為了 mXn 個(gè)矩形網(wǎng)格單元，若將每個(gè)網(wǎng)格視為一個(gè)像素，則S可表示為位圖Gblt = {gl，g2，…，gniXn}， 每個(gè)像素的灰度值Gray即為通過該網(wǎng)格的軌跡量，Gray( gl) >0, i>0。方便起見，我們將 覆蓋在道路上的網(wǎng)格稱為"道路網(wǎng)格"，不覆蓋道路的網(wǎng)格稱為"非道路網(wǎng)格"，與它們相對(duì) 應(yīng)的像素分別稱為"道路像素"和"非道路像素"。
[0085] m、η的大小應(yīng)根據(jù)地理范圍的大小、以及道路寬度來設(shè)定，通常一個(gè)網(wǎng)格的長(zhǎng)和 寬應(yīng)小于大多數(shù)道路的寬度，這樣才能保證一個(gè)網(wǎng)格不會(huì)覆蓋多條道路且包含于道路之中 (能代表道路的脊線）。另外，網(wǎng)格長(zhǎng)寬應(yīng)保證盡可能相等，這樣有利于圖像處理過程。根 據(jù)常識(shí)，網(wǎng)格寬度在IOm~50m之間是合理的。
[0086] 2)位圖二值化
[0087] 二值化過程是使用閾值對(duì)灰度圖進(jìn)行過濾，將其轉(zhuǎn)化為二值圖像。其目的是刪除 "非道路網(wǎng)格"，保留"道路網(wǎng)格"。
[0088] 二值化的關(guān)鍵問題是如何選擇閾值。最簡(jiǎn)單的辦法是人為選定一個(gè)全局閾值，但 全局閾值的通用性很差，當(dāng)閾值較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致只包含少量軌跡的"道路網(wǎng)格"被誤刪，致使 最后的路網(wǎng)只能包含高流量的道路；而當(dāng)閾值較小時(shí)會(huì)導(dǎo)致包含有較多軌跡的"非道路網(wǎng) 格"被誤留，甚至將多條不同路段"粘"到一起。避免此問題的一種有效策略是使用局部閾 值，即根據(jù)局部區(qū)域信息確定可適應(yīng)的閾值。然而局部閾值也可能會(huì)出現(xiàn)問題，當(dāng)某一區(qū)域 內(nèi)不包含道路卻有少量軌跡時(shí)，使用局部閾值就也可能將"非道路網(wǎng)格"被錯(cuò)誤地保留。 [0089] 由于"道路像素"的灰度值通常大于"非道路像素"的灰度值，那么使用局部 非〇像素的平均值就能過濾掉"非道路像素"。同樣，使用全局非〇像素的平均值就能過 濾掉被局部均值保留下來的偽"道路像素"。鑒于此，本發(fā)明采用一種同時(shí)使用全局均 值和局部均值的混合閾值策略。設(shè)Avgglcibal為全局非0像素的平均值，Avg YXY (g)為像 素 g的YX Y鄰域內(nèi)的非0像素平均值，那么像素 g的過濾閾值可以定義為：TH (g)= i^XAvgg^+tjjXAvgu Y (g)。全局均值權(quán)重L通常不應(yīng)大于局部均值權(quán)重t2，不然，過濾 像素時(shí)將過多地受全局均值的影響，從而導(dǎo)致"道路網(wǎng)格"的誤刪。
[0090] 3)形態(tài)學(xué)處理
[0091] 經(jīng)過二值化處理后，圖像將只包含鄰近道路的網(wǎng)格，即結(jié)果圖像將能顯示出路網(wǎng) 的輪廓。然而，二值化操作也將不可避免地導(dǎo)致結(jié)果圖像中出現(xiàn)"空洞"、"裂縫"、"腫塊"等 現(xiàn)象。"空洞"、"裂縫"會(huì)使原本相連的道路產(chǎn)生斷裂，而"腫塊"將會(huì)使原本相距甚遠(yuǎn)的道 路變得相鄰，甚至將它們"粘"到一起。為了填補(bǔ)道路間隙、平滑邊緣，可以使用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 中的膨脹操作；而要消除"腫塊"，這就可以使用細(xì)化。
[0092] 本發(fā)明中使用細(xì)化操作來消除圖像"腫塊"、取圖像骨架，細(xì)化操作中的結(jié)構(gòu)元素 序列如圖2所示。
[0093] 經(jīng)過細(xì)化處理后，二值圖像成為了路網(wǎng)的骨架結(jié)構(gòu)。然而，依然存在許多斷裂需 要進(jìn)一步處理。這里我們使用膨脹操作填補(bǔ)道路間隙。通常，膨脹操作的結(jié)構(gòu)元素都選用 3X3或5X5的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，然而這里卻不能對(duì)全部像素都使用一種固定的結(jié)構(gòu)元素。因?yàn)椋?每條道路要么是單向要么是雙向，那么對(duì)"道路像素"作膨脹處理時(shí)就只能朝著道路的一個(gè) 或兩個(gè)方向進(jìn)行。比如，對(duì)于一個(gè)位于東西向雙行道上的像素 P，它的結(jié)構(gòu)元素就應(yīng)該是水 平的1X3或1X5結(jié)構(gòu)；同樣，對(duì)于南北雙行道路上的像素而言，其結(jié)構(gòu)元素就可以是垂直 的3X1或5X1結(jié)構(gòu)。從這個(gè)意義上說，每個(gè)道路像素都應(yīng)該有屬于自己的結(jié)構(gòu)元素。通 過統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的車輛行駛方向就可以方便地確定相應(yīng)像素的結(jié)構(gòu)元素，幾種定向性結(jié) 構(gòu)元素如圖3所示。
[0094] 細(xì)化算法所求得的骨架會(huì)產(chǎn)生一些毛刺噪聲，經(jīng)過膨脹處理之后噪聲會(huì)更加嚴(yán) 重，所以需要通過裁剪去掉這些無用的部分。裁剪操作是細(xì)化操作的一種變體，可以通過細(xì) 化操作來定義，不同之處在于，對(duì)圖像連續(xù)裁剪不能達(dá)到一種穩(wěn)定狀態(tài)，它有可能將消去整 個(gè)圖像。裁剪操作使用圖4所示的8個(gè)結(jié)構(gòu)元素，其中B 1~B4為4個(gè)強(qiáng)修剪器，B5~B8為 4個(gè)弱修剪器。
[0095] 經(jīng)過上面的形態(tài)學(xué)處理之后，二值圖像就可以視為一幅路網(wǎng)地圖。
[0096] 第二步：道路匹配，基于所探測(cè)的路網(wǎng)即可將軌跡匹配到道路上，以"道路網(wǎng)格"序 列作為軌跡的離散化表示。
[0097]由于我們的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不存在車道、環(huán)島、立交橋等復(fù)雜道路結(jié)構(gòu)，所以只需 使用簡(jiǎn)單的匹配方法即可，即通過距離計(jì)算將軌跡匹配到一定鄰域Y內(nèi)距離最近的"道路 網(wǎng)格"中。對(duì)于每一軌跡點(diǎn)P，若其所在的網(wǎng)格 gl是路網(wǎng)的一部分，則P直接匹配到gl中； 若gl不包含在路網(wǎng)中，則在 gl的Y -鄰域內(nèi)的網(wǎng)格中尋找距離P最近的"道路網(wǎng)格" ，將 P匹配到g]中；若Y-鄰域內(nèi)不存在"道路網(wǎng)格"，則將P視為噪聲點(diǎn)。
[0098] Y的大小應(yīng)根據(jù)網(wǎng)格大小而定。如，當(dāng)網(wǎng)格寬度較大如50m時(shí)，進(jìn)行匹配時(shí)可 只搜索其3X3的鄰域，因?yàn)楫?dāng)軌跡點(diǎn)距離"道路網(wǎng)格"超過IOOm時(shí)就不應(yīng)認(rèn)為該點(diǎn)位于 道路之上。同樣，當(dāng)網(wǎng)格寬度較小如IOm時(shí)，則可以搜索其5X5的鄰域。通過設(shè)置適當(dāng)?shù)?Y值就能保證絕大部分定位點(diǎn)得到正確匹配。對(duì)每個(gè)軌跡點(diǎn)進(jìn)行匹配之后，任一軌跡T1 = (P1, P2,…，pm}，m>l即可表不為網(wǎng)格序列
>1。
[0099] 如圖5所示，將軌跡T1匹配到路網(wǎng)Graad之后，T 1就可以表示為T1 = {gl，g2，…，g5}。
[0100] 第三步：進(jìn)行熱點(diǎn)路徑探測(cè)，在介紹具體過程之前先對(duì)幾個(gè)相關(guān)概念進(jìn)行說明。 [0101] 首先對(duì)熱點(diǎn)路徑所具有的三種耦合關(guān)系進(jìn)行說明，如圖6所示：
[0102] 1)分裂：如圖6 (a)，大量軌跡從A到B處，至B處后分流到C和D處，此時(shí)應(yīng)將路 線AB、AC識(shí)別為熱點(diǎn)路徑，而不應(yīng)將它們分割為AB、BC、BD三個(gè)較短的熱點(diǎn)路徑，這樣不合 理的分割會(huì)使熱點(diǎn)路徑失去原有的整體性。
[0103] 2)匯聚：如圖6(b)，與分裂的情況類似，這時(shí)也不應(yīng)將CA、DA分割為CB、DB、BA。
[0104] 3)重疊：如圖6(c)，路線AC、BD都是完整的熱點(diǎn)路徑，二者的一部分路徑BC是重 疊的。此時(shí)也不應(yīng)將BC單獨(dú)識(shí)別為熱點(diǎn)路徑。
[0105] 其次，對(duì)熱點(diǎn)路徑起始區(qū)域的概念進(jìn)行說明，如圖7所示。在以下三種情況下一個(gè) 網(wǎng)格可能會(huì)成為熱點(diǎn)路徑的開始，此時(shí)設(shè)最小流量可達(dá)閾值λ = 4:
[0106] 1)如圖7(a)，當(dāng)從g的每個(gè)鄰接區(qū)域進(jìn)入g的軌跡量都達(dá)不到閾值，而從區(qū)域g 出發(fā)的軌跡數(shù)量達(dá)到一定閾值時(shí)，g可能成為熱點(diǎn)路徑起始區(qū)域。
[0107] 2)如圖7(b)，當(dāng)g的每個(gè)鄰接區(qū)域進(jìn)入g的軌跡量都達(dá)不到閾值，但從所有鄰接 區(qū)域匯集到區(qū)域g的軌跡綜合能達(dá)到閾值時(shí)，g也可能成為熱點(diǎn)路徑的開始。
[0108] 3)如圖7(c)，當(dāng)前兩種情況都不滿足，而進(jìn)入g的軌跡量與從g出發(fā)的軌跡量之 和達(dá)到閾值時(shí)，則g也可能成為熱點(diǎn)路徑的開始。
[0109] 熱點(diǎn)路徑探測(cè)可具體分為構(gòu)造路網(wǎng)生成圖、探測(cè)熱點(diǎn)路徑起始區(qū)域、提取以熱點(diǎn) 路徑起始區(qū)域?yàn)楦?jié)點(diǎn)的生成樹、合并小尺度時(shí)空數(shù)據(jù)的生成樹為大尺度時(shí)空數(shù)據(jù)生成 樹、根據(jù)路徑流量可達(dá)規(guī)則進(jìn)行聚類搜索以探測(cè)不同尺度的時(shí)空熱點(diǎn)路徑等步驟。
[0110] 統(tǒng)計(jì)網(wǎng)格的軌跡量，根據(jù)直接流量可達(dá)定義可將路網(wǎng)轉(zhuǎn)化為有向圖的形式。如圖 8所示，若將最小流量可達(dá)閾值設(shè)置為2,那么圖8(a)的路網(wǎng)生成圖可由圖8(b)的形式來 表7K。
[0111] 使用熱點(diǎn)路徑起始區(qū)域定義中的規(guī)則依次判斷所有網(wǎng)格單元就能找到所有 熱點(diǎn)路徑起始區(qū)域，然后利用路徑流量可達(dá)定義中的規(guī)則從每個(gè)起始區(qū)域開始聚類搜 索，判斷滑動(dòng)窗口內(nèi)的網(wǎng)格區(qū)域是否直接密度可達(dá)，若是，則加入聚類；若不是，則停止 迭代，完成聚類。這樣每個(gè)"線形"聚類便代表一條熱點(diǎn)路徑。如圖9所示為運(yùn)用路徑 流量可達(dá)定義判定熱點(diǎn)路徑的示意圖，設(shè)此時(shí)流量可達(dá)閾值λ =3, ε =2,那么判定 Traf (g!) Π Traf (g2) Π Traf (g3) I = 3 = λ，I Traf (g3) Π Traf (g4) Π Traf (g5) I = 3 = λ，I Traf (g5) Π Traf (g6) Π Traf (g7) I