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专利号: 2021106912913
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测方法,其特征在于,包括步骤:S1:获取研究区域内的城市地图数据、出租车轨迹数据和兴趣点数据,对所述城市地图数据进行城市单元划分,获得城市网格;对所述出租车轨迹数据进行预处理,获得处理后的轨迹数据;

S2:将所述城市网格和所述处理后的轨迹数据进行加权匹配,获得四层有向加权网络;

S3:将所述四层有向加权网络输入图划分模型进行无监督训练,训练完成后获得四层城市社区结构,提取所述四层城市社区结构中的重叠结构;

S4:通过所述兴趣点数据构建测量指标,通过所述测量指标对所述重叠结构进行识别,获得所述重叠结构的土地使用特点和空间交互模式。

2.根据权利要求1所述的基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测方法,其特征在于,步骤S1具体为:

S11:通过GIS软件处理所述城市地图数据,对所述城市地图数据的城市区域进行空间渔网分析,将所述城市区域划分为所述城市网格;所述城市网格包括多个500mx500m的城市网格单元;

S12:剔除所述出租车轨迹数据中不在所述城市区域的点数据和无效的点数据,获得剔除后的轨迹数据;

S13:提取每条所述剔除后的轨迹数据中的上下车点数据,所述处理后的轨迹数据为所述上下车点数据的集合。

3.根据权利要求2所述的基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测方法,其特征在于,步骤S2具体为:

S21:将所述处理后的轨迹数据中各所述上下车点数据与各所述城市网格单元进行匹配,将各所述城市网格单元类比为图节点,将各城市网格单元间的交互次数类比为边的权重;

S22:有向加权网络由多个所述城市网格单元和各所述城市网格单元间的交互关系组成,所述交互关系与所述城市网格单元间的交互次数有关;

S23:将所述处理后的轨迹数据进行路程分层,轨迹路程小于3km的为第一层,轨迹路程小于5km的为第二层,轨迹路程小于9km的第三层,全部轨迹路程为第四层,对所述第一层、所述第二层、所述第三层和所述第四层分别构建对应的有向加权网络,获得所述四层有向加权网络。

4.根据权利要求1所述的基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测方法,其特征在于,步骤S3具体为:

S31:将所述图划分模型中各节点的内存均用对应节点的id初始化,各节点获得对应的唯一标签;

S32:选择某一节点作为监听器节点;

S33:所述监听器节点的所有相邻节点均向所述监听器节点发送自己的唯一标签,所述监听器节点在收到的所有标签中选择最流行标签;

S34:重复步骤S32‑S33共n次,遍历所有节点,获得所有节点的最流行标签;

S35:对各所述节点的所有标签进行后处理,获得所述四层城市社区结构,通过重叠模块度函数能够评价所述四层城市社区结构的划分结果,所述重叠模块度函数具体为:其中,m为网络中边的权重和,A为网络的带权邻接矩阵,若节点v到节点w之间存在一条边,则Avw为vw边的权重,反之为0;kv,kw分别为节点v的出度权重和和节点w的入度权重和,Ov,Ow分别为节点v和节点w所属的社区数;

S36:提取所述四层城市社区结构中的重叠结构。

5.根据权利要求1所述的基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测方法,其特征在于,步骤S4中,所述测量指标包括:丰富度、辛普森指数和熵测量指标;

通过所述丰富度能够识别土地使用情况和功能类型;通过所述辛普森指数和所述熵测量指标可以识别土地混合状况;

所述丰富度的公式具体为:

Fi,表示第i个地块中的第l类POI的富集指数,nl,表示第i个地块中的第l类土地利用类型的数量,ni是第i个地块中所有POI的数量。Nl为第l类POI的总数,N是整个研究区域内POI的总数;

所述辛普森指数和所述熵测量指标通过希尔指数来表示,公式具体为:公式中D代表希尔指数的值,pi代表第i类POI所占比例;当q=1时,它是代表熵,值越高说明POI种类分布越无序,越低代表POI种类分布越有序;q=2时是幸普森指数的逆值,辛普森指数衡量的是从一个城市区域中随机选择的两个POI属于同一类别的概率;因此,它既考虑了POI的丰富度,又考虑了不同类型POI的相对丰度,值越低说明土地的混合利用程度越高,值越高说明土地的混合利用程度越低。

6.根据权利要求5所述的基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测方法,其特征在于,步骤S4中;

所述土地使用特点为土地使用的类型及土地混合程度,功能区为城市区域中表现出一定功能属性的结构,如居住区、风景区,通过所述丰富度可以度量所述重叠结构的功能结构及功能混合程度;通过所述辛普森指数和熵测量指标能够计算所述重叠结构的POI混合程度,所述POI混合程度可以反映地块活力;

所述空间交互模式代表所述重叠区域与邻近社区的交互情况,通过交互的次数来表现交互的强弱,构建交互网络,通过一个功能区到另一个功能区的轨迹流来分析人们的出行模式,所述出行模式如早高峰从居住区至工作区,节假日从居住区至休闲区此类具有固定时间规律的交互模式,通过交互强度分析所述重叠区域交互热点区域并进一步使用所述丰富度识别交互区域的功能结构。

7.一种基于标签传播算法的城市重叠结构特征检测系统,其特征在于,包括以下模块:数据获取模块,用于获取研究区域内的城市地图数据、出租车轨迹数据和兴趣点数据,对所述城市地图数据进行城市单元划分,获得城市网格;对所述出租车轨迹数据进行预处理,获得处理后的轨迹数据;

四层有向加权网络获取模块,用于将所述城市网格和所述处理后的轨迹数据进行加权匹配,获得四层有向加权网络;

重叠结构提取模块,用于将所述四层有向加权网络输入图划分模型进行无监督训练,训练完成后获得四层城市社区结构,提取所述四层城市社区结构中的重叠结构;

识别模块,用于通过所述兴趣点数据构建测量指标,通过所述测量指标对所述重叠结构进行识别,获得所述重叠结构的土地使用特点和空间交互模式。