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。     

东莞市交通路网格局对城市空间扩张影响研究

城市化进程中,交通路网格局的发展与土地利用变化有着密切关系,交通系统的发展引起城市空间形态、土地利用开发、土地利用价格和用地布局特征的变化,反之,土地利用变化也引起了交通路网格局、路网密度的改变。本文以东莞市为例,对其交通路网密度与新增城市用地变化强度作了定量分析。根据TM遥感影像提取2001、2005和2009年3期的城市用地,采用核密度估算(KDE)新增城市用地变化强度,探讨区域内交通路网格局与新增城市用地变化强度的关系。结果表明,在2001-2005年间,路网格局变化较大,新增道路类型主要为高速路,新增城市用地总量较大、扩张速度快,特别是交通路网密度大的边缘区域。在2005-2009年间,随着路网发育不断成熟,路网密度内部差异减少,新增道路类型主要为县乡道路,新增城市用地速度明显放缓。经相关系数显著性检验后表明:2001-2009年间,在置信度为95%时,东莞市道路网密度、加权密度(x)与新增城市用地核密度(y)的相关系数Rxy均大于0.1946,证明东莞市道路网密度、加权密度与新增城市用地核密度高度相关。     

基于刷卡数据的公共汽车客流网络复杂性日内变化研究

大城市公共交通是一个典型的复杂巨系统,采用复杂网络方法分析大城市公共交通网络系统对于城市交通发展具有重要意义。已有大量的研究采用复杂网络理论进行了公共交通线路网络分析,也有研究基于刷卡数据分析了公共交通客流网络的复杂特征,但少有研究探讨客流网络复杂性日内变化特征。鉴于此,本文基于北京市公共汽车刷卡数据识别的不同时间段客流双向邻接矩阵,通过复杂网络指标对比分析公共汽车客流网络的日内变化特征。结果表明：① 各个时间段公共汽车客流分布遵循距离衰减规律,5 km以下的短距离出行约占总出行量的一半左右;② 度中心性和加权度中心性的空间格局在不同时间段整体呈现出明显的核心-边缘特征,但随时间有一定程度的变化,加权度中心性排名前10的节点存在较大变化;③ 累积度分布和累积加权度分布服从指数分布,属于小世界网络。本文还进一步讨论了基于大数据的动态复杂网络研究对城市交通规划建设的启示意义。     

山东半岛城市群交通网络载流能力评估与优化研究

在总结城市群交通网络运输方式多元化、交通节点等级化、结构运行高效化等基本特征的基础上,本文基于GIS空间分析平台构建了城市群交通网络载流模型（Traffic Network Flow-carrying Model, TNFM）,以山东半岛城市群为研究案例区,综合评价和对比了交通网络及各类型交通线路的理论与实际载流能力,得出各行政单元交通线路的缺口指数,并据此提出城市群交通网络的优化与提升方案。研究结果表明：TNFM模型可以有效地评价城市群交通网络的载流能力并得出各行政单元和道路类型的缺口里程,为城市群交通体系规划提供科学依据;山东半岛城市群国道、省道和铁路建设不足,部分城市主干道分流不畅,60%的县市存在各级道路短缺,但高铁和县乡道可以满足载流需求;未来应重点加强上述4类交通线路的建设,完善交通线路间的接口系统,充分发挥高铁和县道的分流作用。     

基于拓扑与形态特征的城市道路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。某一道路交通状态的变化会对其周边道路产生影响,故把握道路交通状态的空间自相关性是提高交通规划、交通预测水平的基础。然而,城市道路交通状态又具有空间异质性,即道路交通状态的影响扩散并非各向同性,其使得道路交通状态空间自相关性的度量更为复杂,因此仅从地理空间下道路之间的邻近关系出发进行分析有失偏颇。同时,城市道路具有拓扑结构特征和几何形态特征,二者对于交通状态自相关性的影响和制约,却未引起足够重视。本文从城市道路的拓扑结构特征和几何形态特征出发,提出了一种新的交通状态空间自相关路段识别规则,即基于交通状态变化的路段空间识别规则,通过拓扑社区发现方法刻画路段在空间上的聚集特征,同时,基于Stroke跟踪的几何形态概化来描述道路交通状态变化影响的空间异质性。结果表明,利用本文提出的识别规则产生的交通状态自相关路段集合,较仅考虑地理空间邻近或拓扑结构的识别规则更为合理,更好地揭示了城市道路交通状态的空间自相关特征。     

利用实时路况数据聚类方法检测城市交通拥堵点

 城市交通拥堵严重制约其网络总体效率。开展检测交通拥堵点可有效识别网络瓶颈,以整治交通拥堵现象。对此,本文提出一种新的城市交通时空拥堵点检测的方法:即采用实时路况数据,通过定义时空关联,检测时空意义上长期性、规律性交通拥堵点。本文基于DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法,以成都市为试验区,实现了这种拥堵点检测方法。试验表明,该方法可快速、有效、准确地检测出城市道路严重拥堵路段,并确定其拥堵时空范围,为交通管理、交通拥堵机理分析、交通拥堵预测等提供参考。     

闽台建设用地图像数据空间特征分形对比研究

利用2002年闽、台ASTER影像数据,运用分形几何学理论、数理统计方法,对闽台建设用地分布的空间特征进行分析。研究结果表明,分维值是定量刻画土地利用类型空间格局的重要参数,对遥感影像中直接提取土地利用类型的图形因子进行不同区域土地利用分形结构的差异研究,具有快速、方便、准确的性质。闽、台建设用地斑块的空间分布具有分形特征,其空间形态受自然和人文两方面因素,特别是地形地貌和交通的影响十分明显。同时台湾建设用地的平均斑块面积、分维值和规模大的斑块比重均高于福建,反映了闽、台建设用地空间特征的区域差异,这对闽、台两地,特别是福建省加强建设用地规划,合理配置空间资源,及福建省加强中心城市建设和交通规划等方面具有重要的指导意义。     

基于DBI和稀疏轨迹数据的交通状态精细划分与识别

浮动车轨迹数据已逐渐成为城市交通状态识别的主要数据源之一,但是现有基于浮动车轨迹数据的交通状态识别中多数是应用高精度或是多源轨迹数据。针对稀疏轨迹数据在城市交通状态识别中存在识别精度不高的问题,本文提出一种结合戴维森堡丁指数（DBI）和轨迹相似性度量的动态交通状态划分方法。首先,对轨迹数据和路网数据进行预处理并且建立不同时间片的路段轨迹集合;接着,依据轨迹速度-空间相似性,利用戴维森堡丁指数动态地扩展轨迹的空间维度,并根据轨迹相似性度量方法构建最佳车辆队列;然后,将前后不同的车辆队列进行二次处理,连接组成交通流簇;最后,基于模糊C均值聚类方法将交通流进行划分,实现路段交通状态的识别。采用厦门市厦禾路、湖滨西路和湖滨南路交叉路段上的真实出租车轨迹数据进行测试,结果表明,本文所提方法保证了车辆队列速度分布与原始轨迹速度分布基本一致,相比对比方法Kmeans++和ST-DBSCAN,本文方法均方根误差平均下降了18.77%和21.22%,并且在不同的实验路段表现更加稳定,可有效、可靠地运用稀疏轨迹数据识别城市交通状态,进而实现城市交通状态的精细分析。     

交通拥堵与预警信息交互传播动力学分析

城市交通拥堵问题已经成为当今世界许多城市发展过程中面临的一个严峻问题。针对这一问题,全空间信息系统通过对复杂、动态的交通拥堵过程进行多粒度抽象、多尺度建模和多层次综合分析,为解决城市交通拥堵提供了新的途径。当城市交通发生严重堵塞时,通常伴随着“道路拥堵”预警信息传播,用以影响人类的出行活动,从而在一定程度上影响交通拥堵传播。为了深入分析城市交通网络拥堵的动态演进过程,本文建立了交通拥堵传播的改进易感-感染-易感（susceptible-in fected-susceptible,SIS）的病毒传播模型,利用状态转移概率方法,基于多层复杂网络分析交通拥堵和预警信息交互传播的动力学行为特征,揭示预警信息传播对交通拥堵传播的影响。该方法不仅能够描述基于交通流传播特点的拥堵传播过程,而且能够描述交通网络中的预警信息传播过程。数字仿真实验表明,交通拥堵的传播过程与交通网络中的预警信息传播动力学之间存在关联关系。     

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...     

基于GIS的宁波市道路网络综合通达性研究

城市道路交通网络通达性是城市规划、交通体系建设等所要考虑的重要方面。利用GIS技术,以距离度量模型、道路加权核密度模型、路网连通度和公交服务指数为基础,分别从路网连接结构、路网密度、路网发育程度、公交便捷性几方面建立综合通达性指标,分析宁波市中心城区道路网络通达性及其空间特征。研究表明:宁波市中心城区的综合通达性以江东区和海曙区最优,其次为鄞州区和江北区,北仑区和镇海区通达性较差,整体空间格局分异明显;北仑区在道路结构方面优势明显;公交服务指数对综合通达性的影响最为显著。对以往的城市交通网络通达性研究进行一定的改进,为宁波市道路交通网络的建设与布局优化提供理论依据。     

基于元胞自动机的城市三维空间增长仿真模拟

目前,二维的方法不能正确描述现代城市立体空间的发展变化,因此,城市三维空间增长的研究对现代城市的发展具有重要意义。本文基于自组织理论及城市发展的自组织性,改进了Bengguigui等的城市空间模拟三维元胞自动机(3DCA)模型,在模型中添加了中心距离及交通距离评价因子,建立了城市三维空间增长的中心距离模型和交通距离模型。重点介绍了模型中评价因子的计算方法及其隐含的经济学含义、评价函数的构成和元胞空间状态的转换规则。最后使用NetLogo 3D建模工具,进行城市三维空间增长仿真模拟实验,结果表明:添加中心距离与交通距离因子后,城市三维空间增长模型更符合现实中城市三维空间扩展过程;进一步证明了城市发展的自组织性,以及他组织力量对城市向高级别发展的促进作用。     

适于城市交通时序空间数据预测的层叠泛化模型

受地理过程的动态随机性影响,时序空间数据建模普遍存在先验知识缺乏与模型参数设置问题,导致单一模型难以有效地反映地理系统的整体运行状态。本文提出了一个普适性的集成学习框架,设计了基于异态集成学习的层叠泛化模型,按照组合模型最大化减小原始预测误差原则改进了层叠泛化模型平均输出的混合策略,并基于error-ambiguity decomposition对提出的层叠泛化模型的有效性进行了数学证明。基于北京市交通路网通行状态数据的实验结果表明,层叠泛化模型的均方根误差与平均绝对误差均小于单一模型;平均绝对误差方差均小于基于数理统计的混合模型,验证了层叠泛化模型在时序空间数据预测方面的优越性。     

基于遥感和GIS的天津城市空间形态变化分析

选用分维数和紧凑度作为城市形态指数,与城市土地利用变化相结合研究城市扩展的过程和特征。以天津市为例,利用遥感提取26年内9个时相的数据进行研究,结果表明,天津市近26年内有2次快速城市扩展,但两阶段的特征不同,后期虽然扩展速率高于前期,但形态指数变化速率却低于前期,反映出后期城市扩展更趋于理性和有序。城市形态指数与土地利用变化指标有很好的互补性,两者结合可以更充分描述城市扩展的特征和过程。     

从多年份出租车出行分布数据中探测城市完备功能子区域的方法研究

研究城市功能子区域的动态演变特征可以帮助人们理解城市发展规律和进行城市规划,然而对这种动态性进行分析的手段一直以来较为匮乏。城市出行大数据的出现虽然提供了刻画和分析功能子区及其动态的工具,但是在方法层面仍缺乏克服长时期出行数据内在时空随机性的方案。本研究尝试从长时间段人口稳定流动的层面来分析城市内部是否存在具有完备功能的子区域。将具有完备功能的子区域定义为城市结构中内部流量显著高于外部连通流量且相对稳定的子区域的集合,并利用多年份的出租车轨迹数据来构建城市居民出行网络,进而利用网络分析中的社团发现算法来探测城市的完备功能子区域及其随时间的动态变化。为了实现这一目标,本研究提出了一种针对时序轨迹数据的时空耦合网络模型,尝试克服多年份出租车出行数据中潜在的时空随机性（如：时空突变）,并在此模型的基础上提出了一种基于多层网络社团发现算法的城市完备功能子区动态探测手段,实现对城市完备功能子区域时空演变的追踪分析。最后,以北京市2012—2017年的出租车轨迹数据为例,使用该方法实现了北京市城区完备功能子区的动态探测,进而揭示了4类不同完备功能子区域的特征与发展态势。     

广佛都市区道路网络与城镇建设用地间的影响分析

采用1957与1982年的地形图和1995与2008年两时相的卫星影像提取城镇建设用地信息,运用ArcGIS建立广佛都市区路网与建设用地数据库.采用相关性分析方法,定量地分析广佛都市区道路密度与建设用地之间的影响.结果表明,道路密度和城镇建设用地比重两个变量系数之间呈高度的线性正相关关系,不同年份区镇的道路密度与城镇建...     

基于土地利用强度的城市道路增长模拟模型与案例分析

城市交通与土地利用相互作用、相互影响。传统的城市空间模拟研究多关注交通对土地利用变化影响,缺少土地利用对路网空间形态影响的模拟。已有研究通常使用静态路网,不能表达土地利用与交通间的动态相互作用关系。本文以城市土地利用强度与城市道路网络空间分布间的正向关系,提出了基于城市土地利用强度的城市路网增长模拟模型。以唐山市为例,对其城市环路内的道路增长进行了模拟。结果表明,该模型能以城市土地利用强度的空间分布特征快速生成路网,反映城市土地利用对道路网络扩张的影响。模拟结果与实际路网具有高度的空间分布相似性。该模型可进一步与土地利用模拟模型结合,模拟城市土地利用与交通的动态相互作用。     

城市路网信息融合的关键技术

目前,我国各大城市交通信息采集和传输问题已基本解决。但是,交通信息与路网空间信息的匹配和融合问题却依然严重,使得大量的实时路况信息难以得到有效应用,成为制约城市路网管理和出行服务的技术瓶颈,直接影响车载导航系统、公众出行信息平台、物流运输系统等位置服务(LBS)与智能交通系统(ITS)应用的服务水平。鉴此,本文探讨了城市路网信息融合的内涵和特征,及其关键技术,包括线性参考系统与空间信息融合、时空动态分段和多级动态分段、多模式交通网络构建技术和动态连通关系自动生成等技术问题,并提出了相应的解决方案。     

Using Multi-agent System for Residential Expansion Models——A Case Study of Hongshan District, Wuhan City

Residential expansion is gaining more and more attention from government authorities and urban planners.However,most of the current urban models focus heavily on presenting economic,political and ecological objectives of urban development,while seldom taking the effects of human behavior into consideration.Multi-agent systems for land use/cover change(MAS/LUCC),which mainly concern the behavioral effects of stakeholders on the processes of land use/cover change,are promising to fill the gap.This article,based on the concepts of MAS/LUCC model,con-structs a multi-agent system for residential expansion model(MAS/RE)through the analysis of the behavior of gov-ernment authorities and households.The model takes complex human actions into account,namely urban master plan-ning,planning review and approval,policies of traffic,economy and environment,location and allocation choices of the households and their interrelationships.Taking Hongshan District of Wuhan City,Hubei Province as an illustration,the model is implemented on Arc/info platform to simulate residential expansion between 1996 and 2002.The study result shows that the model is suitable for understanding the process of residential expansion with the effects of human actions,and is especially effective for its capacity in presenting spatio-temporal and behavioral complexity.Therefore,the model can be a reference for policy-making for government authorities and urban planners.     

基于信息熵的山东省城市建设用地演变及驱动力分析

以山东省为研究区域,基于信息熵方法探讨2006—2015年城市建设用地结构及规模演变,并采用主成分分析开展了驱动机制分析。研究发现,山东省城市建设用地规模逐年增加,在空间上存在较大差异,东部沿海经济发展较快的城市扩张较为显著。建设用地结构信息熵呈先下降后上升再下降的波动态势,均衡度也呈波动变化,居住用地、工业用地在山东省城市建设用地中处于优势地位,山东省的城市建设用地仍处在开发状态。经济发展、人口变动、交通及产业结构是影响城市建设用地动态变化的主要驱动因子。