基于快速路網(wǎng)建模的多尺度時空熱點(diǎn)路徑探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及路網(wǎng)中熱點(diǎn)路徑搜索的技術(shù)領(lǐng)域，是一種在無路網(wǎng)地圖支持的條件 下，利用大規(guī)模時空軌跡數(shù)據(jù)先快速構(gòu)造路網(wǎng)再進(jìn)行熱點(diǎn)路徑探測的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱點(diǎn)路徑可以被定義為一段時期內(nèi)被大量移動對象頻繁經(jīng)過的路段，它能反映人 們在移動過程中對某地理區(qū)域的關(guān)注程度或依賴程度，也能一定程度地揭示人們的移動規(guī) 律。熱點(diǎn)路徑探測可用于城市規(guī)劃、交通管理、廣告投放等領(lǐng)域的決策支持。
[0003] 不同于專利文獻(xiàn)1 (專利公開號CN103323018A)中的熱點(diǎn)路徑概念，其中的熱點(diǎn)路 徑是指從源點(diǎn)到目的點(diǎn)的所有路徑中的最常使用路徑，這是一種局部流行的路徑。本發(fā)明 中的熱點(diǎn)路徑是指整個路網(wǎng)中被移動對象頻繁經(jīng)過路徑，一種全局流行的路徑。
[0004] 目前專門用于從軌跡中探測熱點(diǎn)路徑的方法并不多，在有路網(wǎng)地圖支持的情況 下，可以使用Li Xiaolei等提出FlowScan方法探測熱點(diǎn)路徑，此方法需要具有良好拓?fù)湫?的路網(wǎng)的支持，而且需要較準(zhǔn)確的地圖匹配算法，在地圖匹配算法不精確、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完整 或不存在可用路網(wǎng)的情況下就無法使用該方法了。在無路網(wǎng)支持的情況下，可使用基于網(wǎng) 格劃分的方法或基于軌跡聚類的方法。然而使用網(wǎng)格地對軌跡進(jìn)行"硬劃分"的容易導(dǎo)致屬 于同一道路上的軌跡被錯分到多個不同網(wǎng)格中，最終導(dǎo)致"熱點(diǎn)路徑丟失"現(xiàn)象的出現(xiàn)。而 且，網(wǎng)格尺寸設(shè)定的越小，此問題就會越嚴(yán)重。移動對象聚類或基于軌跡聚類的方法也可以 一定程度地解決無路網(wǎng)支持下的熱點(diǎn)路徑探測問題。然而，移動對象聚類只能發(fā)現(xiàn)數(shù)量較 少的一些短路徑，因為它要求聚類中所有移動對象在某一時間間隔內(nèi)都沿同樣路線行駛， 而真正的熱點(diǎn)路徑只關(guān)注的交通流量的大小，不需要所有移動對象在行駛過程中都始終保 持聚類性，也不需要它們共同行駛一段足夠長的路程。而軌跡聚類方法無法識別熱點(diǎn)路徑 中的一些復(fù)雜耦合現(xiàn)象，如匯聚、分裂、或覆蓋等。因為，熱點(diǎn)路徑的探測過程與軌跡聚類過 程有所不同。軌跡聚類的聚類方向是向任意方向發(fā)散的，是無限制的；而熱點(diǎn)路徑探測探測 方向只能沿著道路的方向，是受限的。因此，軌跡聚類結(jié)果的通常是群簇，是任意形狀的；而 熱點(diǎn)路徑探測的結(jié)果則是一條條路徑，是"線狀"的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供一種基于快速路網(wǎng)建模的多尺度時空熱 點(diǎn)路徑探測方法。
[0006] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：基于快速路網(wǎng)建模的多尺度時空熱 點(diǎn)路徑探測方法，包括以下步驟：
[0007] 1)利用大規(guī)模軌跡數(shù)據(jù)構(gòu)造路網(wǎng)；
[0008] 2)基于所構(gòu)造的路網(wǎng)對軌跡進(jìn)行道路匹配：將軌跡點(diǎn)序列轉(zhuǎn)化為覆蓋在道路上 的網(wǎng)格序列；
[0009] 3)進(jìn)行熱點(diǎn)路徑探測。
[0010] 所述步驟1)包括以下步驟：
[0011] 將包含有大規(guī)模軌跡的二維空間區(qū)域劃分為規(guī)則的網(wǎng)格，統(tǒng)計網(wǎng)格內(nèi)的軌跡點(diǎn)數(shù) 量；
[0012] 將網(wǎng)格視為位圖像素，以網(wǎng)格的軌跡點(diǎn)數(shù)量作為像素值，進(jìn)而將區(qū)域構(gòu)造為灰度 圖像；
[0013] 對灰度圖進(jìn)行二值化處理；
[0014] 使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中的細(xì)化、膨脹、裁剪操作從二值圖像中提取路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
[0015] 所述將包含有大規(guī)模軌跡的二維空間區(qū)域劃分為規(guī)則的網(wǎng)格，具體為：按照經(jīng)緯 度方向?qū)⒍S空間區(qū)域S分別劃分為m、n等分，m>0，n>0,二維空間區(qū)域就S劃分為了 mXn 個矩形網(wǎng)格單元，若將每個網(wǎng)格視為一個像素，則S可表示為位圖Gblt = {gl，g2，…，gniXn}， 每個像素的灰度值Gray即為通過該網(wǎng)格的軌跡量，Gray (gj > 0, i>0。
[0016] 所述對灰度圖進(jìn)行二值化處理采用混合閾值策略，混合閾值公式為TH(g)= tiXAvgg^+tjjXAvgyxy (g)，其中Avggklbal為全局非O像素的平均值，AvgYXY (g)為像素 g 的Y X Y鄰域內(nèi)的非O像素平均值，TH(g)為像素 g的二值化閾值為全局閾值的權(quán)重， t2為局部閾值的權(quán)重。
[0017] 所述細(xì)化操作公式為：
[0019] 即利用結(jié)構(gòu)元素序列B\B2, "·，ΒΝ迭代對圖像X進(jìn)行處理，直至X不再變化為止， 其中B1由B1 1旋轉(zhuǎn)得到，i = 1，2,…，η，X為二值圖像。
[0020] 所述膨脹操作采用定向結(jié)構(gòu)元素，即通過統(tǒng)計軌跡的方向來確定道路方向，然后 沿著道路方向?qū)Ω采w在道路上的網(wǎng)格進(jìn)行膨脹。
[0021] 所述剪裁操作只對刪除短線、孤立點(diǎn)所對應(yīng)的像素。
[0022] 所述步驟2)中的軌跡道路匹配過程為：
[0023] 將軌跡點(diǎn)序列轉(zhuǎn)化為覆蓋在道路上的網(wǎng)格序列；
[0024] 將時間域劃分為小尺度時段，統(tǒng)計"道路網(wǎng)格"在各時段各方向上的軌跡量，即流 量；
[0025] 以Traf (g)表示途經(jīng)網(wǎng)格單元g的軌跡集合,Trafstart (g)表示從g出發(fā)的軌跡集 合，Traffinish (g)表示到g終止的軌跡集合，Trafpass (g)表示穿過g的軌跡集合,則Traf (g) =Trafstart (g)+Traffinish (g)+Trafpass (g), I Traf (g) I 即為網(wǎng)格 g 的流量。
[0026] 所述步驟3)包括以下步驟：
[0027] a)對軌跡進(jìn)行道路匹配，將軌跡點(diǎn)序列轉(zhuǎn)化為"道路網(wǎng)格"序列。將時間域劃分為 小尺度時段，統(tǒng)計"道路網(wǎng)格"在各時段各方向上的軌跡量，即流量；
[0028] b)根據(jù)網(wǎng)格流量定義"道路網(wǎng)格"間的流量可達(dá)條件、熱點(diǎn)路徑起始條件、以及路 徑流量可達(dá)條件；根據(jù)流量可達(dá)定義將路網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為有向圖的結(jié)構(gòu)，根據(jù)熱點(diǎn)路徑起始 區(qū)域定義將圖轉(zhuǎn)化為樹的結(jié)構(gòu)；
[0029] c)對每個時段的網(wǎng)格生成樹，利用路徑可達(dá)定義中的規(guī)則從樹中探測小尺度時空 熱點(diǎn)路徑；
[0030] d)將小尺度生成樹合并為大尺度生成樹，繼續(xù)使用路徑可達(dá)定義中的規(guī)則探測大 尺度時空熱點(diǎn)路徑；
[0031] e)對每一尺度下的所有熱點(diǎn)路徑根據(jù)其熱度和長度對其進(jìn)行排序。
[0032] 所述直接流量可達(dá)為：
[0033] 若從網(wǎng)格gl到鄰接網(wǎng)格g2的軌跡量達(dá)到一定閾值λ，則稱 gl直接流量可達(dá)g2 ; 根據(jù)流量可達(dá)定義將路網(wǎng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為有向圖的結(jié)構(gòu)，G= {V(G)，E(G)}，頂點(diǎn)集合V(G)= Iv1, V2,…，vn} = {g!，g2,…gn}，Vi = gi，η > 1，1 彡 i 彡 η,邊集合 E(G) = ((Vi, v.j) I !Traf (gl) nTraf(gj) I彡入，\￡￥，^￥}。其中6為有向圖，\為有向圖中的頂點(diǎn)，11表示網(wǎng)格數(shù) 量，I Traf (gi) n Traf (g.j) I表示從網(wǎng)格gi至gj的軌跡量。
[0034] 所述熱點(diǎn)路徑起始區(qū)域為：
[0035] 給定最小流量可達(dá)閾值λ，若某網(wǎng)格區(qū)域g滿足以下三種條件之一，則稱其為熱 點(diǎn)路徑起始區(qū)域。
不能直接流量可 達(dá)g ;
不能直接流量可達(dá) g ；
量可達(dá)g。
[0039] 其中，N (g)表示g的直接鄰域，Traf (g)表示途經(jīng)網(wǎng)格單元g的軌跡集 合，Trafstart (g)表示從g出發(fā)的軌跡集合，Trafpass (g)表示穿過g的軌跡集合,則Traf (g) =Trafstart (g) +Traffinish (g) +Trafpass (g), I Traf (g) I 為網(wǎng)格 g 的流量。
[0040] 所述路徑流量可達(dá)為：
[0041] 對于一條網(wǎng)格單元鏈L = (gl，g2，…，gn)，若滿足以下條件，則稱gl路徑流量可達(dá) Sn ：
[0042] 1)網(wǎng)格S1直接流量可達(dá)網(wǎng)格g1+1，1彡i〈n ;
[0043] 2)對于 L 的每一子鏈 Li = (g〇 gi+1，…，gi+E), !Traf^gi) Π Traf(gi+1) Π … Π Traf (gi+ Ε) I 彡 λ，1 彡 ε〈η, i 彡 I ;
T必須連續(xù)地經(jīng)過gi, gi+1，… ，gi+E ;其中，Traf (g