CN109597871A - 一种全球城市三维空间交通坐标体系系统及构建方法 - Google Patents

一种全球城市三维空间交通坐标体系系统及构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全球城市三维空间交通坐标体系系统，包括获取模块、处理模块以及构建模块；获取模块用于，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据N个指标生成基础数矩阵A；处理模块用于，通过对基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及特征值对应的特征向量，并根据特征向量创建主特征矩阵P；构建模块用于，根据基础数矩阵A和主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系。采用本发明提供的实施例能够将各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系，展现在一个坐标体系内，为正在试图找到突破点的发展中城市提供了一个更加直观清楚的机会。

Description

一种全球城市三维空间交通坐标体系系统及构建方法
技术领域
本发明涉及交通运输工程领域，尤其涉及一种全球城市三维空间交通坐标体系系统及构建方法。
背景技术
世界上所有的城市，无论规模大小、经济水平、产业特征或腹地格局，均存在内在某种相互关系和可比性。目前对全球城市排名的方法主要包括：全球化与世界级城市研究小组与网络(Globalization and World Cities Study Group and Network，简称GaWC)发布的世界级城市名册、美国科尔尼公司发布的全球城市指标(GCI/GIO) 和日本森纪念财团城市战略研究所发布的全球城市实力指数(GPCI) 等。
世界级城市名册通过研究金融、会计、广告、法律和管理咨询等五个行业的全球高端生产服务企业在各个城市的分布，按照分支机构的重要性进行打分，利用数学模型综合计算得出城市层级。
2008年至今发布了70多个与全球城市相关的指标，按其关注重点划分为综合实力排名、商贸经济实力、枢纽节点、科技创新、国际声誉等五大方向。目前，尚未有专门的全球城市交通指标体系。
本发明旨在建立一个能反映各类城市交通发展水平与城市特征关系的基于全球交通视角的坐标体系，将各城市可以纳入到同一坐标体系下进行比较研究，这个工作对于正在试图找到突破点的发展中城市而言，都具有很重要的现实意义。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种全球城市三维空间交通坐标体系系统，能够将各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系，展现在一个坐标体系内，为正在试图找到突破点的发展中城市提供了一个更加直观清楚的机会。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种全球城市三维空间交通坐标体系系统，包括：获取模块、处理模块以及构建模块；
所述获取模块用于，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据所述N个指标生成基础数矩阵A；其中，所述指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，所述基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成；
所述处理模块用于，通过对所述基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及所述特征值对应的特征向量，并根据所述特征向量创建主特征矩阵P；
所述构建模块用于，根据所述基础数矩阵A和所述主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，所述三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。
进一步的，所述处理模块包括：第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、特征提取单元以及第一构建单元；
所述第一计算单元用于，将所述基础数矩阵A的每一列减去本列的平均值，得到矩阵B；
所述第二计算单元用于，根据所述基础数矩阵A和所述矩阵B，计算所述基础数矩阵A的协方差矩阵，得到矩阵C；
所述第三计算单元用于，通过对所述矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵R；
所述特征提取单元用于，根据单位矩阵和所述矩阵R进行特征值提取，得到多个特征值；其中，每个特征值对应一个特征向量，所述特征向量为所述基础数矩阵A中M维的列向量；
所述第一构建单元用于，提取前三个特征值对应的特征向量构成矩阵，并作为所述主特征矩阵P。
进一步的，所述构建模块包括：第四计算单元和第二构建单元；
所述第四计算单元用于，通过将所述基础数矩阵A乘以所述主特征矩阵P，得到各城市在三维空间交通坐标体系中的坐标值矩阵Q；
所述第二构建单元用于，根据所述矩阵Q，构建所述三维空间交通坐标系；其中，所述矩阵Q为一个M行3列的矩阵，所述矩阵Q的每一行标识相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
本发明实施例还提供了一种全球城市三维空间交通坐标体系的构建方法，包括以下步骤：
获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据所述N个指标生成基础数矩阵A；其中，所述指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，所述基础数矩阵A由M个城市和N 个指标，依次排成M行N列构成；
通过对所述基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及所述特征值对应的特征向量，并根据所述特征向量创建主特征矩阵P；
根据所述基础数矩阵A和所述主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，所述三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。
进一步的，所述通过对所述基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及所述特征值对应的特征向量，并根据所述特征向量创建主特征矩阵P，具体为：
将所述基础数矩阵A的每一列减去本列的平均值，得到矩阵B；
根据所述基础数矩阵A和所述矩阵B，计算所述基础数矩阵A的协方差矩阵，得到矩阵C；
通过对所述矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵R；
根据单位矩阵和所述矩阵R进行特征值提取，得到多个特征值；其中，每个特征值对应一个特征向量，所述特征向量为所述基础数矩阵A中M维的列向量；
提取前三个特征值对应的特征向量构成矩阵，并作为所述主特征矩阵P。
进一步的，所述将所述基础数矩阵A乘以所述主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系，具体为：
通过将所述基础数矩阵A乘以所述主特征矩阵P，得到各城市在三维空间交通坐标体系中的坐标值矩阵Q；
根据所述矩阵Q，构建所述三维空间交通坐标系；其中，所述矩阵Q为一个M行3列的矩阵，所述矩阵Q的每一行标识相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的全球城市三维空间交通坐标体系系统，包括获取模块、处理模块以及构建模块；获取模块用于，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据N个指标生成基础数矩阵A；其中，指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成；处理模块用于，通过对基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及特征值对应的特征向量，并根据特征向量创建主特征矩阵P；构建模块用于，根据基础数矩阵A和主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。采用本发明提供的实施例能够将各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系，展现在一个坐标体系内，为正在试图找到突破点的发展中城市提供了一个更加直观清楚的机会。
附图说明
图1是本发明提供的全球城市三维空间交通坐标体系系统的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的全球城市三维空间交通坐标体系的构建方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明实施例提供了一种全球城市三维空间交通坐标体系系统，其特征在于，包括：获取模块、处理模块以及构建模块；获取模块用于，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据N 个指标生成基础数矩阵A；其中，指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成；处理模块用于，通过对基础数矩阵A 进行特征提取处理，得到特征值以及特征值对应的特征向量，并根据特征向量创建主特征矩阵P；构建模块用于，根据基础数矩阵A和主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。采用本发明提供的实施例能够将各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系，展现在一个坐标体系内，为正在试图找到突破点的发展中城市提供了一个更加直观清楚的机会。
在本实施例中，设有M个城市,N个指标，依次排成M行N列的基础数据矩阵：
在本发明实施例中，处理模块包括：第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、特征提取单元以及第一构建单元；
第一计算单元用于，将基础数矩阵A的每一列减去本列的平均值，得到矩阵B；第二计算单元用于，根据基础数矩阵A和矩阵B，计算基础数矩阵A的协方差矩阵，得到矩阵C；
在本实施例中，矩阵A的协方差矩阵C为以下方式计算：
第三计算单元用于，通过对矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵 R；
在本实施例中，根据协方差矩阵C通过以下方式计算相关系数矩阵R：
特征提取单元用于，根据单位矩阵和矩阵R进行特征值提取，得到多个特征值；其中，每个特征值对应一个特征向量，特征向量为基础数矩阵A中M维的列向量；
在本实施例中，求解特征方程|R-λI|＝0，其中I是单位矩阵，得到特征根λ1,λ2,…,λN(λ1≥λ2≥…≥λN)，其中和每一个特征根对应的特征向量α1,α2,…,αN，其中αi＝(i＝1,2,…,N)是M维的列向量。
第一构建单元用于，提取前三个特征值对应的特征向量构成矩阵，并作为主特征矩阵P。
需要说明的是，主特征矩阵P＝(α1,α2,α3)。
在本发明实施例中，构建模块包括：第四计算单元和第二构建单元；
第四计算单元用于，通过将基础数矩阵A乘以主特征矩阵P，得到各城市在三维空间交通坐标体系中的坐标值矩阵Q；第二构建单元用于，根据矩阵Q，构建三维空间交通坐标系；其中，矩阵Q为一个 M行3列的矩阵，矩阵Q的每一行标识相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
需要说明的是，将基础数据矩阵A乘以主特征矩阵P，得到一个 M行3列的矩阵Q＝(β1,β2,β3)，矩阵的每一行表示相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
参见图2，本发明实施例还提供了一种全球城市三维空间交通坐标体系的构建方法，包括以下步骤：
S1，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据N个指标生成基础数矩阵A；其中，指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成。
S2，通过对基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及特征值对应的特征向量，并根据特征向量创建主特征矩阵P。
在本实施例中，步骤S2具体为：
将基础数矩阵A的每一列减去本列的平均值，得到矩阵B；根据基础数矩阵A和矩阵B，计算基础数矩阵A的协方差矩阵，得到矩阵 C；通过对矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵R；根据单位矩阵和矩阵R进行特征值提取，得到多个特征值；其中，每个特征值对应一个特征向量，特征向量为基础数矩阵A中M维的列向量；提取前三个特征值对应的特征向量构成矩阵，并作为主特征矩阵P。
S3根据基础数矩阵A和主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。
在本实施例中，步骤S3具体为：
通过将基础数矩阵A乘以主特征矩阵P，得到各城市在三维空间交通坐标体系中的坐标值矩阵Q；根据矩阵Q，构建三维空间交通坐标系；其中，矩阵Q为一个M行3列的矩阵，矩阵Q的每一行标识相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
作为本发明优选实施例，根据步骤S1选取GaWC世界级城市手册中20个全球城市，8项可横向对比的指标，包括：人口密度、人均 GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，依次排成20行8列的基础数据矩阵A。
以下为选取的20个不同的城市和8项可横向对比的指标：
根据步骤计算矩阵A的协方差矩阵C：
通过对矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵R：
求解特征方程|R-λI|＝0，其中I是单位矩阵，得到特征根λ1,λ2,…,λ8(λ1≥λ2≥…≥λ8)，其中和每一个特征根对应的特征向量α1,α2,…,α8，其中αi＝(i＝1,2,…,8)是8维的列向量。
其中，特征根如下所示：
特征根对应的特征向量如下所示：
选取前三个特征值对应的特征向量，得到主特征矩阵 P＝(α1,α2,α3)：
1 2 3
人口密度(人/平方公里) 0.732 0.342 -0.408
人均GDP(亿美元/万人) 0.775 -0.367 0.433
路网密度(公里/平方公里) 0.500 0.752 -0.001
轨道站点密度(个/平方公里) 0.852 0.081 -0.134
千人拥机动车率(辆/千人) 0.787 -0.369 0.450
千人拥有公交车率(辆/千人) 0.452 -0.267 -0.462
车速(千米每小时) -0.464 -0.359 -0.220
公交费用与人均GDP比值 -0.321 0.516 0.530
根据步骤S3将基础数据矩阵A乘以主特征矩阵P，得到一个20 行3列的矩阵Q＝(β1,β2,β3)，矩阵的每一行表示相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值：
由此，根据本实施例选取的20个不同的城市和8项可横向对比的指标，可以直观的发现各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。
综上，本发明实施例提供的一种全球城市三维空间交通坐标体系系统及构建方法，包括获取模块、处理模块以及构建模块；获取模块用于，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据N个指标生成基础数矩阵A；其中，指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成；处理模块用于，通过对基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及特征值对应的特征向量，并根据特征向量创建主特征矩阵P；构建模块用于，根据基础数矩阵A和主特征矩阵 P，构建三维空间交通坐标系；其中，三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。采用本发明提供的实施例能够将各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系，展现在一个坐标体系内，为正在试图找到突破点的发展中城市提供了一个更加直观清楚的机会。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体 (Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种全球城市三维空间交通坐标体系系统，其特征在于，包括：获取模块、处理模块以及构建模块；
所述获取模块用于，获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据所述N个指标生成基础数矩阵A；其中，所述指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，所述基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成；
所述处理模块用于，通过对所述基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及所述特征值对应的特征向量，并根据所述特征向量创建主特征矩阵P；
所述构建模块用于，根据所述基础数矩阵A和所述主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，所述三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。
2.如权利要求1所述的全球城市三维空间交通坐标体系系统，其特征在于，所述处理模块包括：第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元、特征提取单元以及第一构建单元；
所述第一计算单元用于，将所述基础数矩阵A的每一列减去本列的平均值，得到矩阵B；
所述第二计算单元用于，根据所述基础数矩阵A和所述矩阵B，计算所述基础数矩阵A的协方差矩阵，得到矩阵C；
所述第三计算单元用于，通过对所述矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵R；
所述特征提取单元用于，根据单位矩阵和所述矩阵R进行特征值提取，得到多个特征值；其中，每个特征值对应一个特征向量，所述特征向量为所述基础数矩阵A中M维的列向量；
所述第一构建单元用于，提取前三个特征值对应的特征向量构成矩阵，并作为所述主特征矩阵P。
3.如权利要求2所述的全球城市三维空间交通坐标体系系统，其特征在于，所述构建模块包括：第四计算单元和第二构建单元；
所述第四计算单元用于，通过将所述基础数矩阵A乘以所述主特征矩阵P，得到各城市在三维空间交通坐标体系中的坐标值矩阵Q；
所述第二构建单元用于，根据所述矩阵Q，构建所述三维空间交通坐标系；其中，所述矩阵Q为一个M行3列的矩阵，所述矩阵Q的每一行标识相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
4.一种全球城市三维空间交通坐标体系的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取M个城市中的N个可横向对比的指标，并根据所述N个指标生成基础数矩阵A；其中，所述指标包括人口密度、人均GDP、路网密度、轨道站点密度、千人拥机动车率、千人拥公交车率、高峰时段车速、公交费用与人均GDP比值，所述基础数矩阵A由M个城市和N个指标，依次排成M行N列构成；
通过对所述基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及所述特征值对应的特征向量，并根据所述特征向量创建主特征矩阵P；
根据所述基础数矩阵A和所述主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系；其中，所述三位空间交通坐标系用于反映各类城市交通发展水平与城市特征之间的关系。
5.如权利要求4所述的全球城市三维空间交通坐标体系的构建方法，其特征在于，所述通过对所述基础数矩阵A进行特征提取处理，得到特征值以及所述特征值对应的特征向量，并根据所述特征向量创建主特征矩阵P，具体为：
将所述基础数矩阵A的每一列减去本列的平均值，得到矩阵B；
根据所述基础数矩阵A和所述矩阵B，计算所述基础数矩阵A的协方差矩阵，得到矩阵C；
通过对所述矩阵C进行计算，得到相关系数矩阵R；
根据单位矩阵和所述矩阵R进行特征值提取，得到多个特征值；其中，每个特征值对应一个特征向量，所述特征向量为所述基础数矩阵A中M维的列向量；
提取前三个特征值对应的特征向量构成矩阵，并作为所述主特征矩阵P。
6.如权利要求5所述的全球城市三维空间交通坐标体系的构建方法，其特征在于，所述将所述基础数矩阵A乘以所述主特征矩阵P，构建三维空间交通坐标系，具体为：
通过将所述基础数矩阵A乘以所述主特征矩阵P，得到各城市在三维空间交通坐标体系中的坐标值矩阵Q；
根据所述矩阵Q，构建所述三维空间交通坐标系；其中，所述矩阵Q为一个M行3列的矩阵，所述矩阵Q的每一行标识相应的城市在三维空间的交通坐标体系中的坐标值。
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