一種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域提取方法
【專利摘要】本發(fā)明從城市興趣點(diǎn)指路標(biāo)志布設(shè)的角度出發(fā)，提出一種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域提取方法，包括一下步驟：提取浮動(dòng)車行駛軌跡中載客路徑的上下車位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建OD數(shù)據(jù)集；基于改進(jìn)密度聚類算法對(duì)浮動(dòng)車OD數(shù)據(jù)聚類得到出行熱點(diǎn)簇，計(jì)算熱點(diǎn)簇質(zhì)心表示出行熱點(diǎn)的地理位置；對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)心進(jìn)行二次聚類得到出行熱點(diǎn)密度包，搜索密度包凸集構(gòu)建幾何形狀的熱點(diǎn)區(qū)域；計(jì)算熱點(diǎn)區(qū)域熱度表示出行需求程度，根據(jù)熱度劃分熱點(diǎn)區(qū)域指引等級(jí)；根據(jù)指引等級(jí)提取興趣點(diǎn)群和指引區(qū)域；指引區(qū)域是出行熱點(diǎn)區(qū)域，能為城市指路標(biāo)志指引布設(shè)提供參考。
【專利說明】
-種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域提取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)據(jù)提取和道路交通規(guī)劃領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城 市指引區(qū)域提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 興趣點(diǎn)指電子地圖上的地標(biāo)或景點(diǎn)，用W標(biāo)示出該地所代表的政府部口、商業(yè)機(jī) 構(gòu)、旅游景點(diǎn)、名勝古跡和交通設(shè)施等處所?！稄V州市道路交通指路標(biāo)志系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)指引 研究》指出，道路上需要對(duì)具有普遍公眾服務(wù)性或交通集散量相對(duì)較大的重要場(chǎng)所和旅游 景區(qū)等興趣點(diǎn)增設(shè)指路標(biāo)志，具體包括重要政府機(jī)關(guān)單位、大型醫(yī)院、重點(diǎn)學(xué)院、市級(jí)商業(yè) 中屯、、大型文體設(shè)施、會(huì)議展覽中屯、、交通樞紐、著名園區(qū)和著名旅游區(qū)等九大類。指引中規(guī) 定，對(duì)機(jī)場(chǎng)、火車站交通樞紐和重要著名園區(qū)須提前設(shè)置，而政府機(jī)關(guān)、醫(yī)院、重點(diǎn)學(xué)院、一 般大型文體設(shè)施和一般著名旅游區(qū)不提前設(shè)施，而其他類型的興趣點(diǎn)可提前設(shè)施。
[0003] 從指引中看出，對(duì)興趣點(diǎn)是否需要提前設(shè)置的規(guī)范是比較含糊的。僅僅依靠興趣 點(diǎn)的類型和規(guī)模大小決定指路標(biāo)志的提前設(shè)置不一定能滿足實(shí)際人們的出行需求。因此， 對(duì)興趣點(diǎn)的指路標(biāo)志布設(shè)，應(yīng)當(dāng)參考興趣點(diǎn)實(shí)際的交通吸引量大小和指引等級(jí)。熱點(diǎn)區(qū)域 是興趣點(diǎn)聚集且人們出行頻繁的區(qū)域，存在較大的交通吸引量。因此興趣點(diǎn)指引應(yīng)考慮對(duì) 出行熱度更大的區(qū)域內(nèi)的興趣點(diǎn)進(jìn)行指路標(biāo)志布設(shè)。浮動(dòng)車數(shù)據(jù)記錄了車輛的行駛位置， 可通過浮動(dòng)車行駛軌跡中頻繁的上下乘客地點(diǎn)來發(fā)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域。有學(xué)者對(duì)浮動(dòng)車上下客數(shù) 據(jù)進(jìn)行聚類挖掘出租車打車位置點(diǎn)和出行目的地?zé)峥趨^(qū)域。熱口區(qū)域通常由沿道路分布的 帶狀聚類簇表示，未能有效表達(dá)熱口區(qū)域的形狀范圍。有學(xué)者對(duì)浮動(dòng)車軌跡中的停留點(diǎn)進(jìn) 行聚類挖掘出行熱點(diǎn)區(qū)域，通常由單個(gè)聚類簇的質(zhì)屯、表示。也有學(xué)者基于改進(jìn)的K-means算 法對(duì)百度地圖上的興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類得到興趣點(diǎn)群信息，未能考慮到興趣點(diǎn)實(shí)際的交通 出行訪問量。而采用數(shù)據(jù)匹配的方法進(jìn)行興趣點(diǎn)群的更新和提取，并未對(duì)眾多的興趣點(diǎn)進(jìn) 行聚類得到興趣點(diǎn)群。不包含區(qū)域和形狀信息的單個(gè)興趣點(diǎn)或出行熱點(diǎn)難W得出興趣點(diǎn)群 信息。出行熱點(diǎn)的密度分布情況反映了附近出行熱口區(qū)域的情況，因此需要將出行熱點(diǎn)信 息轉(zhuǎn)化為區(qū)域信息。目前對(duì)熱點(diǎn)區(qū)域的挖掘研究主要為出租車載客位置和出行目的地作推 薦服務(wù)，較少?gòu)某鞘兄嘎窐?biāo)志布設(shè)方面構(gòu)建熱點(diǎn)區(qū)域并提取指引區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)城市興趣點(diǎn)指路標(biāo)志布設(shè)進(jìn)行研究，考慮興趣點(diǎn)的交通吸引量大小， 為城市興趣點(diǎn)指引布設(shè)尋找指引等級(jí)更高的區(qū)域，提供一種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū) 域提取方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域提取方法，包含W下步驟：
[0007] S1.提取浮動(dòng)車行駛軌跡中載客路徑的上下車位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建0D數(shù)據(jù)集；
[000引S2.基于改進(jìn)密度聚類算法對(duì)浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)聚類得到出行熱點(diǎn)簇，計(jì)算出行熱點(diǎn) 簇質(zhì)屯、；
[0009] S3.對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)屯、進(jìn)行二次聚類得到出行熱點(diǎn)密度包，捜索密度包凸集構(gòu)建幾 何形狀的熱點(diǎn)區(qū)域；
[0010] S4.計(jì)算熱點(diǎn)區(qū)域熱度，劃分熱點(diǎn)區(qū)域指引等級(jí)，得到基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引 區(qū)域圖；
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟S1中，提取浮動(dòng)車行駛軌跡中載客路徑的上下車位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建 0D數(shù)據(jù)集。其具體實(shí)現(xiàn)過程是，對(duì)于原始的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)定義為結(jié)構(gòu)P:
[0012] P= {1, Ion, lat,t,s}
[0013] 其中1是車輛牌照，Ion、lat是經(jīng)、締度，t是定位時(shí)間，s是浮動(dòng)車行駛狀態(tài)標(biāo)識(shí)，主 要包括空車和重車;而對(duì)于車輛k，每個(gè)定位時(shí)間t的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)定義為：
[0014] Ptk={lon,lat,s}
[0015] 根據(jù)定位時(shí)間t對(duì)浮動(dòng)車k的定位數(shù)據(jù)排序并構(gòu)建全局路徑序列GTrS
[0016] GTrk={Ptk|t = l，…，η}
[0017] 利用全局路徑序列中行駛狀態(tài)的變化，可提取出浮動(dòng)車在不同行駛狀態(tài)下的出行 路徑。浮動(dòng)車出行路徑主要包括空車狀態(tài)下的路徑和重車狀態(tài)下的路徑；
[0018] 浮動(dòng)車出行路徑主要包括空車狀態(tài)下的路徑和重車狀態(tài)下的路徑，提取重車狀態(tài) 下路徑的0D數(shù)據(jù)作熱點(diǎn)區(qū)域挖掘，在全局路徑序列GTrk中，假設(shè)定位時(shí)間3外，如果滿足W 下Ξ個(gè)條件：
[0019] ① Pak的行駛狀態(tài)為空車狀態(tài)，Pa+lk行駛狀態(tài)為重車狀態(tài)；
[0020] ②Pb+ik中行駛狀態(tài)為空車狀態(tài)；
[0021] ③Pa+lk和Pbk間的行駛狀態(tài)相同；
[0022] 則提取數(shù)據(jù)Pa+lk和心作為載客路徑中的0D對(duì)(P〇k，PDk)，提取浮動(dòng)車k全局路徑序 列GTrk中的所有載客0D數(shù)據(jù)，構(gòu)成浮動(dòng)車k的0D數(shù)據(jù)集Sk:
[0023]
[0024] 其中：j代表浮動(dòng)車k在全局路徑序列中的不同重車路徑，巧;/和盡/分別表示不同 重車路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置。
[0025] 優(yōu)選地，所述步驟S2中，對(duì)浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)聚類得到出行熱點(diǎn)簇，計(jì)算出行熱點(diǎn)簇質(zhì) 屯、。其實(shí)現(xiàn)過程是：
[0026] 1)遍歷數(shù)據(jù)集，如果數(shù)據(jù)對(duì)象P未被處理，則判斷對(duì)象P是否為核屯、對(duì)象，如果是則 建立新簇C;判斷其他點(diǎn)是否在對(duì)象P的化S鄰域內(nèi)，將對(duì)象P的化S鄰域內(nèi)的所有對(duì)象添加到 簇C中；
[0027] 2)捜索簇C中未處理的對(duì)象。如果對(duì)象q未被處理，則判斷對(duì)象q是否為核屯、對(duì)象， 如果是核屯、對(duì)象則將q的化S鄰域內(nèi)未被劃分到任何簇的對(duì)象添加到簇C中；
[0028] 3)若簇C中所有的數(shù)據(jù)對(duì)象都被判斷過，則該簇的聚類完成，標(biāo)記該簇內(nèi)所有對(duì)象 為已處理；
[0029] 4)重新捜索數(shù)據(jù)集中未被處理的點(diǎn)對(duì)象，判斷是否核屯、點(diǎn)，開始新簇的聚類;直到 所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)都被劃分到某個(gè)簇或者不被劃分到任何一個(gè)簇，不屬于任何簇的數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記 為噪聲點(diǎn)，算法結(jié)束；
[0030] 當(dāng)對(duì)象p的化s鄰域內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)不小于能構(gòu)成聚類簇的最小點(diǎn)數(shù)量MinPts時(shí)，說明 在該對(duì)象P的Eps半徑內(nèi)點(diǎn)密度較高，是人們出行頻繁的地點(diǎn)，認(rèn)為該對(duì)象的鄰域內(nèi)的數(shù)據(jù) 點(diǎn)構(gòu)成的聚類簇為出行熱點(diǎn)簇；
[0031] 其中，在基于改進(jìn)密度聚類算法的聚類過程中，建立參數(shù)cUx限制聚類簇的空間尺 寸，cUx是指聚類簇的所有點(diǎn)對(duì)象與當(dāng)前聚類簇質(zhì)屯、的最大距離，即聚類簇中的任意對(duì)象Pi 必須滿足公式（1):
[003^ dis(Pi,Pc)<dmax (1)
[0033] 其中dis表示兩點(diǎn)距離，pc(xc，yc)為聚類過程中的當(dāng)前聚類簇質(zhì)屯、，計(jì)算如公式 (2)：
[0034]
(2)
[0035] Nc為簇C包含的點(diǎn)數(shù)量，xi和yi分別為對(duì)象Pi的經(jīng)度和締度；
[0036] 而對(duì)于核屯、對(duì)象P的聚類簇Cp，定義聚類簇Cp中最左、最右、最上和最下的對(duì)象P1、 P2、P3、P4為主要判斷對(duì)象。在聚類簇?cái)U(kuò)展中，只對(duì)主要判斷對(duì)象進(jìn)行擴(kuò)展，聚類簇內(nèi)非主要 判斷對(duì)象不進(jìn)行擴(kuò)展。
[0037] 對(duì)于二維空間中的點(diǎn)a和b，坐標(biāo)分別為(Xa，ya)和(Xb，yb)，則a與b的歐拉距離de(a， b)，即兩點(diǎn)的直線距離，計(jì)算如公式(3):
[00 測(cè)
（3)
[0039] 聚類完成后，得到多個(gè)出行熱點(diǎn)的聚類簇C(pc，Nc)，利用公式（2)計(jì)算其質(zhì)屯、Pc反 映出行熱點(diǎn)聚集的幾何位置，其關(guān)聯(lián)的浮動(dòng)車數(shù)量N。反映該簇的出行吸引熱度。
[0040] 優(yōu)選地，所述步驟S3中，對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)屯、進(jìn)行二次聚類得到出行熱點(diǎn)密度包，捜索 密度包凸集構(gòu)建幾何形狀的熱點(diǎn)區(qū)域。具體方式是，利用密度聚類方法對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)屯、進(jìn) 行聚類，把空間密集的出行熱點(diǎn)聚合成簇，成為出行熱點(diǎn)密度包。構(gòu)建具有幾何形狀的熱點(diǎn) 區(qū)域，將聚類結(jié)果轉(zhuǎn)換為地理幾何數(shù)據(jù)，并W多邊形來表示。利用Gr址am掃描法獲取聚類簇 的凸包，凸包是指點(diǎn)集的最小凸多邊形，依次連接凸包中的點(diǎn)從而構(gòu)建熱點(diǎn)區(qū)域。G r a h am掃 描法的步驟如下：
[0041 ] 1)首先找到所有點(diǎn)中y坐標(biāo)最小的點(diǎn)，如果y坐標(biāo)相同，則找X坐標(biāo)最小的點(diǎn)；
[0042] 2) W該點(diǎn)為基準(zhǔn)求所有點(diǎn)的極角，并按照極角大小排序得到點(diǎn)序列S={si，s2，···， Sn}；
[00創(chuàng) 3)建立一個(gè)堆找，初始點(diǎn)S1、S2和S3進(jìn)找，對(duì)于點(diǎn)S1至Sn，若找頂?shù)膬蓚€(gè)點(diǎn)與它不構(gòu) 成"向左轉(zhuǎn)關(guān)系"則將找頂?shù)狞c(diǎn)出找，直至沒有點(diǎn)需要出找W后將當(dāng)前點(diǎn)進(jìn)找；
[0044] 4)所有點(diǎn)處理完后堆找中保存的點(diǎn)為凸包。
[0045] 由于出行熱點(diǎn)分布不同路段中，在路網(wǎng)拓?fù)渲胁⒎鞘侵本€可達(dá)的，路網(wǎng)距離與歐 拉距離有很大的差別?？紤]道路網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性，在熱點(diǎn)區(qū)域聚類過程中采用路網(wǎng)拓?fù)渚嚯x。道 路網(wǎng)絡(luò)用無向圖G=(V，E)表示，其中V為結(jié)點(diǎn)集，E為路段集。根據(jù)對(duì)象P與路網(wǎng)中路段的距 離，選擇距離最短的路段為對(duì)象P的所屬路段。
[0046] 對(duì)于同一路段中的對(duì)象p和q，定義de(p，q)為兩對(duì)象的路段投影點(diǎn)的距離。de(p，q) 可通過式(4)計(jì)算，其中de(P，Vi)表示P與路段結(jié)點(diǎn)VI的路段距離。
[0047] de(p,q)= I de(p,vi)-de(q,vi) (4)
[0048] 對(duì)于不同路段中的對(duì)象p和q，定義dt(p，q)為對(duì)象p和q在路網(wǎng)上的最短路徑距離。 最短路徑距離可表示為式(5)所示，其中cUin(Vp，Vq)由DUkstra算法獲得。
[0049] dt(p,q)=de(p,Vp)+dmin(Vp,Vq)+de(Vq,q)巧）
[0050] 經(jīng)過對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)屯、的聚類和幾何形狀構(gòu)建得到出行熱點(diǎn)區(qū)域，反映出行熱點(diǎn)的 密集程度。
[0051] 優(yōu)選地，所述步驟S4中，計(jì)算熱點(diǎn)區(qū)域熱度表示出行需求程度，根據(jù)熱度劃分熱點(diǎn) 區(qū)域指引等級(jí)。具體方式是，令Qk代表第k個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域，Mk為其所含出行熱點(diǎn)簇的數(shù)量。對(duì)于 熱點(diǎn)區(qū)域k，定義區(qū)域內(nèi)關(guān)聯(lián)的浮動(dòng)車數(shù)量比率為區(qū)域指引熱度化，計(jì)算參考公式(6)。其中 化為第k個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的浮動(dòng)車數(shù)量，N為所有熱點(diǎn)區(qū)域的浮動(dòng)車數(shù)量，計(jì)算分別參考式(7) 和(8)。
[0055] 將區(qū)域的指引等級(jí)劃分為四個(gè)等級(jí)，并通過式(9)把熱度進(jìn)行歸一化處理，將結(jié)果 映射至lj[0-l]之間。指引熱度反映了熱點(diǎn)區(qū)域?qū)θ藗兂鲂械男枨蠖龋蒞確定不同熱點(diǎn)區(qū)域 的指引等級(jí)。即指引熱度(0.75,1]為一級(jí)指引，（0.5,0.75]為二級(jí)指引，（0.25,0.引為Ξ級(jí) 指引，（0,0.2引為四級(jí)指引。
[0056]
(9)
【附圖說明】
[0057] 圖1是本發(fā)明的提取城市指引區(qū)域的總流程圖。
[005引圖2是本發(fā)明密度聚類主要判斷對(duì)象示意圖。
[0059] 圖3是本發(fā)明浮動(dòng)車載客下車數(shù)據(jù)點(diǎn)分布示意圖。
[0060] 圖4是本發(fā)明浮動(dòng)車載客下車數(shù)據(jù)點(diǎn)聚類示意圖。
[0061] 圖5是本發(fā)明對(duì)同一路段對(duì)象的路網(wǎng)距離示意圖。
[0062] 圖6是本發(fā)明對(duì)不同路段對(duì)象的路網(wǎng)距離示意圖。
[0063] 圖7是本發(fā)明出行熱點(diǎn)聚類示意圖。
[0064] 圖8是本發(fā)明具體實(shí)施案例示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0065] 附圖僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0066] 為了更好說明本實(shí)施例，附圖某些部件會(huì)有省略、放大或縮小，并不代表實(shí)際產(chǎn)品 的尺寸；
[0067] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可W理解 的。
[0068] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所 描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0069] 如圖1所示，為本發(fā)明一種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域提取方法具體實(shí)施例 的流程圖。參見圖1，本具體實(shí)施例的具體步驟包括：
[0070] 步驟一：提取浮動(dòng)車行駛軌跡中載客路徑的上下車位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建0D數(shù)據(jù)集。首 先，定義原始的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為P:
[0071] P= {1, Ion, lat,t,s}
[0072] 其中1是車輛牌照，lon、lat是經(jīng)、締度，t是定位時(shí)間，s是浮動(dòng)車行駛狀態(tài)標(biāo)識(shí)，主 要包括空車和重車;而對(duì)于車輛k，每個(gè)定位時(shí)間t的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)定義為：
[0073] Ptk={lon,lat,s}
[0074] 根據(jù)定位時(shí)間t對(duì)浮動(dòng)車k的定位數(shù)據(jù)排序并構(gòu)建全局路徑序列GTrS
[0075] GTrk={Ptk|t = l，…，η}
[0076] 利用全局路徑序列中行駛狀態(tài)的變化，可提取出浮動(dòng)車在不同行駛狀態(tài)下的出行 路徑。浮動(dòng)車出行路徑主要包括空車狀態(tài)下的路徑和重車狀態(tài)下的路徑，提取重車狀態(tài)下 路徑的0D數(shù)據(jù)作熱點(diǎn)區(qū)域挖掘，在全局路徑序列GTrk中，假設(shè)定位時(shí)間3外，如果滿足W下 Ξ個(gè)條件：
[0077] ① Pak的行駛狀態(tài)為空車狀態(tài)，Pa+ik行駛狀態(tài)為重車狀態(tài).
[007引②Pb+lk中行駛狀態(tài)為空車狀態(tài)；
[00巧]③Pa+lk和Pbk間的行駛狀態(tài)相同；
[0080] 則提取數(shù)據(jù)Pa+lk和心作為載客路徑中的0D對(duì)(P〇k，PDk)，提取浮動(dòng)車k全局路徑序 列GTrk中的所有載客0D數(shù)據(jù)，構(gòu)成浮動(dòng)車k的0D數(shù)據(jù)集Sk:
[0081]
[0082] 其中：j代表浮動(dòng)車k在全局路徑序列中的不同重車路徑，P。/和分別表示不同 重車路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置。
[0083] 最終提取所有車輛的0D數(shù)據(jù)集并構(gòu)建浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)庫(kù)，如表1所示。Type標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù) 類型，1表示為起點(diǎn)，2為終點(diǎn)。經(jīng)過經(jīng)締度范圍的判斷，落在研究區(qū)域內(nèi)的0D數(shù)據(jù)會(huì)轉(zhuǎn)化為 具有幾何特征的地理數(shù)據(jù)，在GIS地圖中W點(diǎn)要素的方式顯示。
[0084] 表1浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)庫(kù)
[0085]
[0086] 步驟二:對(duì)浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)聚類得到出行熱點(diǎn)簇，計(jì)算熱點(diǎn)簇質(zhì)屯、表示出行熱點(diǎn)的 地理位置。浮動(dòng)車W相對(duì)穩(wěn)定的速度在道路上行駛，到達(dá)目的地后?？吭诘缆放赃?，浮動(dòng)車 的定位點(diǎn)一般沿著道路分布。出行熱點(diǎn)是人們?nèi)粘３鲂蓄l繁的目的地，在熱點(diǎn)附近產(chǎn)生的 浮動(dòng)車下車數(shù)據(jù)較多，容易呈現(xiàn)聚集分布的現(xiàn)象。如圖3是浮動(dòng)車載客下車數(shù)據(jù)點(diǎn)分布情 況，在某些路段中有密度較大的數(shù)據(jù)點(diǎn)，形成明顯的點(diǎn)簇。利用改進(jìn)的密度聚類算法對(duì)浮動(dòng) 車0D數(shù)據(jù)聚類得到出行熱點(diǎn)聚類簇。首先，建立參數(shù)cUx限制聚類簇的空間尺寸，cUx是指聚 類簇的所有點(diǎn)對(duì)象與當(dāng)前聚類簇質(zhì)屯、的最大距離。使聚類簇中的任意對(duì)象Pi必須滿足W下 條件：
[0087] dis(pi,Pc)<dmax (1)
[0088] 其中dis表示兩點(diǎn)距離，pc(xc，yc)為聚類過程中的當(dāng)前聚類簇質(zhì)屯、，計(jì)算公式如 (2)所示：
[0089]
(2)
[0090] 其中Nc為簇C包含的點(diǎn)數(shù)量，XI和yi分別為對(duì)象Pi的經(jīng)度和締度；
[0091] 然后，如圖2所示，對(duì)于核屯、對(duì)象P的聚類簇Cp，定義聚類簇Cp中最左、最右、最上和 最下的對(duì)象口1、口2、口3、口4為主要判斷對(duì)象。在聚類簇?cái)U(kuò)展中，只對(duì)主要判斷對(duì)象進(jìn)行擴(kuò)展，聚 類簇內(nèi)非主要判斷對(duì)象不進(jìn)行擴(kuò)展。
[0092] 出行熱點(diǎn)聚類的范圍和規(guī)模較小，聚類簇通常位于同一路段上，考慮算法簡(jiǎn)便聚 類過程采用歐拉距離。對(duì)于二維空間中的點(diǎn)a和b，坐標(biāo)分別為(Xa，ya)和(Xb，yb)，則a與b的 歐拉距離de(a，b)即兩點(diǎn)的直線距離，計(jì)算公式為：
[0093]
(3)
[0094] 如圖4所示，聚類完成后，得到多個(gè)出行熱點(diǎn)的聚類簇C(pc，Nc)，其質(zhì)屯、Pc可W反映 出行熱點(diǎn)聚集的幾何位置，其關(guān)聯(lián)的浮動(dòng)車數(shù)量N。反映該簇的出行吸引熱度。
[00M]步驟利用密度聚類方法對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)屯、進(jìn)行聚類，把空間密集的出行熱點(diǎn)聚 合成簇，得到出行熱點(diǎn)密度包。構(gòu)建具有幾何形狀的熱點(diǎn)區(qū)域，將聚類結(jié)果轉(zhuǎn)換為地理幾何 數(shù)據(jù)，并W多邊形來表示。利用Graham掃描法獲取密度包的凸包，凸包是指點(diǎn)集的最小凸多 邊形，依次連接凸包中的點(diǎn)從而構(gòu)建熱點(diǎn)區(qū)域。Graham掃描法的步驟如下：
[0096] 1)首先找到所有點(diǎn)中y坐標(biāo)最小的點(diǎn)，如果y坐標(biāo)相同，貝峨X坐標(biāo)最小的點(diǎn)；
[0097] 2) W該點(diǎn)為基準(zhǔn)求所有點(diǎn)的極角，并按照極角大小排序得到點(diǎn)序列S={si，s2，···， Sn}；
[009引3)建立一個(gè)堆找，初始點(diǎn)S1、S2和S3進(jìn)找，對(duì)于點(diǎn)S1至Sn，若找頂?shù)膬蓚€(gè)點(diǎn)與它不構(gòu) 成"向左轉(zhuǎn)關(guān)系"則將找頂?shù)狞c(diǎn)出找，直至沒有點(diǎn)需要出找W后將當(dāng)前點(diǎn)進(jìn)找；
[0099] 4)所有點(diǎn)處理完后堆找中保存的點(diǎn)為凸包。
[0100] 由于出行熱點(diǎn)分布不同路段中，在路網(wǎng)拓?fù)渲胁⒎鞘侵本€可達(dá)的，路網(wǎng)距離與歐 拉距離有很大的差別?？紤]道路網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性，在熱點(diǎn)區(qū)域聚類過程中采用路網(wǎng)拓?fù)渚嚯x。道 路網(wǎng)絡(luò)用無向圖G=(V，E)表示，其中V為結(jié)點(diǎn)集，E為路段集。根據(jù)對(duì)象P與路網(wǎng)中路段的距 離，選擇距離最短的路段為對(duì)象P的所屬路段。
[0101] 如圖5所示，對(duì)于同一路段中的對(duì)象P和q，定義de (P，q)為兩對(duì)象的路段投影點(diǎn)的 距離。de(P，q)可通過式(4)計(jì)算，其中de(p，vi)表示P與路段結(jié)點(diǎn)VI的路段距離。
[0102] de(p,q)= I de(p,vi)-de(q,vi) (4)
[0103] 如圖6所示，對(duì)于不同路段中的對(duì)象p和q，定義dt(p，q)為對(duì)象p和q在路網(wǎng)上的最 短路徑距離。最短路徑距離可表示為式(5)所示，其中cUin(Vp，Vq)由DUkstra算法獲得。
[0104] dt(p,q)=de(p,Vp)+dmin(Vp,Vq)+de(Vq,q) (5)
[0105] 如圖7所示，經(jīng)過對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)屯、的聚類和Graham掃描法的幾何形狀構(gòu)建得到出 行熱點(diǎn)區(qū)域，反映出行熱點(diǎn)的密集程度。
[0106] 步驟四：計(jì)算熱點(diǎn)區(qū)域熱度表示出行需求程度，根據(jù)熱度劃分熱點(diǎn)區(qū)域指引等級(jí)。 具體方式是，令Qk代表第k個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域，Mk為其所含出行熱點(diǎn)簇的數(shù)量。對(duì)于熱點(diǎn)區(qū)域k，定義 區(qū)域內(nèi)關(guān)聯(lián)的浮動(dòng)車數(shù)量比率為區(qū)域指引熱度hk，如式(6)。其中化為第k個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的 浮動(dòng)車數(shù)量，N為所有熱點(diǎn)區(qū)域的浮動(dòng)車數(shù)量，計(jì)算分別如式(7)和(8)所示。最后通過式(9) 歸一化處理，將結(jié)果映射到[0-1]之間。指引熱度反映了熱點(diǎn)區(qū)域?qū)θ藗兂鲂械男枨蠖?，?此確定不同熱點(diǎn)區(qū)域的指引等級(jí)，為指引布設(shè)提供參考。
[0110]將區(qū)域的指引等級(jí)劃分為四個(gè)等級(jí)，并通過式(9)把熱度進(jìn)行歸一化處理，將結(jié)果 映射至lj[0-l]之間。指引熱度反映了熱點(diǎn)區(qū)域?qū)θ藗兂鲂械男枨蠖龋纱舜_定不同熱點(diǎn) 區(qū)域的指引等級(jí)。即指引熱度(0.75,1]為一級(jí)指引，（0.5,0.7引為二級(jí)指引，（0.25,0.5]為 Ξ級(jí)指引，（0,0.2引為四級(jí)指引。
[01"]
(9)
[0112] 經(jīng)過熱點(diǎn)區(qū)域熱度值的計(jì)算和指引等級(jí)劃分，可W確定熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)興趣點(diǎn)群間的 指引等級(jí)大小，最終為城市興趣點(diǎn)指路標(biāo)志指引信息提供布設(shè)參考。
[0113] 最后W圖8所示，具體實(shí)施案例選擇了廣州市天河區(qū)。選取天河區(qū)的珠江新城區(qū)域 及其2014年12月15日-12月19日共5天的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)為例，圖8(a)是對(duì)0D數(shù)據(jù)聚類后得到的 出行熱點(diǎn)，8(b)是對(duì)出行熱點(diǎn)聚類得到的熱點(diǎn)區(qū)域，根據(jù)每個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域計(jì)算的指引熱度分 級(jí)顯示區(qū)域范圍。利用基于浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)的指引區(qū)域提取方法，可得出天河區(qū)一級(jí)指引區(qū) 域2個(gè)，二級(jí)指引區(qū)域1個(gè)，Ξ級(jí)指引區(qū)域2個(gè)，四級(jí)指引區(qū)域4個(gè)。
[0114] 本發(fā)明是W提取城市熱點(diǎn)區(qū)域作為興趣點(diǎn)指引布設(shè)參考為目標(biāo)，通過對(duì)浮動(dòng)車上 下車數(shù)據(jù)的聚類得到出行熱點(diǎn)，利用Graham掃描法對(duì)出行熱點(diǎn)的二次聚類結(jié)果進(jìn)行熱點(diǎn)區(qū) 域的構(gòu)建。根據(jù)熱點(diǎn)區(qū)域的熱度計(jì)算值，劃分熱點(diǎn)區(qū)域的指引等級(jí)。通過本發(fā)明挖掘城市興 趣點(diǎn)指引區(qū)域是一種科學(xué)方法，對(duì)工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。
[0115] 相同或相似的標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)相同或相似的部件；
[0116] 附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對(duì)本專利的限制；
[0117] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 W做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。運(yùn)里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予W窮舉。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域提取方法，其特征在于，包含以下步驟：51. 提取浮動(dòng)車行駛軌跡中載客路徑的上下車位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建0D數(shù)據(jù)集；52. 基于改進(jìn)密度聚類算法對(duì)浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)聚類得到出行熱點(diǎn)簇，計(jì)算出行熱點(diǎn)簇質(zhì) 心；53. 對(duì)出行熱點(diǎn)質(zhì)心進(jìn)行二次聚類得到出行熱點(diǎn)密度包，搜索密度包凸集構(gòu)建幾何形 狀的熱點(diǎn)區(qū)域；54. 計(jì)算熱點(diǎn)區(qū)域熱度，劃分熱點(diǎn)區(qū)域指引等級(jí)，得到基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的城市指引區(qū)域 圖。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S1中，提取浮動(dòng)車行駛軌跡中載 客路徑的上下車位置數(shù)據(jù)，構(gòu)建0D數(shù)據(jù)集;其具體實(shí)現(xiàn)過程是，對(duì)于原始的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)定義 為結(jié)構(gòu)P: P= {1 ,lon,lat,t,s} 其中1是車輛牌照，Ion、lat是經(jīng)、煒度，t是定位時(shí)間，s是浮動(dòng)車行駛狀態(tài)標(biāo)識(shí)，主要包 括空車和重車;而對(duì)于車輛k，每個(gè)定位時(shí)間t的浮動(dòng)車數(shù)據(jù)定義為： Ptk= {Ion, lat,s} 根據(jù)定位時(shí)間t對(duì)浮動(dòng)車k的定位數(shù)據(jù)排序并構(gòu)建全局路徑序列GTrk: GTrk= {Ptk 11 = 1，…，η} 利用全局路徑序列中行駛狀態(tài)的變化，可提取出浮動(dòng)車在不同行駛狀態(tài)下的出行路 徑； 浮動(dòng)車出行路徑主要包括空車狀態(tài)下的路徑和重車狀態(tài)下的路徑，提取重車狀態(tài)下路 徑的0D數(shù)據(jù)作熱點(diǎn)區(qū)域挖掘，在全局路徑序列GTrk中，假設(shè)定位時(shí)間a〈b，如果滿足以下三 個(gè)條件： ① Pak的行駛狀態(tài)為空車狀態(tài)，Pa+ikS駛狀態(tài)為重車狀態(tài)； ② Pb+ik中行駛狀態(tài)為空車狀態(tài)； ③ Pa+1$PPbk間的行駛狀態(tài)相同； 貝1J提取數(shù)據(jù)Pa+1$PPbk作為載客路徑中的0D對(duì)(P〇 k，PDk)，提取浮動(dòng)車k全局路徑序列GTrk 中的所有載客0D數(shù)據(jù)，構(gòu)成浮動(dòng)車k的0D數(shù)據(jù)集Sk:其中：j代表浮動(dòng)車k在全局路徑序列中的不同重車路徑，'^和仏^分別表示不同重車 路徑的起點(diǎn)和終點(diǎn)位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，對(duì)浮動(dòng)車0D數(shù)據(jù)聚類得到 出行熱點(diǎn)簇，其實(shí)現(xiàn)過程是： 1) 遍歷數(shù)據(jù)集，如果數(shù)據(jù)對(duì)象P未被處理，則判斷對(duì)象P是否為核心對(duì)象，如果是則建立 新簇C;判斷其他點(diǎn)是否在對(duì)象p的Eps鄰域內(nèi)，是則將對(duì)象p的Eps鄰域內(nèi)的所有對(duì)象添加到 簇C中； 2) 搜索簇C中未處理的對(duì)象，如果對(duì)象q未被處理，則判斷對(duì)象q是否為核心對(duì)象，如果 是核心對(duì)象則將q的Eps鄰域內(nèi)未被劃分到任何簇的對(duì)象添加到簇C中； 3) 若簇C中所有的數(shù)據(jù)對(duì)象都被判斷過，則該簇的聚類完成，標(biāo)記該簇內(nèi)所有對(duì)象為已 處理； 4)重新搜索數(shù)據(jù)集中未被處理的點(diǎn)對(duì)象，判斷是否核心點(diǎn)，開始新簇的聚類;直到所有 的數(shù)據(jù)點(diǎn)都被劃分到某個(gè)簇或者不被劃分到任何一個(gè)簇，不屬于任何簇的數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)記為噪 聲點(diǎn)，算法結(jié)束； 當(dāng)對(duì)象P的Eps鄰域內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)不小于能構(gòu)成聚類簇的最小點(diǎn)數(shù)量MinPts時(shí)，說明在該 對(duì)象P的Eps半徑內(nèi)點(diǎn)密度較高，是人們出行頻繁的地點(diǎn)，認(rèn)為該對(duì)象的鄰域內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu) 成的聚類簇為出行熱點(diǎn)簇； 其中，在基于改進(jìn)密度聚類算法的聚類過程中，建立參數(shù)dmax限制聚類簇的空間尺寸， dmax是指聚類簇的所有點(diǎn)對(duì)象與當(dāng)前聚類簇質(zhì)心的最大距離，即聚類簇中的任意對(duì)象?1必 須滿足公式(1): di S (Pi，Pc) <dmax ( 1 ) 其中dis表示兩點(diǎn)距離，pc(xc，yc)為聚類過程中的當(dāng)前聚類簇質(zhì)心，計(jì)算如公式(2): (xi,yi) ecNc為簇C包含的點(diǎn)數(shù)量，Xi和yi分別為對(duì)象Pi的經(jīng)度和煒度； 而對(duì)于核心對(duì)象P的聚類簇Cp，定義聚類簇Cp中最左、最右、最上和最下的對(duì)象P1、P2、P3、 P4為主要判斷對(duì)象;在聚類簇?cái)U(kuò)展中，只對(duì)主要判斷對(duì)象進(jìn)行擴(kuò)展，聚類簇內(nèi)非主要判斷對(duì) 象不進(jìn)行擴(kuò)展； 對(duì)于二維空間中的點(diǎn)a和b，坐標(biāo)分別為(xa，ya)和(xb，yb)，則a與b的歐拉距離d e(a，b)， 即兩點(diǎn)的直線距離，計(jì)算如公式(3):最后當(dāng)聚類收斂時(shí)，再利用公式(2)計(jì)算每個(gè)聚類簇的質(zhì)心表示出行熱點(diǎn)的地理位置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S3中，對(duì)出行熱點(diǎn)簇質(zhì)心進(jìn)行二 次聚類得到出行熱點(diǎn)密度包，搜索密度包凸集構(gòu)建幾何形狀的熱點(diǎn)區(qū)域;具體方式是，利用 密度聚類方法對(duì)出行熱點(diǎn)簇質(zhì)心進(jìn)行聚類，把空間密集的出行熱點(diǎn)聚合成簇，稱為出行熱 點(diǎn)密度包;構(gòu)建具有幾何形狀的熱點(diǎn)區(qū)域，將聚類結(jié)果轉(zhuǎn)換為地理幾何數(shù)據(jù)，并以多邊形來 表示;利用Graham掃描法獲取聚類簇的凸包，凸包是指點(diǎn)集的最小凸多邊形，依次連接凸包 中的點(diǎn)從而構(gòu)建熱點(diǎn)區(qū)域;Graham掃描法的步驟如下： 1) 首先找到所有點(diǎn)中y坐標(biāo)最小的點(diǎn)，如果y坐標(biāo)相同，則找X坐標(biāo)最小的點(diǎn)； 2) 以該點(diǎn)為基準(zhǔn)求所有點(diǎn)的極角，并按照極角大小排序得到點(diǎn)序列S={si，s2，…，Sn}; 3) 建立一個(gè)堆棧，初始點(diǎn)S1、S#PS3進(jìn)棧，對(duì)于點(diǎn)81至~，若棧頂?shù)膬蓚€(gè)點(diǎn)與它不構(gòu)成"向 左轉(zhuǎn)關(guān)系"則將棧頂?shù)狞c(diǎn)出棧，直至沒有點(diǎn)需要出棧以后將當(dāng)前點(diǎn)進(jìn)棧； 4) 所有點(diǎn)處理完后堆棧中保存的點(diǎn)為凸包； 由于出行熱點(diǎn)分布不同路段中，在路網(wǎng)拓?fù)渲胁⒎鞘侵本€可達(dá)的，路網(wǎng)距離與歐拉距 離有很大的差別;考慮道路網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性，在熱點(diǎn)區(qū)域聚類過程中采用路網(wǎng)拓?fù)渚嚯x;道路網(wǎng) 絡(luò)用無向圖G=(V，E)表示，其中V為結(jié)點(diǎn)集，E為路段集;根據(jù)對(duì)象p與路網(wǎng)中路段的距離，選 擇距離最短的路段為對(duì)象P的所屬路段； 對(duì)于同一路段中的對(duì)象P和q，定義de(p，q)為兩對(duì)象的路段投影點(diǎn)的距離;de(p，q)可通 過式⑷計(jì)算，其中cUp，Vl)表示p與路段結(jié)點(diǎn)Vl的路段距離； de(p,q)= |de(p,Vi)-de(q,Vi) (4) 對(duì)于不同路段中的對(duì)象P和q，定義dt(p，q)為對(duì)象p和q在路網(wǎng)上的最短路徑距離;最短 路徑距離可表示為式(5)所示，其中d_(vP，vq)由Dijkstra算法獲得； dt (p , Q ) 一 de ( P，Vp ) +dmin( Vp，Vq) +de (Vq，Q) ( 5 ) 〇5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中，計(jì)算熱點(diǎn)區(qū)域熱度，根據(jù)熱 度劃分熱點(diǎn)區(qū)域指引等級(jí);具體方式是，首先令Qk代表第k個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域，Mk為其所含出行熱點(diǎn) 簇的數(shù)量;對(duì)于熱點(diǎn)區(qū)域k，定義區(qū)域內(nèi)關(guān)聯(lián)的浮動(dòng)車數(shù)量比率為區(qū)域指引熱度h k，參考公 式(6);其中久為第k個(gè)熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的浮動(dòng)車數(shù)量，N為所有熱點(diǎn)區(qū)域的浮動(dòng)車數(shù)量，計(jì)算分 別參考式(7)和(8);將區(qū)域的指引等級(jí)劃分為四個(gè)等級(jí)，并通過式(9)把熱度進(jìn)行歸一化處理，將結(jié)果映射 至lJ[〇_l]之間；指引熱度反映了熱點(diǎn)區(qū)域?qū)θ藗兂鲂械男枨蠖?，可以以此確定不同熱點(diǎn)區(qū)域 的指引等級(jí)；即指引熱度(〇.75，1]為一級(jí)指引，（0.5,0.75]為二級(jí)指引，（0.25,0.5]為三級(jí) 指引，（0,0.25]為四級(jí)指引；
【文檔編號(hào)】G08G1/01GK105825672SQ201610224826
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月11日
【發(fā)明人】黃敏, 潘嘉杰, 劉芳, 鄭健
【申請(qǐng)人】中山大學(xué)