[发明专利]一种基于轨迹数据的城市区域划分方法

摘要

本发明公开了一种基于轨迹数据的城市区域划分方法，包括数据预处理、轨迹数据网格划分和城市区域划分；数据预处理主要包括轨迹提取、数据清洗、数据过滤与插值和坐标转换四部分；经过数据预处理后，得到经过平面坐标转换后的轨迹数据集，利用轨迹数据集进行网格划分；在网格划分之后，利用形态学方法对网格划分得到的二值矩阵进行城市区域划分。本发明方法划分得到的城市子区域边界语义含义更加丰富，且可根据需求选择合适的参数进行区域划分，尺度变化多样，适用性更广。

主权项

1.一种基于轨迹数据的城市区域划分方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对轨迹数据进行预处理，包括轨迹提取、数据过滤与差值、坐标变换；轨迹提取：提取能够反映城市交通状况的轨迹数据序列，将这些轨迹数据序列作为城市区域划分的数据源；数据过滤与插值：数据过滤是将相邻两个轨迹点距离小于一定阈值的轨迹点过滤掉；数据插值是将相邻两个轨迹点距离大于一定阈值的轨迹点之间插入一定数量的伪点；坐标转换：对于上述数据，已知轨迹的经、纬度坐标分别为lon、lat，则其对应的平面坐标x、y为：x＝(lon×20037508.34)/180y＝log(tan((90+lat)×π/360)/(π/180)×20037508.34/180步骤2：利用经过平面坐标转换后的轨迹数据集进行网格划分；1)遍历城市区域边界数据的集合，确定研究区域的范围；对于区域S，假设其平面坐标的取值范围为x∈[x_min,x_max]、y∈[y_min,y_max]，将区域S划分成若干个大小为k×k的单元网格，对每个网格单元内的轨迹点进行计数统计，并存储到二维矩阵中，即得到G_mn；假设水平方向被划分成了m个区间，竖直方向被划分成了n个区间，2)根据网格单元大小，将轨迹数据映射到相应的网格单元内，得到网格化的数字矩阵；遍历所有的轨迹点数据，根据映射关系将轨迹点数据映射到所属的网格单元；对每个网格单元的轨迹点数量进行计数，即得到网格化的数字矩阵；3)矩阵编码，设定网格内轨迹点数目阈值θ，对上述数字矩阵进行重编码；利用公式将二维数字矩阵G_mn编码为0‑1二值矩阵，其中，i、j表示网格单元的索引，i∈(0,m‑1),j∈(0,n‑1)；4)矩阵变换，变换网格化数字矩阵，使得数字矩阵分布与北半球经纬度变化的方向相同；利用公式G_ij′＝G_jn‑1‑i将二维矩阵G_mn变换成G_mn′，使得其输出的图像与轨迹数据在坐标系的分布相同；步骤3：利用形态学方法对网格划分得到的二值矩阵进行城市区域划分；膨胀操作：利用3×3十字形的卷积核对步骤2中得到的二值矩阵进行膨胀操作，即将目标像素向其4‑邻接区域扩张，迭代两次；细化操作：对膨胀操作后的二值矩阵进行细化操作，抽取二值图像的骨架；连通区域标记：对处理后的二值矩阵采用3×3十字形的卷积核进行连通区域标记，即判断目标像素的4‑邻接区域是否连通，将二值图像中各个连通区域标记出来，得到不同的城市子区域。