亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于GPS軌跡挖掘的城市空間動態(tài)交互特征研究

        2020-07-02 06:55:34馮慧芳周丹鳳
        關(guān)鍵詞:工作日柵格社團

        馮慧芳,周丹鳳

        (西北師范大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院,蘭州730070)

        0 引 言

        大量具有時空屬性大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)為高精度、高效研究移動對象時空特征提供了可能[1].出租車GPS 軌跡是城市計算研究中的主要數(shù)據(jù)源,含有豐富的時空信息,可反應(yīng)城市居民的社會活動特征[2].因此,通過GPS軌跡挖掘發(fā)現(xiàn)隱含的知識,研究人類移動行為規(guī)律,探求城市動力學(xué)機制,不僅有利于優(yōu)化城市功能布局,對加強城市精細化管理也具有十分積極的意義[2].

        出租車軌跡挖掘研究取得了豐碩成果,主要包括出行路線、載客路徑推薦和城市熱點區(qū)域識別等[3-4].城市結(jié)構(gòu)是指城市各組成要素相互關(guān)系、相互作用的形式和方式,主要包括經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、社會結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu).文獻[5]應(yīng)用廈門市出租車GPS軌跡研究了城市功能區(qū)劃分問題,識別了城市居住、工作和娛樂三大功能區(qū).文獻[6]利用北京市12 d 私家車出行數(shù)據(jù),研究出行目的地分布變化及其與城市空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系.文獻[7]利用香港社交媒體數(shù)據(jù)識別高密度城市的城市空間結(jié)構(gòu)和城市活力.

        城市社團結(jié)構(gòu)指城市空間在某些因素的影響或作用下能夠被分割成多個內(nèi)部聯(lián)系緊密的組團,體現(xiàn)城市組團性結(jié)構(gòu).文獻[8]指出研究城市社團結(jié)構(gòu)對深入理解城市結(jié)構(gòu)具有重要意義,其利用澳大利亞布里斯班市車輛GPS 數(shù)據(jù),建立了多層次復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)識別該城市的社團結(jié)構(gòu).文獻[9]提出基于交通流量的社團識別方法,以北京市GPS軌跡為基礎(chǔ),揭示城市路網(wǎng)和交通出行量之間的時空相關(guān)性.文獻[10]提出基于社團識別的交通擁擠區(qū)域預(yù)警方法,并利用濟南市真實數(shù)據(jù)進行驗證.文獻[11]提出交互式視覺分析系統(tǒng)方法,研究共享自行車系統(tǒng)的社團結(jié)構(gòu),以杭州市真實數(shù)據(jù)驗證方法的有效性.文獻[12]基于城市路網(wǎng)數(shù)據(jù)和興趣點數(shù)據(jù),采用Infomap算法識別城市道路中的層次社團,研究道路規(guī)劃設(shè)計與城市功能區(qū)分布的關(guān)系,探討社團功能屬性.文獻[13]根據(jù)阿姆斯特丹的智能手機數(shù)據(jù),通過社團識別方法研究了該市城市功能區(qū)域的劃分.

        空間交互網(wǎng)絡(luò)是人、商品和信息等在地點之間流動形成的嵌入在空間中的有向流網(wǎng)絡(luò).城市用戶出行軌跡能夠真實反映用戶社交行為和出行特征,體現(xiàn)城市內(nèi)部不同地塊間的空間相互作用.對城市空間交互網(wǎng)絡(luò)的社團結(jié)構(gòu)進行挖掘可獲得更加豐富的城市畫像.本文根據(jù)城市出租車GPS軌跡,結(jié)合城市路網(wǎng)拓撲,建立動態(tài)有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò),采用Infomap 算法識別城市網(wǎng)絡(luò)的社團結(jié)構(gòu),研究城市結(jié)構(gòu)的時空交互特征.

        1 研究區(qū)域與軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理

        1.1 城市區(qū)域柵格劃分

        蘭州市城區(qū)包括城關(guān)區(qū)、七里河區(qū)、安寧區(qū)、西固區(qū)和紅古區(qū).紅古區(qū)屬于蘭州市遠郊區(qū),距市區(qū)110 km,故不包含在本文研究區(qū)域內(nèi).

        柵格模型是研究城市形態(tài)的常用方法[14],借助地理信息系統(tǒng)生成柵格,其大小根據(jù)不同研究目的而定,每個柵格可儲存地塊的多種信息,例如車流量、人口密度、POI數(shù)量、建筑密度等.

        1.2 軌跡數(shù)據(jù)預(yù)處理

        使用蘭州市2017年3月6~12日的出租車GPS軌跡數(shù)據(jù),包含車輛ID、記錄時間、經(jīng)度、緯度、瞬時速度、車頭方向和車輛載客信息.軌跡點采樣時間間隔最大為30 s.GPS數(shù)據(jù)采集過程中由于終端設(shè)備故障,傳輸故障等原因,采集的GPS數(shù)據(jù)可能存在不完整、不一致.使用線性插值方法補充原始GPS 數(shù)據(jù)中的缺失值,通過地圖匹配識別去除離群值.GPS軌跡詳細預(yù)處理過程參見文獻[15].

        1.3 出租車上下車點提取

        設(shè)某一條軌跡為T={P1,P2,…,Pr,…,Pn} ,其中,Pr=(Xr,Yr,tr,fr),(Xr,Yr)為出租車的位置信息,tr為該位置點時間,fr為載客狀態(tài),fr=0 為空載,fr=1 為重載,n為這條軌跡的GPS 點的總數(shù).補充點的車輛狀態(tài)繼承前一時刻的狀態(tài),即前面時刻是空載狀態(tài)(重載),下一時刻也預(yù)測為空載狀態(tài)(重載).車載信息狀態(tài)fr由“0”變?yōu)椤?”時,軌跡點中fr=1 對應(yīng)的GPS 點為上車點;fr由“1”變?yōu)椤?”時,軌跡點中fr=0 對應(yīng)的GPS點為下車點.

        1.4 OD 矩陣生成

        OD(Origin-Destination)矩陣也稱為起訖點矩陣,定義為一定時間范圍t內(nèi)起點和終點之間的交通流量.記,其中,表示從柵格i上車到柵格j下車的交通出行量.

        1.5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

        采用高斯投影正算公式將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為高斯平面坐標(biāo)[16].設(shè)大地坐標(biāo)為(L,B) ,其中,L為經(jīng)度,B為緯度,高斯平面坐標(biāo)為(X,Y),則高斯正算公式為

        式中:X0為子午線弧長;L0為中央子午線經(jīng)度;l=L-L0;λ=tanB,η2=e2cos2B,e為橢球第二偏心率;N為子午圈曲率半徑;ρ為轉(zhuǎn)換系數(shù),.

        2 基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的社團識別算法

        2.1 動態(tài)有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

        2.2 社團識別算法

        基于信息論的Infomap 算法具有高效穩(wěn)定的特點,是對大型有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)社團識別效果最好的算法之一.

        設(shè)X為離散隨機變量,其概率分布為:P(X=xk)=qk,k=1,2,…,K,其中,xk為事件,qk為概率,K為事件總數(shù),則隨機變量X的熵定義為.假設(shè)網(wǎng)絡(luò)G在劃分方式A下劃分為m個社團,其產(chǎn)生的隨機游走路徑的平均描述長度為:,其中,q表示隨機游走從一個社團離開進入到另一社團的概率,H(Q)表示在各個社團間隨機游走運動概率的熵,ps表示隨機游走在社團s內(nèi)部的概率,H(Ps)表示在社團s內(nèi)部節(jié)點間隨機游走運動總概率Ps的熵.

        Infomap算法的流程[17]如下:

        Step 1初始化,網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點作為一個獨立的社團.

        Step 2將社團依次合并,計算形成新社團的平均描述長度減少量.將平均描述長度減少量最大的兩個社團合并.

        Step 3如果網(wǎng)絡(luò)社團個數(shù)大于1,返回Step 2繼續(xù)迭代;否則,轉(zhuǎn)到Step 4.

        Step 4遍歷每種社團劃分對應(yīng)的平均描述長度值,將平均描述長度最小的社團劃分選取為網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)劃分.

        2.3 社團識別評價指標(biāo)

        模塊度是最常用的定量衡量網(wǎng)絡(luò)社團劃分質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)社團結(jié)構(gòu)強度的方法.模塊度值越接近1,表明社團發(fā)現(xiàn)算法劃分出的社團結(jié)構(gòu)強度越強,劃分質(zhì)量越好;模塊度值在0.3~0.7 時,說明該算法劃分出較明顯的社團結(jié)構(gòu),社團劃分結(jié)果較好,社團內(nèi)部聯(lián)系較緊密.有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模塊度定義[17]為

        式中:為邊的邊權(quán)重;w(t)為邊權(quán)重之和,為節(jié)點i的入度邊權(quán)重之和,為節(jié)點j的出度邊權(quán)重之和,為節(jié)點i,j所屬社團編號;為指示函數(shù),若節(jié)點i和節(jié)點j在同一社團內(nèi),其函數(shù)值1,否則為0.

        3 實驗結(jié)果與分析

        利用蘭州市出租車軌跡數(shù)據(jù)提取工作日497 444 條、休息日147 958 條載客軌跡.對研究區(qū)域進行等邊長柵格劃分;按照2 h 間隔將1 d 分為12 個時段,通過R 語言分別對每個時段構(gòu)建有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò);使用Infomap算法對每個復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)進行社團識別,將結(jié)果在MATLAB 中進行可視化展示.

        3.1 柵格大小對社團劃分的影響

        柵格邊長分別取300,500,700,1 000 m 進行建模,劃分后的網(wǎng)格數(shù)M分別為4 998、1 769、924和465.圖1 和圖2 為工作日和休息日在不同柵格尺度下城市社團劃分后的模塊度值和社團數(shù)的變化趨勢,圖中,橫軸刻度值1對應(yīng)時間段01:00-03:00,以此類推.

        圖1 模塊度值Fig.1 Value of modularity

        圖2 社團數(shù)Fig.2 Number of community

        由圖1和圖2可知:

        (1)除休息日01:00-03:00 的模塊度為0.29,工作日和休息日的城市社團劃分的模塊度值均大于0.3,說明構(gòu)建的有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)所識別的社團結(jié)構(gòu)明顯,社團劃分有效.

        (2) 柵格邊長為300,500,700,1 000 m 時,工作日的平均模塊度分別為0.69、0.65、0.75 和0.83,休息日分別為0.40、0.51、0.64 和0.76.工作日平均社團模塊度大于休息日,說明工作日的社團結(jié)構(gòu)強度大于休息日,即工作日社團內(nèi)部聯(lián)系較緊密.

        (3) 柵格越小,社團結(jié)構(gòu)的模塊度值越小,社團質(zhì)量越差,識別出的社團數(shù)越多.統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),柵格間出行量的變異系數(shù)隨柵格邊長的減小而增大,變異系數(shù)越大,數(shù)據(jù)離散程度越大,社團特征減弱,模塊度值變小.

        另外,當(dāng)柵格邊長為300 m 時,柵格間車流量為0 的比例高達99%,說明300 m 劃分的柵格偏小,不利于分析城市空間交互特征.柵格邊長過大時,對城區(qū)劃分尺度太大,不利于精細化分析空間交互特征.當(dāng)柵格邊長為500 m 時,工作日和休息日的平均模塊度都大于0.5,說明社團劃分質(zhì)量好.因此,以500 m劃分的社團結(jié)構(gòu)分析城市空間交互特征.

        3.2 工作日城市空間交互特征分析

        圖3 為工作日3 個時段(07:00-09:00, 13:00-15:00和17:00-19:00)社團結(jié)構(gòu)識別的可視化圖,由圖2 可知,識別的社團數(shù)分別為45、60 和52.絕大部分社團僅包含一個或幾個柵格區(qū)域,這些小社團對分析城市結(jié)構(gòu)影響不大,故圖3只標(biāo)記出社團中包含柵格數(shù)排名前5的社團.

        由圖3 可知,工作日早高峰07:00-09:00,社團間的交互范圍較大,社團C5 以城關(guān)區(qū)為主,包含了七里河區(qū)的大部分區(qū)域,安寧區(qū)和西固區(qū)的少量區(qū)域,這是由于工作日通勤以強制性出行為主,人們在工作地和居住地之間往返使空間交互距離和范圍增加.隨時間推移,城市社團間的交互和范圍逐漸減小,13:00-15:00 絕大部分出行屬于近距離出行.晚高峰17:00-19:00:社團C5 只覆蓋城關(guān)區(qū),與其他社團交互較少,這是由于城關(guān)區(qū)屬于蘭州市中心商業(yè)區(qū),下班后人們可能就近休閑娛樂,故呈現(xiàn)出的空間交互范圍縮小,動態(tài)空間分布特征與早高峰有所差異;社團C3 范圍增加,覆蓋安寧區(qū)和七里河區(qū)的大部分區(qū)域,這是由于安寧區(qū)和七里河區(qū)距離較近,城市空間的交互明顯.

        3.3 休息日城市空間交互特征分析

        圖4 為休息日3 個時段社團結(jié)構(gòu)識別的可視化圖.在07:00-09:00,除西固區(qū)外,其他城區(qū)居民出行量較小,構(gòu)建的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基本是均勻網(wǎng)絡(luò),識別為一個社團.西固區(qū)是蘭州市工業(yè)密集區(qū)域,包括中石油蘭州石化公司等十幾家大中型企業(yè),這些企業(yè)采用“倒班”機制上班,工作日和周末沒有區(qū)別,故該區(qū)域識別為不同的社團結(jié)構(gòu).與07:00-09:00 不同,13:00-15:00 為居民出行的高峰期,形成明顯的社團結(jié)構(gòu).休息日人們活動相對自由,絕大部分居民都就近出行,社團空間交互范圍相對縮減.17:00-19:00 與13:00-15:00 有類似的社團結(jié)構(gòu).

        圖4 休息日識別的城市社團結(jié)構(gòu)可視化Fig.4 Visualization of urban community structure on rest days

        比較圖3和圖4可知,工作日和休息日城市區(qū)域動態(tài)交互存在差異.工作日識別的社團結(jié)構(gòu)空間范圍較大,休息日則識別為小范圍社團,其分裂程度較大.這是由于工作日遠距離通勤的強制性交通出行使空間交互距離和范圍增加,休息日人們更喜歡在居住地周邊地區(qū)活動,空間交互距離和范圍有所縮減.

        4 結(jié) 論

        本文利用蘭州市7 d出租車GPS軌跡構(gòu)建動態(tài)有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),通過社團識別算法對工作日和休息日城市動態(tài)空間交互特征進行可視化分析和比較,實現(xiàn)城市動態(tài)空間識別,加深了解城市居民出行對城市動態(tài)空間的影響.后續(xù)將進一步研究不同空間尺度對城市動態(tài)空間特征的影響.另外,出租車數(shù)據(jù)能夠在一定層面反映出城市動態(tài)空間分布,但仍存在一定局限性,今后將結(jié)合多種異構(gòu)城市大數(shù)據(jù),對城市動態(tài)空間進行精準(zhǔn)識別.

        猜你喜歡
        工作日柵格社團
        繽紛社團
        基于鄰域柵格篩選的點云邊緣點提取方法*
        最棒的健美操社團
        軍事文摘(2017年16期)2018-01-19 05:10:15
        K-BOT拼插社團
        不同剖面形狀的柵格壁對柵格翼氣動特性的影響
        基于CVT排布的非周期柵格密度加權(quán)陣設(shè)計
        動態(tài)柵格劃分的光線追蹤場景繪制
        對《資本論》中工作日問題的哲學(xué)思考
        商(2012年14期)2013-01-07 07:46:16
        鄭州局辦理業(yè)務(wù)全程提速
        文學(xué)社團簡介
        午夜免费福利一区二区无码AV| 亚洲中文字幕乱码在线视频| 日本一区二区三区四区在线视频| 一 级做人爱全视频在线看| 无码人妻精品丰满熟妇区| 久久亚洲道色宗和久久| 国产大学生自拍三级视频| 国产不卡在线视频观看| 又大又粗又爽18禁免费看| 国产精品黄网站免费观看| 一片内射视频在线观看| 国产精品国产三级野外国产| 亚洲开心婷婷中文字幕| 国产精品无码av一区二区三区| 8av国产精品爽爽ⅴa在线观看| 国产色婷亚洲99精品av网站| www夜插内射视频网站| 大陆极品少妇内射aaaaa| 老熟女熟妇嗷嗷叫91| 宅男天堂亚洲一区二区三区| 日韩午夜福利无码专区a| 国产欧美精品区一区二区三区| 麻豆国产VA免费精品高清在线| 成人在线观看av毛片| 热久久美女精品天天吊色| 在线观看av中文字幕不卡| 日本最新一区二区三区视频| 亚洲中文字幕久久精品品| 男男受被攻做哭娇喘声视频| 久久中文字幕久久久久| 中文字幕日本av网站| 亚洲av无码专区亚洲av网站| 精品国产a∨无码一区二区三区| 国产高跟丝袜在线诱惑| 蜜桃尤物在线视频免费看| 日本人与黑人做爰视频网站| 国产在线精品福利大全| 男女视频一区二区三区在线观看| 五月丁香综合激情六月久久| 久久国产自偷自免费一区100| 免费在线观看视频播放|