一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，包括步骤：引入道路网络复杂度并进行计算，以对道路网络结构进行量化；依据统计指标计算旋转提升度，并依据旋转提升度判断是否适合以旋转网格作为空间分析单元；在以旋转网格作为空间分析单元时，以网格面积差异比最大的值所对应的角度，作为旋转网格的旋转角度。本发明专利技术还包括一种顾及道路网络复杂度的旋转网格系统，采用本发明专利技术所述的顾及道路网络复杂度的旋转网格方法及系统可判断何时适合以旋转网格作为空间分析单元，且在以旋转网格作为空间分析单元时，能够确定旋转角度。能够确定旋转角度。能够确定旋转角度。

【技术实现步骤摘要】
一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法及系统


[0001]本专利技术属于空间分析
，具体涉及一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法及系统。

技术介绍

[0002]随着大数据时代的到来，时空大数据分析、机器学习、深度学习正在快速发展，其中空间分析单元是非常重要的参数之一。对空间分析单元类型、单元大小、方向等进行合理选择，直接影响空间分析预测的精度和可靠性。
[0003]当前，常用的空间分析单元主要有网格系统和路网系统。网格系统中主要包括正方形、六边形(蜂窝状)网格等，其中应用最广泛的是正方形状的网格。这种网格的形状和边界相对简单、规则，有利于对网格内信息的统计和分析，并且利用大小一致的网格对不同形状的地理区域进行划分，具有可比性。但网格也存在一些不足，如：对于路网倾斜程度高的区域，若以正南正北方向的正方形网格为分析单元时，其弱化了街道路网对街道上空间数据分布的影响。同时，正方形网格可能与路网交叉或网格边与路网重叠过多，不利于统计一些沿着道路分布的信息，对分析结果造成一定影响。相比于网格系统，路网系统通过在道路节点处打断路网，构成道路段，进行空间数据的统计。这便于对沿着街道分布的空间数据统计，如街道犯罪、交通事故、交通流OD分析等，因此，采用路段为分析单元，能够很好地识别街道路网对空间数据的影响。但路网系统中的道路段，长度大小不一致，存在空间异质性问题。同时，路网分析中，常采用基于图的方法，模型构建和计算比较复杂。
[0004]2018年，Mohler等在一项犯罪时空预测研究中提出了旋转网格空间分析单元，并基于此提出了旋转网格PAI最大化犯罪预测方法。将该方法与随机森林联合使用，发现与固定网格犯罪预测相比，该方法将预测精度指数(Predict ion Accuracy Index,PAI)提高了8％(街道犯罪)、3.3％(入室盗窃)和7％(机动车盗窃)。可见，以旋转网格作为空间分析单元进行预测，预测精度会提高。但是，目前在没有解决什么时候需要以旋转网格作为空间分析单元、旋转角度如何选择的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的是提供一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法及系统以解决什么时候适于以旋转网格作为空间分析单元及实际应用中旋转角度如何确定的问题。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案是：一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，包括步骤：引入道路网络复杂度并进行计算，以对道路网络结构进行量化；依据统计指标计算旋转提升度，并依据旋转提升度判断是否适合以旋转网格作为空间分析单元；在以旋转网格作为空间分析单元时，以网格面积差异比最大的值所对应的角度，作为旋转网格的旋转角度。
[0007]进一步，所述引入道路网络复杂度并进行计算，以对道路网络结构进行量化包括：
将路网数据进行拓扑处理，并将处理后的路网在相交处打断；计算每条道路的街道方位角，并将这些方位角每15度划分为一个角度范围，总共为24个范围；分别统计24个范围内，街道边的数量和街道边的长度，并计算其与区域内总边数和总长度的比值；将24个范围内最大的加权平均街道比例与其它范围的加权平均街道比例相减后相加，得到区域的道路网络复杂度值。
[0008]进一步，所述统计指标包括网格截断道路数量提升度、路网拟合提升度及等长道路数量提升度。
[0009]进一步，所述网格截断道路数量提升度的计算方式为：
[0010][0011]其中，GTE
X
表示的是以旋转网格为空间分析单元，道路被网格截断数量；GTE
P
表示的是以普通网格为空间分析单元，道路被网格截断数量。
[0012]进一步，所述路网拟合提升度指的计算方式为：
[0013][0014]其中，GVPR
x
表示的是以旋转网格作为空间分析单元，路网与网格垂直或平行数量；GVPR
P
表示的是普通网格作为空间分析单元，路网与网格垂直或平行数量；N表示的是街道路网的总数量。
[0015]进一步，所述等长道路数量提升度的计算方式为：
[0016][0017]其中，NELE
p
表示的是以普通网格为空间分析单元道路被截断相等长度的数量；NELE
x
表示的是以旋转网格为空间分析单元道路被截断相等长度的数量。
[0018]进一步，所述旋转提升度的计算方式为：
[0019]RGE＝GTRPD
×
IRNF
×
ELRL
[0020]其中，GTELD指的是网格截断道路数量提升度，IRNF指的是路网拟合提升度，ELRL指的是等长道路数量提升度。
[0021]进一步，所述网格面积差异比的计算方式为：
[0022][0023]其中，FCIA
p
和FCIA
x
分别表示的是在普通网格和旋转网格空间分析单元下，其所包括研究区所有统计信息的网格总面积。
[0024]进一步，所述每条道路的街道方位角的计算方式为：
[0025][0026]所述每个角度范围的加权平均街道比例的计算方式为：
[0027][0028]其中，y表示的是道路终点纵坐标与起点纵坐标的差值，x表示的是道路终点横坐标与起点横坐标的差值。WBSP
ix
表示的是区域x在第i个方位角范围内的加权平均街道比例。PSE
i
表示的是第i个方位角范围内街道边的数量与区域x内街道总边数的比值。PSL
i
表示的是第i个方位角范围内街道边的长度和区域x内街道边总长度的比值。
[0029]本专利技术还提供一种顾及道路网络复杂度的旋转网格，包括：道路网络结构量化单元，用于引入道路网络复杂度并进行计算，以对道路网络结构进行量化；判断单元，用于依据统计指标计算旋转提升度，并依据旋转提升度判断是否适合以旋转网格作为空间分析单元；角度确定单元，用于在以旋转网格作为空间分析单元时，以网格面积差异比最大的值所对应的角度，作为旋转网格的旋转角度。
[0030]本专利技术的效果在于：相较于旋转角度选取通过Optim函数分别改变格网的高度、旋转角度以及偏移距离来达到优化PAI的目的，只以提高PAI为目的，未解释地理意义的方式，本专利技术以网格和路网系统优缺点出发，从旋转网格有助于提高研究区路网与网格系统的拟合度的角度出发，判断是否适合以旋转网格作为空间分析单元，并且，确定了旋转角度如何选择。
附图说明
[0031]图1是普通网格与旋转网格对比示意图；
[0032]图2是普通网格与旋转网格热点预测效果对比示意图；
[0033]图3是本专利技术一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法的步骤流程图；
[0034]图4是不同RNC值路网示意图；
[0035]图5是犯罪的与路网分布示意图。
具体实施方式
[0036]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述。
[0037]请参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，其特征在于，包括：引入道路网络复杂度并进行计算，以对道路网络结构进行量化；依据统计指标计算旋转提升度，并依据旋转提升度判断是否适合以旋转网格作为空间分析单元；在以旋转网格作为空间分析单元时，以网格面积差异比最大的值所对应的角度，作为旋转网格的旋转角度。2.如权利要求1所述的一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，其特征在于，所述引入道路网络复杂度并进行计算，以对道路网络结构进行量化包括：将路网数据进行拓扑处理，并将处理后的路网在相交处打断；计算每条道路的街道方位角，并将这些方位角每15度划分为一个角度范围，总共为24个范围；分别统计24个范围内，街道边的数量和街道边的长度，并计算其与区域内总边数和总长度的比值；将24个范围内最大的加权平均街道比例与其它范围的加权平均街道比例相减后相加，得到区域的道路网络复杂度值。3.如权利要求1所述的一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，其特征在于：所述统计指标包括网格截断道路数量提升度、路网拟合提升度及等长道路数量提升度。4.如权利要求3所述的一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，其特征在于：所述网格截断道路数量提升度的计算方式为：其中，GTE
X
表示的是以旋转网格为空间分析单元，道路被网格截断数量；GTE
P
表示的是以普通网格为空间分析单元，道路被网格截断数量。5.如权利要求3所述的一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，其特征在于：所述路网拟合提升度指的计算方式为：其中，GVPR
x
表示的是以旋转网格作为空间分析单元，路网与网格垂直或平行数量；GVPR
P
表示的是普通网格作为空间分析单元，路网与网格垂直或平行数量；N表示的是街道路网的总数量。6.如权利要求3所述的一种顾及道路网络复杂度的旋转网格方法，其特征在于：所述等长道路数量提升度的计算方式为：其中，NELE
...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺日兴，时东，邓悦，姜超，
申请(专利权)人：首都师范大学，
类型：发明
国别省市：