一种基于路网等级启发式策略的路径搜索算法

本文提出了一种基于路网等级启发式策略的路径搜索算法。通过引入考虑路网等级因素的代价评估函数,有目的地引导搜索过程考虑路网道路等级特征,限制路径搜索规模,在精度可控的前提下,大幅度提高时间最短路径算法的效率,并使得搜索路径结果更符合心理认知过程。其与经典的层次空间推理算法相比,本文提出的算法实现过程简单,效率和精度相似。理论分析和实验过程验证了本文所提出算法的有效性。     

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。     

多层建筑空间的分层最优路径算法实现

由于多层建筑空间相对于室外环境存在按楼层分层的三维空间特性,在室内路径分析中需考虑楼层空间位置信息对最优路径规划的影响,而传统基于节点之间的网络连通拓扑模型的最优路径规划方法并没有空间概念,不能很好地应用于室内路径分析。为此,针对室内最优路径规划问题,基于多层建筑空间的层次特性,采用分层结构化的方法,提出结构化动态网络分析模式,实现了室内分层最优路径算法。该算法将各楼层路网和楼层连接均视为独立结构,根据停靠点的楼层分布情况,逐楼层动态构建跨越2个楼层的结构化网络模型并以该网络模型进行跨楼层的路径分析,从而得到多层建筑空间中遍历所有停靠点的最优路径。试验结果表明：相比传统最优路径算法,该算法在路径规划结果更加合理的情况下,时间效率有明显提高;另外,结构化动态网络分析模式可根据需求定义不同的楼层转换规则,更具灵活性。该算法可应用于城市大型公共建筑中,让室内路径分析与室外路径分析进行对接,使路径分析更科学、全面、合理。     

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。     

面向室内导航的分层认知路网优化方法

随着室内空间应用规模的增加以及室内定位技术的发展,面向大型场馆等室内空间的应急救援与导航成为室内GIS应用的研究热点,而室内路网构建是室内应急导航服务得以实现的关键技术。本文面向室内导航寻径的这一现实问题,以室内路网动态构建与优化作为研究对象,基于室内空间感知规律以及分层认知的方式,提出和构建了室内单元认知分层编码方法：① 将建筑物室内路网分为街道-建筑物、建筑物-楼层、楼层-区块、区块-房间等4个层次;② 为了满足语义分析的需求,在分析室内单元功能的基础上,引入“虚拟房间单元”,将室内封闭性空间和联系性空间统一剖分为房间单元;③ 依据室内建筑认知分层模型以及室内单元剖分结果,按照建筑物-楼层-分区-房间单元的顺序,从高级到低级的顺序进行连续分层编码。以国内某商业中心为例构建了室内分层认知路网,每一个层次都可以减少参与运算的结点和弧段数,简化了计算网络,从而提高了运算的效率,同楼层寻径时间约为55 ms,跨楼层的寻径时间约为100 ms左右。结果表明,该分层认知编码模型符合人们对室内路网的经验性层次认知,能够很好地刻画路网层次特征,能满足寻径计算的精度和效率的要求,为面向导航的室内应用奠定了基础。     

基于弧段标记的交通网络时间最短路径算法

标号算法是经典的最短路径算法之一,在交通领域中具有广泛的应用。在交通领域中,时间最短路径比距离最短路径更有意义,而时间最短路径不仅与道路的时间权值有关,还与道路之间的转弯阻抗有关。在传统的交通路网抽象方式下,道路抽象为平面图中的弧段,道路间的交叉口抽象为节点。本文介绍了一种适用于传统交通路网模型的弧段标记时间最短路径算法,详细阐述了该算法的原理、数据基础与运行结构。通过分析和实例测试表明,该算法可以顾及城市路网在路口的交通限行与转弯延迟的影响,并且时间复杂度低,具有一定的实际应用价值。     

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。     

城市出租车上下客的GPS轨迹时空分布探测方法

出租车作为城市公共交通的重要补充,是城市面向公众的一个窗口,在人们日常出行中起到越来越重要的作用。出租车资源时空分布的不均衡,直接影响到城市公共交通的运行效率和城市形象。通过研究出租车上下客的时空分布特征,不仅可以反映城市居民的工作、生活、出行的规律和模式,也可反映城市空间在不同时段内的动态性和“热度”。本文基于出租车GPS轨迹大数据,针对出租车上下客事件轨迹呈现的线状特征,以及城市道路网络空间不同时段“热度”的动态分段特征,提出了出租车上下客时空分布的线密度探测模型。该模型通过对时间多粒度描述与表达,对不同城市道路网络空间,进行出租车上下客事件的探测和分析,获取城市出租车上下客的时空分布规律,更深刻地理解和认知了城市空间的动态性。     

利用双重索引快速构建道路网络连通拓扑

路网拓扑关系的生成是进行最优路径规划的基础。本文针对ISO GDF4.0模型对道路连通拓扑的定义,结合最优路径规划对道路网络连通拓扑的要求,提出一种使用R-tree空间索引和B-tree索引双重索引方式快速生成道路连通拓扑的算法。连通拓扑快速构建算法包括新道路生成和网络拓扑提取两部分,新道路生成过程中,首先,自上而下地打断道路形成直线段集并求交点,然后,自下而上地重构直线段集以生成新道路。在打断道路求交点过程中,对道路建立R-tree空间索引,显著提高了几何要素的查找速度。在网络拓扑提取过程中对序列化数据建立B-tree索引,使得其查找速度大大加快。通过对双重索引算法的时间复杂度分析与验证表明,本文提出的拓扑生成算法具有较高的执行效率。     

基于中轴变换算法的室内外一体化导航路网自动生成方法

室内外一体化导航路网的快速生成与更新对面向行人的跨场景导航具有重要意义。当前研究主要关注单一场景下的导航路网构建,对于跨室内外场景的导航路网自动生成研究较少。本文基于对偶图思想与二维平面多边形中轴变换（Medial Axis Transform）算法,提出一种室内外一体化导航路网自动生成方法,并以某建筑CAD平面图及周边路网环境为基础数据进行了实例研究。结果表明：该方法能够根据原始数据的几何、拓扑、语义信息自动构建导航路网,并支持室内外跨场景的最短路径查询,在最短路径查询效率上较传统分场景寻路模型整体提升10.18%;相较单一场景下的导航路网,一体化导航路网可结合语义信息将室内及室外导航路网有机统一起来,解决跨场景寻求最优路径的问题,为最优路径规划的相关研究提供了新的思路。     

基于耗费距离的公路网络路径分析模型研究——以珠江三角洲公路网为例

栅格数据模型的最优路径分析方法是在综合考虑通行时间、通行资费等多种影响因素的基础上,通过计算最小累加费用值来确定最优路径。本文以珠江三角洲公路网为例,系统介绍了公路网和公路行车速度的模拟技术,以及基于栅格等级公路网的最小行车时间及行车资费的分析方法,并计算珠江三角主要城市间的最短行车路线。     

Relationship Between Urban Road Traffic Characteristics and Road Grade Based on a Time Series Clustering Model: A Case Study in Nanjing,China

With the increasing number of vehicles in large- and medium-sized cities challenges in urban traffic management, control, and road planning are being faced. Taxi GPS trajectory data is a novel data source that can be used to study the potential dynamic traffic characteristics of urban roads, and thus identify locations that show a notable lack of road planning. Considering that road traffic characteristics on their own are insufficient for a comprehensive understanding of urban traffic, we develop a road traffic characteristic time series clustering model to analyze the relationship between urban road traffic characteristics and road grade based on existing taxi trajectory data. We select the main urban area of Nanjing as our study area and use the taxi trajectory data of a single month for evaluating our method. The experiments show that the clustering model exhibit good performance and can be successfully used for road traffic characteristic classification. Moreover, we analyze the correlation between traffic characteristics and road grade to identify road segments with planning designs that do not match the actual traffic demands.     

基于网络空间点模式的餐饮店空间格局分析

餐饮业是城市经济发展的重要指标,运用合适的方法来研究城市餐饮业的空间格局特征,对城市规划、商业选址和经济发展等具有重要意义。本文以广州市海珠区为例,基于餐饮店POI（兴趣点）数据,利用核密度估计法分析餐饮店的空间分布特性,采用网络核密度法探究其热点路段的分布情况,并利用网络双变量K函数法,分析餐饮店分布与公交站和居民小区的相关性。结果表明：海珠区餐饮店总体分布呈现“西密东疏”的空间格局,具有多中心的空间分布特征;江南中街道餐饮店分布的热点路段主要集中在江南西路和江南大道中沿线,其密度随着与该沿线的距离增加而衰减;在较小范围内,餐饮店的分布与公交站具有显著的聚集关系,而与居民小区不具有显著的聚集关系。对于沿道路分布的空间地理点对象,利用网络空间点模式分析可得到较好结果。     

基于高斯两步移动搜寻法的村镇避难场所可达性研究

避难场所可达性是指避难场所与受灾居民之间的通达性,即灾害发生时,避难人员通过避难疏散通道到达避难场所的难易程度,是评价避难场所布局合理性的重要指标。本研究结合高斯两步移动搜寻法和网络分析法,从供需双向出发对村镇地区避难场所进行可达性分析。2种方法的结合,既充分考虑了需求点与设施点的相互作用,又充分考虑了设施点的吸引力随距离的衰减关系,并基于实际道路,以步行疏散时间作为搜索半径,降低了传统研究中因忽略供需间相互作用及实际距离而引起的可达性结果的误差。最后,以神农架松柏镇区为例,验证该方法的实际应用价值。结果表明,该方法能够有效测定村镇地区避难场所的空间可达性,同时,基于GIS软件可以直观地揭示研究区域内避难场所可达性空间分布差异。该方法可为制定科学的村镇防灾减灾规划提供方法支持。     

基于街景影像的城市道路空间舒适度研究

城市道路空间舒适度是综合刻画城市道路环境的量化指标之一,可为城市道路规划建设、城市交通优化、城市环境评估等提供参考。本文以街景影像为基础数据,从空间视角阐述了城市道路空间舒适度内涵,构建了城市道路空间舒适度量化指标,建立了以语义分割和等距采样为基础的城市道路空间舒适度测度方法和空间插值方法,最后以南京市局部城区为样区进行了实验,并分析了城市道路空间舒适度特征。实验结果表明：① 语义分割中主要要素的分割精度满足要求,分割总体精度为84.92%, Kappa系数为80.06%;② 综合考虑数据处理时间和舒适度量化表达程度, 200 m采样间距可以综合描述研究区道路空间舒适度状态;③ 本文提出的双向约束插值方法可消除突变点、梯形插值形态、花斑状纹理等异常插值现象,同时可有效保持道路空间舒适度方向特征;④ 本文提出的测度方法可以有效度量城市道路空间舒适度,测度等级精度达80%;⑤ 城市道路空间舒适度等级与道路等级整体上呈现正相关关系,且舒适度在实验区呈现南高北低、建邺区较高、鼓楼及历史老城区低的空间分布状态。     

一种基于SuperMap GIS的改进Dijkstra算法

为提高传统Dijkstra算法的搜索效率,满足车载导航中路径规划实时性的要求,本文利用SuperMapGIS平台的网络编辑功能,设计了一种基于SuperMap的改进Dijkstra算法。首先,结合道路网络的空间分布特性,在SuperMap中构建了道路网络;其次,设计算法,根据起止节点合理限制算法的搜索区域,并以经典Dijkstra为理论基础实现最短路径的求解;最后,结合需要设计了约束条件下的路径规划算法。在城市道路网络中的应用实例验证了算法的有效性。     

基于低频出租车轨迹的城市路网交叉口提取研究

出租车GPS轨迹数据获取成本低、周期短,且覆盖面广,具有实时性及大规模性,同时其包含大量的行车记录信息,对提取数字道路信息具有巨大贡献,适用于大范围城市交通路网信息的获取和快速更新。基于GPS轨迹数据进行交叉口提取是目前的研究热点,但现有研究方法大多适用于高频GPS数据,不能很好地提取稀疏区域的交叉口,难以适应出租车轨迹点采样频率低、定位精度低、噪声点多、数据分布不均匀的特性。因此,本文聚焦于城市路网的交叉口识别,为尽可能准确、全面地提取道路交叉口信息,兼顾密集与稀疏区域,提出了一种集成识别策略,分别在矢量空间和栅格空间,采用密度峰值聚类和数学形态学处理方法提取交叉口,并设计了一种融合机制探测交叉口,最后结合主成分分析法判断交叉口的真伪性,识别真实交叉口,并去除伪交叉口,从而得到基于低频出租车轨迹的城市道路交叉口。与已有的研究方法相比,本方法提取了更多的交叉口,并与遥感图像显示一致。本文提取结果准确率为92.23%、召回率为77.26%、F值为84.08%,很好地保证了交叉口的完整性和准确性,在智能交通系统中具有一定的应用价值。     

洪灾应急疏散路径规划算法优化

应急疏散是救灾工作的重要环节,合理的路径规划能有效缩短疏散时间,减少人员伤亡.本文以疏散总时间最短为目标,考虑需求控制,容量限制,交通延误,公平分配和资源节约等约束条件,对经典Dijkstra算法进行改进;并采用混合拆分疏散方法,构建洪灾避难应急疏散路径规划模型.运用C#语言编写算法,求解最佳路径,基于自主开发的应急疏散分析工具MiniGIS,对规划路径进行动态模拟,依据反馈逐次优化算法.结果表明:理想算法,延时-改进算法,逆行-改进算法均能为县域尺度的洪灾避难疏散路径选择提供参考,但理想算法适用于组织简单,高度有序的疏散情景,延时-改进算法考虑了除交通拥堵之外的延误,与真实情况更为接近,逆行-改进算法避免了因中途路径调整而出现的"回头路",在时间最短次优的条件下,更有利于疏散过程管理与资源节约,其结果被认为是此次应急疏散路径规划的最优解.     

耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法

模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型（RFA-CA和Logistic-CA）精度更高（FoM=0.22）,能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素（高程、坡度）对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。