[发明专利]一种层次化城市空间结构识别方法及系统

说明书

本发明提供了一种层次化城市空间结构识别方法及系统，包括：获得城市道路数据、出租车轨迹数据和兴趣点数据并进行预处理，构建路网抽象模型；采用词向量模型对交通元素语料库进行训练，获得路网节点的词向量表示；结合所述的路网节点的词向量表示和社区检测算法进行无监督训练，提取层次化城市空间结构；通过兴趣点数据构建城市功能测度指标，通过测量指标对层次化城市空间结构进行测度，获得空间结构的土地利用信息。本发明的有益效果是：将网络科学中图划分的方法引入城市规划，同时能够通过出租车轨迹数据挖掘居民出行信息，结合道路拓扑特征和居民出行特征进行多尺度、自动化的城市空间结构识别，具有较好的效益。

技术领域

本发明涉及城市规划领域，尤其涉及一种结合道路拓扑特征和居民出行特征的层次化城市空间结构识别方法及系统。

背景技术

随着城市体量的增大，城市内部个体层面的出行流动的激增，许多复杂网络方面的分析算法被广泛应用到城市研究中。空间嵌入网络模型将城市中的空间单元(如规则格网等)表示为一个图节点，区域之间的连接关系表示为边，居民的出行流量表示为边的属性。在此基础上，采用社区检测算法将整图根据一定的规则划分为“社区”，社区的特性在于其内部节点具有强连接性，而社区间的节点连接十分稀疏。该方法在表征城市空间结构中功能区单元的功能特性方面展现出一定的优越性，原因有两点：第一，功能区从本质讲是具有相同或相似功能的空间单元的一种聚集；第二，功能区内部的出行交互模式与功能区之间的交互模式存在较大差异，与社区的特性相吻合。

路网抽象模型是一种基于城市道路网络构建的空间嵌入网络模型。道路网络作为城市内部的人工走廊，在连接城市枢纽、塑造区域功能等方面发挥着重要作用。受空间嵌入图结构的启发，路网抽象模型将城市道路网表示为一个整图，其中道路节点(如交叉口)表示为图的节点，道路段的连接关系被表示为边，亦可将道路路段表示为图的节点，路段之间的交互关系表示为边。路网抽象模型基于城市道路基础设施这一细粒度研究单元构建网络，使得空间嵌入网络模型的性能有一定的提升。然而，路网抽象模型的构建仅仅依靠城市路网数据，即通过捕捉路网拓扑结构的方式，探索节点之间的连接和集聚关系，忽略了城市内部居民的群体出行交互，也无法根据个体层面的出行数据(如居民出行轨迹数据)进行建模。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种层次化城市空间结构识别方法及系统，一种层次化城市空间结构识别方法，主要包括：

S1：获取研究区域内的城市道路数据，对所述城市道路数据进行预处理，采用图数据结构对处理后的城市道路数据进行表示，获得路网抽象模型；

S2：获取研究区域内的出租车轨迹数据，对出租车轨迹进行预处理；将道路交通元素类比为自然语言处理中的语料元素，获得交通元素语料库；采用词向量模型对交通元素语料库进行训练，获得路网节点的词向量表示；

S3：通过所述的路网节点的词向量表示，采用余弦距离公式计算道路交通相关性指标；根据所述道路交通相关性指标，在所述的路网抽象模型的基础上，结合所述的路网节点的词向量表示和社区检测算法进行无监督训练，训练完成后获得三层的城市社区结构，根据该三层的城市社区结构提取层次化城市空间结构；

S4：获取研究区域内的兴趣点数据，通过兴趣点数据构建城市功能测度指标，通过所述测度指标对所述层次化城市空间结构进行识别，获得所述层次化城市空间结构的土地利用信息，为城市规划和管理、城市可持续发展评估提供实时详尽的城市功能信息。

进一步地，步骤S1具体实现过程为：

S11：通过地理信息系统专业软件处理所述城市道路数据，对所述城市道路数据进行预处理，所述预处理包括化简和拓扑检查，获得预处理后的城市道路数据；所述城市道路数据由道路路段和道路节点组成；

S12：将所述城市道路数据采用图数据结构进行表示，具体地，道路路段表示为图数据结构中的边，道路节点表示为图数据结构中的节点，获得路网抽象模型。