[发明专利]复杂图论支持下的城市空间结构发现设计方案

说明书

针对现有城市结构研究中缺乏对城市空间结构缺乏层次性分析的问题，本发明提出一种复杂图论支持下的城市空间结构发现的方法。首先，将城市路网构造为加权有向图，然后利用MapEquation框架对城市路网进行分层社区检测，最后基于不同层次的社区进行产业区位熵计算，从而得到不同层次不同社区下的城市空间结构。根据本发明并以兰州市为例进行城市结构发现，其结果表明，不同社区下产业分布专业化程度明显，可有效挖掘城市空间结构，该方法为获取城市空间结构提供了新思路。

技术领域

本发明属于地图学与地理信息系统技术领域，涉及一种复杂图论支持下的城市空间结构发现设计方案。

背景技术

城市发展的过程中，其空间结构的优化对于经济增长具有重要作用，对城市空间结构发现与理解可以为城市规划出谋划策。当前对于城市空间结构的研究主要集中于某一尺度，或以主城区、行政区划为尺度，或以全国为尺度，用以核密度分析、空间分析为方法对城市空间结构研究，在对城市空间结构的整体把握上缺乏不足。不同层次下对城市空间的结构发现在目前尤为重要。

复杂图论常作为数学领域分析点线关系的方法，在描述事物与事物之间的关系时简单且直观。在城市道路空间中往往存在单向且交错的路网，路网之间存在复杂的拓扑关系与连接关系，复杂图论可将城市道路空间视作点线的关系进而分析道路空间结构。基于复杂图论的MapEquation框架是可以根据道路节点间的连接关系、拓扑关系、方向关系进而将道路节点聚类，计算不同模块运动熵最终获取到不同层次的节点聚类，进而形成不同层次社区。

因此本发明运用复杂图论的理论，基于MapEquation框架对城市空间分成不同社区，对不同社区不同产业进而整体上求得产业区位熵来获取城市空间结构。

发明内容

有鉴于此，本发明将城市道路网络视作图结构，提取路网节点，对路网构造为加权有向图,通过MapEquation框架对道路分层检测，将得到的不同层次社区利用泰森多边形法划定影响范围，得到不同层次城市空间社区。然后将城市产业划分为三大产业，对POI分类处理后计算不同社区下每个模块的产业区位熵，最终得到不同社区下城市空间结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

复杂图论支持下的城市空间结构发现方案，包括：分层社区检测和不同层次社区下的产业结构发现两部分；

分层社区检测步骤如下：

S1：OpenStreetMap道路数据经过数据检查清洗，简化合并之后提取道路节点；

S2：处理后的OSM道路数据构建为带有权重的有向图G≡(V,E,W)；

S3：MapEquation是目前为止性能最好并且能够处理加权有向图的社区发现框架，该框架能够发现网络中的隐藏社区结构，因此使用Map Equation框架对S2的有向图进行分层社区检测，得到道路网络的分层社区结构；

S4：采用泰森多边形方法得到不同层次下每个模块的覆盖范围；

不同层次社区下的产业结构发现步骤如下：

S5：利用POI产业分类大数据，经过处理之后将其分为第一产业、第二产业和第三产业三大类；

S6：基于S3检测结果的第一层社区以及S4得到的社区覆盖范围，分别计算三大产业在第一层不同社区下的区位熵；

S7：基于S3检测结果的第二层社区以及S4得到的社区覆盖范围，分别计算三大产业在第二层不同社区下的区位熵；

S8：根据S6和S7的计算结果，得到不同层次下的城市空间结构和每个社区的主导产业；

S9：结束。