CN109166307B - 一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法及系统，一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法，以交通路网作为空间可达性约束，以交通路网的通行时间作为时间可达性约束，对交通路网中各中心点之间的时空可达性构建等时线圈，并基于等时线圈构建虚拟地形，通过地貌所呈现的地形起伏变化隐喻表达各中心点之间的时空可达性；一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达系统，用于实现一种交通路网时空可达性可视化隐喻表达方法。本发明的有益效果是：利用地图隐喻思想，将复杂的时空可达性转换为相应位置的地形数据，直观地展现出交通路网的时空可达性。
Description
技术领域
本发明涉及地理信息技术领域，尤其涉及一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法及系统。
背景技术
交通路网的建设是城市群协同发展的基础，区域交通网络的一体化建设在普遍提高空间联系便捷度的同时，也在不断重新定义城市群各节点的交通区位条件。城市群中交通联络方便的地区之间趋向彼此邻近，地理空间出现沿交通联系方向的“时空压缩”。如何展示由距离阻抗变小引起的时空关系变化一直是地理信息科学领域研究者关注的问题。
可达性作为衡量交通系统中到达某一地点难易程度的重要指标，逐渐发展成为一个重要的基础概念而被广泛地应用于交通运输经济学、城市规划、地理学等相关研究领域，成为衡量城市居民与社会经济活动之间地理关系深度和广度的指标。时空可达性是一种从个体角度出发，综合考虑空间因素和时间因素，研究在特定的时空约束下的可达时空范围的方法，该方法将GIS技术和时间地理学的概念结合起来研究交通网络可达性。
当前，交通时空可达性研究一直从两种思路来分析时空压缩问题。一方面，“等时圈图”选取某城市为中心，以某距离、时间或费用为通行成本阈值划定等时圈，以其外轮廓形状、面积或涵盖的机会潜能大小作为时空压缩方向和强度的体现，并通过比较不同时期等时圈变化来反映可达范围的演化。但是，“等时圈图”是立足于对单个节点的评价，虽然能很好地体现以某节点为中心的各方向时空压缩趋势，但无法完整展现区域多节点时空压缩的整体格局。另一方面，“可达性格局图”使用距离、时间或潜能可达性模型来计算节点的全局可达性水平，利用空间插值获得反映区域整体趋势的可达性格局图，通过区域等值线的形状和密度判断时空压缩的方向和强弱，并通过比较可达性数值的变化或等值线形状的演变，来分析交通网络建设所产生的时空压缩效果。然而，该方法以全局可达性(例如全网空间距离/时间之和)作为节点值进行插值，大部分可达性格局图的中心都呈现高数值区域，但这并不能说明网络中心一定是时空压缩最强烈的地区。并且，全局可达性的数值差异也不能体现节点之间交通邻近关系，格局图中等值线形状演变只能表示网络整体效率的变化趋势，而不能直观说明节点之间的联系距离和时间的大小和方向。因此，如何直观展现交通网络中多个中心节点的时空可达性成为当前研究中亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种交通网络时空可达性的可视化隐喻表达方法及系统。
一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法，以交通路网作为空间可达性约束，以交通路网的通行时间作为时间可达性约束；主要包括以下步骤：
S1：获取交通路网的拓扑结构和拓扑结构中的多个可达性分析中心点；
S2：根据所述交通路网的拓扑结构，将所述多个可达性分析中心点视为水源起点，与所述多个可达性分析中心点相连的道路视为水渠，用流水在交通网络间的流动形式模拟交通路网间的通行条件与可达性；
S3：依次连接相同时间间隔水流到达的空间点构成区域可达性的等时线圈；
S4：根据所述等时线圈构建虚拟地形，建立虚拟地形中的自然地貌与时空可达性之间的联系，通过地貌所呈现的起伏变化隐喻表达所述多个可达性分析中心点之间的时空可达性。
进一步地，在步骤S1中，所述拓扑结构的获取方法为：利用GIS软件，对交通路网数据执行拓扑构建：对交通路网进行栅格化处理，将包括道路交叉点和不同等级道路的分界点作为节点，根据所述节点分割道路生成道路弧段，将道路弧段中的每一条弧段都用相同的分割单元进行剖分，生成节点-弧段、栅格-栅格和节点-栅格的拓扑关系，建立网络栅格数据的拓扑结构。
进一步地，在步骤S2中，流水在交通网络间的流动形式是：以所述拓扑结构中的栅格单元长度为扩散步长，沿着交通路网上的可通行路径向外蔓延，直至水流与其他水源的水流相遇或者到达区域边界时停止蔓延。
进一步地，在步骤S3中，当水流与其它水流相遇或者到达区域边界时，停止等时线圈的生成，依次连接水流相遇点和水流与区域边界相交的点构成所述多个可达性分析中心点的辐射区域。
一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达系统，包括拓扑结构获取模块、时空可达性模拟模块、连接等时线圈模块和时空可达性可视化隐喻表达模块；
拓扑结构获取模块：用于获取交通路网的拓扑结构和拓扑结构中的多个可达性分析中心点；
时空可达性模拟模块：用于将所述多个可达性分析中心点视为水源起点，与所述多个可达性分析中心点相连的道路视为水渠，用流水在交通网络间的流动形式模拟交通路网间的通行条件与可达性；
连接等时线圈模块：用于依次连接相同时间间隔水流到达的空间点构成区域可达性的等时线圈；
时空可达性可视化隐喻表达模块：用于构建虚拟地形，建立虚拟地形中的自然地貌与时空可达性之间的联系，通过地貌所呈现的起伏变化隐喻表达所述多个可达性分析中心点之间的时空可达性。
进一步地，在拓扑结构获取模块中，所述拓扑结构的获取方法为：利用GIS软件，对交通路网数据执行拓扑构建：对交通路网进行栅格化处理，将包括道路交叉点和不同等级道路的分界点作为节点，根据所述节点分割道路生成道路弧段，将道路弧段中的每一条弧段都用相同的分割单元进行剖分，生成节点-弧段、栅格-栅格和节点-栅格的拓扑关系，建立网络栅格数据的拓扑结构。
进一步地，在时空可达性模拟模块中，流水在交通网络间的流动形式是：以所述拓扑结构中的栅格单元长度为扩散步长，沿着交通路网上的可通行路径向外蔓延，直至水流与其他水源的水流相遇或者到达区域边界时停止蔓延。
进一步地，在连接等时线圈模块中，当水流与其它水流相遇或者到达区域边界时，停止等时线圈的生成，依次连接水流相遇点和水流与区域边界相交的点构成所述多个可达性分析中心点的辐射区域。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：利用地图隐喻思想，将复杂的时空可达性转换为相应位置的地形数据，直观地展现出交通路网的时空可达性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法的流程图；
图2是本发明实施例中模拟时空可达性过程的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法及系统，借助人类空间形象思维认知优势和对地图的熟悉度，以地图为载体，利用地图隐喻思想，将时空可达性属性转换为相应位置的地形数据，制作虚拟地形，并借鉴经典地图用色，生成地貌晕渲图，建立自然地貌与抽象数据间的联系，通过地貌特点隐喻数据特征，如使用较高的地势表达时空可达性差，较平坦的地形隐喻时空可达性好，从而利用此类直观的视觉空间场景调动用户形象思维，直观展现交通网络中多个中心节点的时空可达性。
请参考图1，图1是本发明实施例中一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法的流程图，以交通路网作为空间可达性约束，以交通路网的通行时间作为时间可达性约束，对交通路网中各中心点之间的时空可达性构建等时线圈，并基于等时线圈构建虚拟地形，通过地貌所呈现的地形起伏变化隐喻表达各中心点之间的时空可达性；所述方法具体包括以下步骤：
S1：获取交通路网的拓扑结构和多个可达性分析中心点；所述拓扑结构的获取方法为：利用GIS软件，如ArcGIS、MapGIS等，对交通路网数据执行拓扑构建；对交通路网进行栅格化处理，将包括道路交叉点和不同等级道路的分界点作为节点，根据所述节点分割道路生成道路弧段，将道路弧段中的每一条弧段都用相同的分割单元进行剖分，生成节点-弧段、栅格-栅格和节点-栅格的拓扑关系，建立网络栅格数据的拓扑结构；
S2：根据所述交通路网的拓扑结构，将所述多个可达性分析中心点视为水源起点，与所述多个可达性分析中心点相连的道路视为水渠，用流水在交通网络间的流动形式在交通路网间的流动模拟交通路网间的通行条件与可达性；流水在交通网络间的流动形式是：以所述拓扑结构中的栅格单元长度为扩散步长，沿着交通路网上的可通行路径向外蔓延，直至水流与其他水源的水流相遇或者到达区域边界时停止蔓延；
S3：依次连接相同时间间隔水流到达的空间点构成区域可达性的等时线圈；若水流时间间隔为t，以水流从所述多个可达性分析中心点开始流出为起始时间，则每间隔t时间，依次连接水流在交通路网中所到达的空间点，构成从所述多个可达性分析中心点出发的等时线圈；给每一圈赋属性值，每一圈的属性值等于从中心点到达该圈所需的时间；当水流与其它水流相遇或者到达区域边界时，停止等时线圈的生成，依次连接水流相遇点和水流与区域边界相交的点构成所述多个可达性分析中心点的辐射区域；
S4：根据所述等时线圈构建虚拟地形，利用现有GIS功能生成数字高程模型，并借鉴经典地图用色，生成地貌晕渲图，建立自然地貌与时空可达性之间的联系，通过地貌所呈现的起伏变化隐喻表达所述多个可达性分析中心点之间的时空可达性。
请参考图2，图2是本发明实施例中模拟可达性过程的示意图，如图2(a)所示，将可达性分析中心点视为水源起点，将离起点欧氏距离最近的栅格单元标记为初始发生元，其中，P表示水源起点，C0表示栅格化后的初始发生元。类比水流在纵横交错的管道中扩散的过程，以初始发生元为“水源”，“水流”从初始发生元栅格出发，沿可扩散的方向扩散，每间隔一个单位时间扩散一个栅格步长，直至与其它水流相遇或者到达区域边界。扩散操作的执行路径只能是道路弧段，通过节点-栅格拓扑关系检索扩散栅格在可扩散方向上的邻接栅格，标记为新的扩散栅格。更新扩散栅格的位置及扩展边缘位置。遇到道路网络交叉口时，依据交通路网中的拓扑结构分散为不同支流继续扩散，如图2(b)所示，P表示水源起点，C0表示栅格化后的初始发生元，R表示道路，d1至d5表示水流扩散方向，水流扩散时加入负载约束条件，使得交通路网上约束条件的变化直接反映为交通路网剖分单元的变化。水流扩散时的约束条件及对应的交通路网剖分单元变化方法如下：(1)道路通行条件约束：由于城市道路限制通行方向，在道路交叉口和出入口处判断道路在某方向是否通行，如果某方向无法通行，则限制交通路网在该方向上的剖分单元扩散。如图2(c)所示，道路R2限制只能由北向南行驶，R3由西向东行驶，以P为水源起点进行扩散时，限制往道路R2段扩散，扩散4个单位时间的结果成“T”字型。(2)道路通行能力约束：道路等级限制了等时范围，这是影响等时区域形态的重要因素，可以通过交通路网剖分单元扩散步长来反映道路等级约束。如图2(d)中的道路等级关系为：R2>R1>R3，设对应的道路剖分栅格单元步长比为：4:2:1，因此，相同时间水流扩散结果使得路径向高等级道路方向延伸。(3)移动条件约束：移动对象有多种出行方式，包括步行、驾车和乘坐公汽等，选择不同的出行方式，移动对象对应不同的速度，因此移动对象不同的出行方式，可以直接表现为移动对象的速度的变化。设置移动对象的速度权重用来反映移动对象的速度的快慢，移动对象速度越快，其扩散能力越强。在本发明实施例中，利用交通路网剖分单元扩散步长来反映水流的速度权重约束，作为水流的移动条件约束。如图2(e)所示，当移动对象在道路R2上的速度减为原来的1/2时，相应交通路网剖分单元的扩散步长也减为原来扩散步长的1/2，使得相同时间的扩散结果较原规模减小。以上水流扩散约束条件可以根据实际交通路网通行情况进行灵活加载和组合，最终通过交通路网剖分单元的扩散情况模拟出交通路网的时空可达性。
一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达系统，包括拓扑结构获取模块、时空可达性模拟模块、连接等时线圈模块和时空可达性可视化隐喻表达模块；
拓扑结构获取模块：用于获取交通路网的拓扑结构和拓扑结构中的多个可达性分析中心点；所述拓扑结构的获取方法为：利用GIS软件，对交通路网数据执行拓扑构建：对交通路网进行栅格化处理，将包括道路交叉点和不同等级道路的分界点作为节点，根据所述节点分割道路生成道路弧段，将道路网的每一条弧段都用相同的分割单元进行剖分，生成节点-弧段、栅格-栅格和节点-栅格的拓扑关系，建立网络栅格数据结构；
时空可达性模拟模块：用于将所述多个可达性分析中心点视为水源起点，与所述多个可达性分析中心点相连的道路视为水渠，用流水在交通网络间的流动形式模拟交通路网间的通行条件与可达性；流水在交通网络间的流动形式以所述拓扑结构中的栅格单元长度为扩散步长，沿着交通路网上的可通行路径向外蔓延，直至水流与其他水源的水流相遇或者到达区域边界时停止蔓延；
连接等时线圈模块：用于依次连接相同时间间隔水流到达的空间点构成区域可达性的等时线圈；当水流与其它水流相遇或者到达区域边界时，停止等时线圈的生成，依次连接水流相遇点和水流与区域边界相交的点构成所述多个可达性分析中心点的辐射区域；
时空可达性可视化隐喻表达模块：用于构建虚拟地形，建立虚拟地形中的自然地貌与时空可达性之间的联系，通过地貌所呈现的起伏变化隐喻表达所述多个可达性分析中心点之间的时空可达性。
本发明的有益效果是：利用地图隐喻思想，将复杂的时空可达性转换为相应位置的地形数据，直观地展现出交通路网的时空可达性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法，以交通路网作为空间可达性约束，以交通路网的通行时间作为时间可达性约束；其特征在于：所述方法包括以下步骤：
S1：获取交通路网的拓扑结构和拓扑结构中的多个可达性分析中心点；
S2：根据所述交通路网的拓扑结构，将所述多个可达性分析中心点视为水源起点，与所述多个可达性分析中心点相连的道路视为水渠，用流水在交通网络间的流动形式模拟交通路网间的通行条件与可达性；
S3：依次连接相同时间间隔水流到达的空间点构成区域可达性的等时线圈；若水流时间间隔为t，以水流从所述多个可达性分析中心点开始流出为起始时间，则每间隔t时间，依次连接水流在交通路网中所到达的空间点，构成从所述多个可达性分析中心点出发的等时线圈；给每一圈赋属性值，每一圈的属性值等于从中心点到达该圈所需的时间；当水流与其它水流相遇或者到达区域边界时，停止等时线圈的生成，依次连接水流相遇点和水流与区域边界相交的点构成所述多个可达性分析中心点的辐射区域；
S4：根据所述等时线圈构建虚拟地形，建立虚拟地形中的自然地貌与时空可达性之间的联系，即借助人类空间形象思维认知优势和对地形的熟悉度，以地形为载体，利用隐喻思想，将时空可达性属性转换为相应位置的地形数据，制作虚拟地形，并借鉴经典地图用色，生成地貌晕渲图，建立自然地貌与抽象数据间的联系，通过地貌特点隐喻数据特征，从而利用此类直观的视觉空间场景调动用户形象思维，直观展现交通网络中多个中心节点的时空可达性，即通过地貌所呈现的起伏变化隐喻表达所述多个可达性分析中心点之间的时空可达性。
2.如权利要求1所述的一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法，其特征在于：在步骤S1中，所述拓扑结构的获取方法为：利用GIS软件，对交通路网数据执行拓扑构建：对交通路网进行栅格化处理，将包括道路交叉点和不同等级道路的分界点作为节点，根据所述节点分割道路生成道路弧段，将道路弧段中的每一条弧段都用相同的分割单元进行剖分，生成节点-弧段、栅格-栅格和节点-栅格的拓扑关系，建立网络栅格数据的拓扑结构。
3.如权利要求2所述的一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达方法，其特征在于：在步骤S2中，流水在交通网络间的流动形式是：以所述拓扑结构中的栅格单元长度为扩散步长，沿着交通路网上的可通行路径向外蔓延，直至水流与其他水源的水流相遇或者到达区域边界时停止蔓延。
4.一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达系统，其特征在于：包括拓扑结构获取模块、时空可达性模拟模块、连接等时线圈模块和时空可达性可视化隐喻表达模块；
拓扑结构获取模块：用于获取交通路网的拓扑结构和拓扑结构中的多个可达性分析中心点；
时空可达性模拟模块：用于将所述多个可达性分析中心点视为水源起点，与所述多个可达性分析中心点相连的道路视为水渠，用流水在交通网络间的流动形式模拟交通路网间的通行条件与可达性；
连接等时线圈模块：用于依次连接相同时间间隔水流到达的空间点构成区域可达性的等时线圈；若水流时间间隔为t，以水流从所述多个可达性分析中心点开始流出为起始时间，则每间隔t时间，依次连接水流在交通路网中所到达的空间点，构成从所述多个可达性分析中心点出发的等时线圈；给每一圈赋属性值，每一圈的属性值等于从中心点到达该圈所需的时间；当水流与其它水流相遇或者到达区域边界时，停止等时线圈的生成，依次连接的水流相遇点和水流与区域边界相交的点构成所述多个可达性分析中心点的辐射区域；
时空可达性可视化隐喻表达模块：用于构建虚拟地形，建立虚拟地形中的自然地貌与时空可达性之间的联系，即借助人类空间形象思维认知优势和对地形的熟悉度，以地形为载体，利用隐喻思想，将时空可达性属性转换为相应位置的地形数据，制作虚拟地形，并借鉴经典地图用色，生成地貌晕渲图，建立自然地貌与抽象数据间的联系，通过地貌特点隐喻数据特征，从而利用此类直观的视觉空间场景调动用户形象思维，直观展现交通网络中多个中心节点的时空可达性，即通过地貌所呈现的起伏变化隐喻表达所述多个可达性分析中心点之间的时空可达性。
5.如权利要求4所述的一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达系统，其特征在于：在拓扑结构获取模块中，所述拓扑结构的获取方法为：利用GIS软件，对交通路网数据执行拓扑构建：对交通路网进行栅格化处理，将包括道路交叉点和不同等级道路的分界点作为节点，根据所述节点分割道路生成道路弧段，将道路弧段中的每一条弧段都用相同的分割单元进行剖分，生成节点-弧段、栅格-栅格和节点-栅格的拓扑关系，建立网络栅格数据的拓扑结构。
6.如权利要求5所述的一种交通路网时空可达性的可视化隐喻表达系统，其特征在于：在时空可达性模拟模块中，流水在交通网络间的流动形式是：以所述拓扑结构中的栅格单元长度为扩散步长，沿着交通路网上的可通行路径向外蔓延，直至水流与其他水源的水流相遇或者到达区域边界时停止蔓延。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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