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。     

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。     

车辆轨迹与遥感影像多层次融合的道路交叉口识别

交叉口是构成道路网络的基础与核心要素,起到了连接道路和承载转向的重要作用.在城市路网中,交叉口不仅数量众多、形态多样,而且结构复杂、大小不一.单一数据源对于道路交叉口的描述能力有限,难以做到道路交叉口的全面、精确识别.为此,本文设计了一种从车辆轨迹与遥感影像中识别道路交叉口的多元集成方法.首先,集成形态学处理、密度峰值聚类与张量投票提取种子交叉口,将其作为小样本集;然后,据此采用协同训练机制,分别构建基于深度卷积网络,面向车辆轨迹与遥感影像的交叉口分类器;最后,综合两模型优点,形成道路交叉口的集成分类模型.本文方法在多个层次上融合车辆轨迹与遥感影像关于交叉口的互补性描述特征,提出半监督式交叉口提取技术,无须人工标注即可有效识别复杂多样的道路交叉口.基于武汉市出租车轨迹和遥感影像的试验表明,本文方法在无人工标注样本的前提下,道路交叉口提取的准确率超过93％,召回率达到87％.     

针对复杂道路网络的车辆轨迹地图匹配算法

针对高度城市化地区存在的复杂道路网络环境下,如何高效地进行车辆轨迹数据的地图匹配问题,该文提出了一种针对复杂道路网络的车辆轨迹数据地图匹配算法。该算法以车辆轨迹序列为匹配对象,通过环形轨迹的识别把车辆轨迹序列划分为无环路轨迹段,并用道路拓扑关系来计算轨迹序列的最优匹配路线,实现在复杂道路网络中的车辆轨迹数据地图匹配。为了验证本算法的性能,以上海市道路网络为实验区,以约1.3万辆出租车在2015年4月的轨迹数据为数据源,进行实证研究。实验结果显示,该文提出的地图匹配算法在复杂的道路网络中有较高的匹配成功率和匹配效率。     

顾及时空轨迹特征的台风相似性评估算法

相似的台风路径在一定程度上反映了影响台风运动的诸多因素产生的相同或相似的综合效应。本文基于IMHD-ST距离并综合考虑轨迹时空距离和频率特征,提出了一种距离-频率时空轨迹相似性度量算法,从时空位置和路径形状两个角度衡量台风轨迹之间的相似程度。经实际数据验证本文所提出的算法计算结果准确,同时提高了对噪声、采样率变化和偏移等干扰的抵抗能力,能有效匹配相似轨迹对,服务于台风路径预测与历史相似台风案例的提取。     

顾及航向角变化的轨迹丢失点补全方法

移动载体及其用户的轨迹数据记录相关的行为特征和运动规律,具有重要的社会研究价值,也是轨迹数据挖掘、行为特征匹配等方面的研究重点。然而,在采用GPS获取轨迹数据的过程中会因为信号丢失或者干扰等影响造成轨迹数据的缺失。在路网未知的条件下,由于缺乏快速有效的轨迹修补算法,大多数缺失轨迹会被舍弃或者简单预估处理,严重影响轨迹信息提取的准确性和可用性。针对这一问题,根据轨迹丢失具体情况,确定轨迹丢失点和分类判断规则;以航向角动态变化作为标尺,提出一种丢失轨迹点插值拟合补全算法;最后,利用该算法对采集过程中几类缺失的轨迹数据分别进行实验分析。实验结果表明,在路网未知的条件下,该算法能够快速、准确地完成缺失轨迹点的补全工作,具有一定的实用价值。     

顾及轨迹密度分布异质性的道路交叉口提取方法

车辆轨迹大数据为道路网生成与更新、道路状态信息感知提供了新机遇,从轨迹数据中准确提取道路交叉口是基于车辆轨迹数据构建精细化道路网地图的关键步骤。当前已有学者根据轨迹点的转向、速度变化等特征,基于空间聚类提出了一些道路交叉口识别的经典方法,但由于轨迹数据密度分布的异质性、噪声干扰及最优聚类参数设置等问题,从不同采样频率、分布密度的轨迹数据中提取不同大小、形态的交叉口仍是一个挑战。为此,本文首先针对轨迹密度的空间分布异质性提出基于层次划分的轨迹栅格化策略,进而从视觉角度出发,提出一种基于“转换-分割-优化”全流程的道路交叉口层次提取方法。通过对不同采样频率的真实轨迹数据进行试验分析,验证了本文方法对低频轨迹数据中道路交叉口提取的准确度与有效性,识别结果优于现有代表性方法。     

利用经验模态分解的近地面植被指数时序数据重构研究

NDVI遥感产品可以较好地反映植被的生长情况,已被广泛应用于植被物候的遥感分析。本文利用PhenoCam物候相机观测网络林地站点的近地面多光谱数码相机照片,通过近红外和红光波段组合提取近似NDVI的时序数据,并在景观尺度上采用经验模态分解方法(EMD,Empirical Mode Decomposition)实现一定容差范围内NDVI时序数据的重构。结果表明:EMD方法能够有效地减少NDVI时序数据噪声干扰,经验证,趋势项残差的趋势较为明确。实验基于重构结果进行植被物候分析,得到的物候分布特征与植被实际生长反映的变化特征基本一致。     

车辆轨迹数据的道路学习提取法

车辆轨迹数据的道路信息提取是地理信息领域的热点也是难点之一,深度学习的快速发展为该问题的解决提供了一种思路与方法。本文针对车辆轨迹数据的车行道级道路提取问题,引入深度学习领域的生成式对抗网络,利用残差网络构建深层网络和多尺度感受野感知轨迹数据不同细节特征,构建了基于条件生成式对抗网络的轨迹方向约束下车行道级道路提取模型。首先提出了朝向-颜色映射栅格化转换方法,实现轨迹朝向信息向HSV颜色空间的转换;然后利用样本数据学习模型参数;最后将训练模型应用到郑州、成都、南京3个试验区域提取车行道级道路数据。试验结果表明,本文方法能够有效地提取完整的车行道级道路数据。     

众源车辆轨迹加油停留行为探测与加油站点提取

针对当前加油站点信息采集成本高、更新周期长等问题,提出了运用车辆轨迹数据提取加油站点的方法。首先,从轨迹运动特征、几何模式等方面分析个体和群体加油行为轨迹特征。其次,基于Stop/Move模型,集成加油轨迹运动特征提出速度序列线性聚类算法提取加油停留轨迹。最后,运用Delaunay三角网层次聚类加油停留轨迹线,综合运用傅里叶形状识别、语义约束等方法识别、提取加油站点。运用北京市7d的出租车轨迹数据进行试验分析,共提取482个加油站,正确率为93.1%,且位置精度高。     

利用轨迹数据进行道路网更新及轨迹融合

随着经济的快速发展,城市道路网更新迅速,道路网数据对于交通规划和城市发展具有重要意义。本文提出了一种基于轨迹数据的道路更新及轨迹融合方法。首先使用几何最短距离分析和隐马尔科夫模型来提取失配轨迹,然后使用基于Delaunay三角网和基于山脊线相结合的轨迹融合方法,提取出新增道路骨架线,对得到的骨架线进行显化和延长处理,使其融合到现有道路网中。试验结果表明,采用基于Delaunay三角网和基于山脊线相结合的轨迹融合方法,能够提高新增道路的生成效率,改善道路网的更新效果。     

轨迹分割与图层融合的车辆轨迹线构建道路地图方法

传统道路地图构建方法将轨迹点（线）同等对待提取道路数据,忽略车辆轨迹的空间差异性,制约其结果精度与应用范围。为此,本文根据轨迹速度将轨迹线集分割滤选为3个轨迹线子集,将轨迹方向与Delaunay三角网模型集成探测路网拓扑结构;顾及轨迹线子集的特征差异选取不同参数值和约束条件并分层提取道路几何、交通语义数据,分别构建3个道路图层;运用缓冲区方法并根据道路几何、语义特征将多个道路图层融合为单个完整道路地图。运用出租车轨迹数据进行试验分析,结果表明：该方法顾及轨迹分布差异性,能将道路几何、交通语义信息融合提取,更适于处理复杂道路结构下的轨迹线。     

基于语义规则的高分辨率影像道路交叉口提取方法

为了准确提取遥感影像上道路交叉口目标,提出一种利用特征语义规则从高分辨率影像上提取道路交叉口的方法。该算法构建交叉口模型时将其视为由同质区域像素集合及区域轮廓边界构成的面对象,提取过程分为两步:1)利用辐射、纹理特征语义匹配提取交叉口候选区域;2)通过几何特征语义匹配筛选候选区域、识别交叉口属性。利用多源遥感影像对算法正确性及合理性进行验证,结果表明:算法能准确、完整地提取道路交叉口,可为影像道路网构建提供辅助信息。     

基于WebGIS的视频星车流量分析与路况查询系统

车流量作为衡量路况信息的重要因素,需要一个低成本且高效的可视化监控系统。本文对视频监控中的车流量信息进行了提取分析,采用背景差分的方法对视频中有关的车辆因子进行提取,包括车流量信息提取、车辆类型提取、车速提取,并将分析得到的数据通过Web GIS发布到网络上支持在线预览,结合GIS和视频监控的特点,解决了传统视频监控系统空间位置感较差的问题。     

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。     

Experimental Analysis of Various Types of Road Intersections for Interchange Detection

Road interchanges are a major pattern type in road networks. Recognition of road interchanges benefits automated road network generalization, car navigation and traffic flow analysis. This study first investigated several existing approaches to automatically detecting interchanges in a road network, and determined that the recognition of characteristic road intersections is essential for the effective detection of interchanges. Several experiments were carried out to investigate nine types of road intersections for interchange detection and to analyze characteristic ones. Furthermore, an approach to the detection of both intersections and segments of interchanges was proposed and validated. The road networks across different scales were tested and results show that: (1) the T‐shaped and Cross‐shaped junctions are very common in road networks, but they are not the most characteristic ones for interchange detection; (2) the y‐shaped, Y‐shaped types, X‐shaped, Fork‐shaped and Multi‐leg may be the characteristic types for interchange detection; (3) the proposed approach to detecting interchanges is effective, and most of the intersections and segments of interchanges can be detected. In addition, taking multiple characteristic types into consideration for interchange detection is suggested.     

基于车载激光点云数据的路面检测与重建

以车载激光点云数据为研究对象,提出了一种新的路面检测与重建的方法。该方法根据GPS定位器中的索引文件或激光扫描仪的旋转角度值提取扫描车的车行路径,利用提取到的车行路径去检测对应的路沿。然后,对检测到的路沿中出现的各种异常进行相应的平滑处理。在得到精确的路沿线后,可得到路面的三维模型,从而完成对路面的重建。输出的路面三维模型为OBJ格式,可满足相关领域对精确路面的需求,比如三维城市建模。     

符合认知规律的时空轨迹融合与路网生成方法

以行驶在城市大街小巷的出租车GPS时空轨迹数据为研究对象,研究了符合"感知—认知—经验"认知规律3层次的轨迹融合与路网生成方法,提出了基于Delaunay三角网的时空轨迹融合模型,实现了从GPS时空轨迹中对符合认知规律需求的路网信息的获取,并以武汉市出租车GPS轨迹为试验,实现了对武汉市出租车时空轨迹的融合与武汉市路网数据的生成,证明了该方法的有效性。     

利用可变形部件模型检测遥感影像道路交叉口

为了解决高分辨率遥感影像道路交叉口位置检测与类型识别问题,提出了一种基于可变形部件模型的道路交叉口检测方法。首先,分析了道路交叉口在高分辨率遥感影像上的表征形式;然后,借鉴面向对象的思想,利用可变形部件模型,通过训练和学习其整体和部件组成的空间布局特征获取目标对象模型参数;最后,通过滑动窗口搜索匹配方法获取道路交叉口位置和其对应的类型。由仿真与实验结果可知,此算法不仅能够自动、准确地检测道路交叉口的几何位置,而且能够识别其几何形状类型,可有效提高道路网络拓扑结构构建效率。     

基于GIS的道路选线方法与趋势

简要介绍GIS在道路选线中的应用,从基本空间分析方法的角度将基于GIS的道路选线方法分为3类：基于数字高程模型的线路设计方法;基于叠置分析的线路优选方法;基于空间分析与模拟的综合选线方法;并对其发展趋势作一定讨论。