[发明专利]一种顾及空间密度差异的热力图生成方法及系统

权利要求书

1.一种顾及空间密度差异的热力图生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，采集所选择的研究对象和研究区域对应的实验数据，以空间点群的形式保存；

步骤2，根据人眼视觉所能分辨的屏幕最小分辨率，结合热力图比例尺，计算屏幕分辨率所对应的真实距离，将所述真实距离作为四叉树分割的边长阈值；

步骤3，统计所述空间点群的个数，计算点数阈值；

步骤4，对所述空间点群进行基于点数阈值与边长阈值约束的四叉树分割，并提取反映点群分布集聚程度的区块边长信息；所述的步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1，计算空间点群分布范围的最小外接矩形；

步骤4.2，以所述最小外接矩形较短边的1/2为边长构建正方形网格区域；

步骤4.3，统计所构建的正方形网格区域中每个区块内的数据点的个数，并计算每个区块的边长；

步骤4.4，若区块内的点数小于点数阈值p或区块边长小于边长阈值q时则停止分割，否则，继续对正方形区块进行四等分分割；

步骤4.5，循环步骤4.3-4.4，直到所有区块内的点数均小于点数阈值p或区块的边长均小于边长阈值q时停止分割；

步骤5，根据四叉树区块边长与最近邻-核密度函数的带宽参数的对应关系，逐点计算自适应带宽值；所述步骤5具体包括：

步骤5.1，依据点群分布疏密程度确定最近邻算法的邻域或区块的面积大小；

步骤5.2，将四叉树分割点数阈值p与最近邻算法的邻域内样本数k取相同值；

步骤5.3，此时最近邻邻域面积与四叉树区块面积是近似相等的，即：

l_n²(x)＝πa_n²(x)

上式中，l_n(x)为四叉树区块边长，a_n(x)为邻域半径，最近邻-核密度函数的带宽h＝a_n(x)，依据四叉树分割的区块边长逐点计算对应的自适应带宽值h；

步骤6，将所述自适应带宽值代入最近邻-核密度函数，计算最近邻-核密度函数值，并将结果以Heat-map形式呈现。

2.根据权利要求1所述一种顾及空间密度差异的热力图生成方法，其特征在于，所述步骤3中，点数阈值p与所述空间点群所对应的k值保持一致，其中n为所述空间点群中样本点的总数。

3.根据权利要求1所述一种顾及空间密度差异的热力图生成方法，其特征在于，所述步骤6中，所述最近邻-核密度估计的计算公式为：

式中，表示空间点x处的最近邻-核密度计算函数，x_i为研究范围内的样本点，K为最近邻-核密度函数的权重函数，h为带宽，n为空间点群的样本总数。

4.一种顾及空间密度差异的热力图生成系统，其特征在于，所述系统包括：

数据获取模块，用于获取所选择的研究对象和研究区域内的实验数据，以空间点群的形式保存；

边长阈值计算模块，用于根据人眼视觉所能分辨的屏幕最小分辨率，结合热力图比例尺，计算屏幕分辨率所对应的真实距离，将所述真实距离作为四叉树分割的边长阈值；

点数阈值计算模块，用于统计所述空间点群的个数，计算点数阈值；

四叉树分割模块，用于对所述空间点群进行基于点数阈值与边长阈值约束的四叉树分割，并提取反映点群分布集聚程度的区块边长信息；所述四叉树分割模块具体包括：

网格构建单元：用于计算空间点群分布范围的最小外接矩形，以所述最小外接矩形较短边的1/2为边长构建正方形网格区域；

区块分割单元：用于统计所构建的正方形网格区域中每个区块内的数据点的个数，并计算每个区块的边长；若区块内的点数小于点数阈值p或区块边长小于边长阈值q时则停止分割，否则，继续对正方形区块进行四等分分割；直到所有区块内的点数均小于点数阈值p或区块的边长均小于边长阈值q时停止分割；

带宽值计算模块，用于根据四叉树区块边长与最近邻-核密度函数的带宽参数的对应关系，逐点计算自适应带宽值；所述带宽值计算模块具体包括：

邻域确定单元：依据点群分布疏密程度确定邻域或区块的面积大小；将四叉树分割点数阈值p与最近邻算法的邻域内样本数k取相同值；

带宽计算单元：将最近邻邻域面积与四叉树区块面积近似相等，即：

l_n²(x)＝πa_n²(x)

上式中，l_n(x)为四叉树区块边长，a_n(x)为邻域半径，带宽h＝a_n(x)，依据四叉树分割的区块边长逐点计算出对应的自适应带宽值；

热力图生成模块，用于将自适应带宽值代入最近邻-核密度函数，计算最近邻-核密度函数值，并将结果以Heat-map形式呈现。