尺道路要素分为1:1对应线状要素、1:0单独线状要素和M:N复杂线状要素3种情况：（1）对于1:1对应线状要素,本文采用简单线性Morphing变换方法;(2)对于1:0单独线状要素,首先对道路要素的直角特征进行识别,并定义直角及其前后一定范围内的线段为直角子线段,在此基础上,利用Douglas-Peucker算法将分割后的道路要素进一步分割,然后将直角子线段的起点和终点作为断点切割原道路要素,以顶点连续移位的方式实现连续综合变换;(3)对于M:N复杂线状要素,采用渲染颜色逐渐淡出的方法进行连续表达。最后,将3种情况的连续变换结果进行叠加组合。实验结果表明,本文方法能够获得良好的多尺度连续表达效果。     

基于房屋轮廓与纹理的三维建筑模型分层次聚类研究

目前三维建筑模型已广泛应用于城市规划,导航和虚拟地理环境等领域.不同细节的模型是LOD( Level of detail )技术的基础,由于三维模型的生产成本高昂,模型自动化简逐渐引起了学者的关注.三维模型化简包括单模型化简和多模型综合2方面,目前单个模型的化简研究比较多,而模型群组综合的研究仍然处于起步阶段.本文主要研究模型群组的聚类综合,提出一种基于房屋轮廓与纹理的分层次聚类算法:首先,基于房屋的底面轮廓构建约束Delaunay三角网,以道路为基准对三角网进行划分,通过可视分析构建初始的邻接图,使建筑群组分类符合城市形态学;其次,将房屋纹理引入三维模型群聚类的过程,使用SOM( Self-organizing Map )智能分类算法对纹理进行分析,然后分割邻接图;最后,以最邻近距离对邻接图构造最小生成树,并进行线性检测,将离散的建筑合并到已聚类的群组中,最终完成模型的合并.本文利用纹理辅助轮廓特征,实现三维建筑模型的聚类,符合人类的视觉习惯,实验结果证明了本文方法的有效性.     

不同模式道路网交通便捷性比较

道路网在城市发展中起着关键作用。交通便捷的城市,往往与其他城市经济贸易等交流频繁,在区域中能够获得更好的发展机会,并能有效节约社会资源。城市道路网呈多种模式,不同模式道路网独有的几何和结构特征导致其交通便捷性差异明显,但对这种差异缺乏定量分析和比较。本文基于目视观察大量城市数字地图,认为真实道路网基本呈格网、环形放射、自由3种典型模式。针对以上典型模式,定义用于描述交叉口之间移动难易程度的无效移动系数和通达度指标,结合现有的连接度指标采用网络分析方法分别从几何和结构的角度比较不同模式道路网的交通便捷性差异。结果表明,格网和环形放射模式无效移动系数低,邻近交叉口之间距离多为有效移动,道路网连接度较高,交通便捷性良好。自由模式道路走向任意,难以有效连线构网,相邻交叉口之间无效移动系数较大,连接度相对低,便捷性相对较差。受规模因素的影响,格网模式交叉口之间平均最短路径较大,消除规模因素影响整体道路网具有良好的通达性。     

基于动态中介中心性的城市道路网实时分层方法

 城市道路网中各路段的出行效率直接决定了公众实时出行过程中对道路的选择差异。本文提出一种动态道路网分层方法,通过引入城市道路实时交通状态信息,结合图论中的中介中心性评价方法,得到与时间相关的城市路网动态中介中心性层级结构。该方法考虑了不同时间段城市交通状态的差异,实现了城市路网层次的动态合理划分,在一定程度上缓解了由于数据空间范围限制引起的路网层级静态划分方法的局限性。本文所提出的方法可作为城市路网动态分层的有效方法,为多用户并发环境下的实时出行路径搜索提供更合理的数据基础,同时也可应用于更多的城市路网研究中。     

Relationships between fractal road and drainage networks in Wuling mountainous area: Another symmetric understanding of human-environment relations

Symmetrical relationships between humans and their environment have been referred to as an extension of symmetries in the human geographical system and have drawn great attention. This paper explored the symmetry between physical and human systems through fractal analysis of the road and drainage networks in Wuling mountainous area. We found that both the road and drainage networks reflect weak clustering distributions. The evolution of the road network shared a significant self-organizing composition, while the drainage network showed obvious double fraetal characteristics. The geometric fractal dimension of the road network was larger than that of the drainage network. In addition, when assigned a weight relating to hierarchy or length, neither the road network nor drainage network showed a fractal property. These findings indicated that the fractal evolution of the road network shared certain similarities with fractal distribution of the drainage network. The symmetry between the two systems resulted from an interactive process of destroying symmetry at the lower order and reconstructing symmetry at the higher order. The relationships between the fractal dimensions of the rural-urban road network, the drainage network andthe urban system indicated that the development of this area was to achieve the symmetrical isomorphism of physical-human geographical systems.     

广东区域公路网络的城市通达性度量及空间特征分析

以广东省各地级市辖区和县域中心点为公路网络节点,通过对各节点城市的中心职能强度指数分析及其相互之间在公路网络的连通关系为基础,综合应用日通达性模型、通达性度量模型和潜力模型,对广东区域通达性进行分析,并以不同指标和度量模型的广东区域通达性的空间格局和分异特征进行GIS分析。结果表明,广东省的城市通达性空间格局,总体上呈现出一种圈层空间分布结构,以广州市核心区域和佛山市中心区域(禅城区和顺德区)为中心向外辐射。其影响通达性区域差异的主要因素包括城市经济水平、交通条件和地理区位等,其中,在交通条件影响下的通达性区域差异,在空间上表现出高等级公路网络指向性。研究结果反映出广东省省域公路网络通达性的空间分异规律,诠释了城市的经济发展水平、交通条件和地理区位对通达性的综合作用,从而为广东省城镇网络体系发育、区域经济协调及珠三角产业转移规划优化提供科学支撑。     

基于道路结构特征识别的城市交通状态空间自相关分析

 城市道路交通状态具有空间自相关特征。路段交通状态的变化会很快影响到邻近路段,导致一定空间范围内路段的交通状态发生改变。揭示城市交通状态的空间自相关特征,对交通规划、交通控制与诱导具有重要意义。然而,受到城市路网空间结构和道路拓扑特征的影响,城市道路交通状态的空间自相关并非各向同性,也并非均匀地向上下游扩散,而是有选择性地集中在部分邻近路段上。因此,仅考虑路段地理空间下的上下游邻近性,难以全面度量路段间交通状态的相互影响,识别出交通状态空间相关性强的道路集合。本文借鉴复杂网络分析方法,定量化分析了城市路网的模块化与层次性特征,利用城市路段在空间上的聚集特征和路段在网络中拓扑角色的差异,提出了一种新的交通状态自相关路段邻近性判别规则,即空间邻近且拓扑等价规则,以此规则实现交通状态空间相关路段聚类过程,更好地揭示城市路段之间的交通状态空间相关性。     

顾及路网与轨迹多模特征的道路等级分类研究

道路等级不仅反映在路网结构的静态骨架信息上,也蕴含在轨迹数据呈现的动态语义信息上。为解决(OpenStreetMap)OSM路网部分路段及路网生成产品等级缺失问题,本文提出一种顾及路网与轨迹多模特征的道路等级分类方法。首先通过轨迹数据的清洗、地图匹配和基于路名的路网合并实现轨迹点与命名道路的联结;然后以命名道路为分析单元,综合考虑路网及轨迹数据,在系统分析路网结构的道路几何特征、道路分布特征、道路拓扑特征及道路单双向信息基础上,进一步挖掘与融合轨迹数据蕴含的道路宽度、道路车流量、道路速度等静动态特征,形成关于道路等级的描述特征集,作为识别道路等级的基础与依据;最后以随机森林(RF)为基本分类器进行特征选择及模型训练实现道路等级识别。为验证本文方法,选取武汉市汉正街区域及二环区域,基于OSM路网数据及众源轨迹数据开展试验。该方法取得了较好的分类结果,小范围汉正街区域的验证集准确率为91.2%,大范围二环区域的验证集准确率达到80.8%。与单类特征相比,集成路网与轨迹特征极大提高了道路等级分类准确率;与原始路段形式进行道路等级分类相比,以路名重构道路形式进行道路等级分类效果更好。     

基于多密度聚类算法的路网提取

随着GPS等定位系统的迅速发展,使得路网提取有了新的发展方向,然而目前利用浮动车GPS轨迹数据提取路网的方法层出不穷,但是提取效果却并不能尽如人意。本文将基于网格密度因子的多密度聚类算法引入路网提取,通过该方法对疑似特征点进行聚类来提取道路特征点,来构建道路几何网络,并通过对比分析取得了不错的实验结果。