• 中国出版政府奖提名奖

    中国百强科技报刊

    湖北出版政府奖

    中国高校百佳科技期刊

    中国最美期刊

    留言板

    尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

    姓名
    邮箱
    手机号码
    标题
    留言内容
    验证码

    基于模糊层次理论的城市群路网匹配模型构建及其应用

    李朝奎 李婷 周新邵 唐炉亮 张新长 胡焜豪

    李朝奎, 李婷, 周新邵, 唐炉亮, 张新长, 胡焜豪, 2024. 基于模糊层次理论的城市群路网匹配模型构建及其应用. 地球科学, 49(8): 3020-3028. doi: 10.3799/dqkx.2022.408
    引用本文: 李朝奎, 李婷, 周新邵, 唐炉亮, 张新长, 胡焜豪, 2024. 基于模糊层次理论的城市群路网匹配模型构建及其应用. 地球科学, 49(8): 3020-3028. doi: 10.3799/dqkx.2022.408
    Li Chaokui, Li Ting, Zhou Xinshao, Tang Luliang, Zhang Xinchang, Hu Kunhao, 2024. Urban Road Network Matching Model Based on Fuzzy Hierarchy Theory and Its Application. Earth Science, 49(8): 3020-3028. doi: 10.3799/dqkx.2022.408
    Citation: Li Chaokui, Li Ting, Zhou Xinshao, Tang Luliang, Zhang Xinchang, Hu Kunhao, 2024. Urban Road Network Matching Model Based on Fuzzy Hierarchy Theory and Its Application. Earth Science, 49(8): 3020-3028. doi: 10.3799/dqkx.2022.408

    基于模糊层次理论的城市群路网匹配模型构建及其应用

    doi: 10.3799/dqkx.2022.408
    基金项目: 

    国家自然科学基金 42171418

    实景三维建设与应用技术湖南省工程研究中心开放课题 3DRS2024H3

    湖南省自然资源科研项目 2023-22

    湖南省地理空间信息工程研究中心开放课题 HNGI202305

    详细信息
      作者简介:

      李朝奎(1967-),男,教授,研究方向为三维地理建模及其应用. ORCID:0000-0002-2871-2179. E-mail:chkl_hn@163.com

      通讯作者:

      李婷,ORCID:0009-0009-7058-2556. E-mail:155405544@qq.com

    • 中图分类号: P208

    Urban Road Network Matching Model Based on Fuzzy Hierarchy Theory and Its Application

    • 摘要: 随着国家城市群基础设施建设步伐的加快,对城市道路网数据现势性的需求急剧增加. 针对当前以位置和长度为主要参数的道路网匹配算法的不稳定性,以及分析结果的不确定性和可靠性差等问题,提出了一种新的基于模糊层次理论的路网匹配模型,该模型通过融合多个评价指标进行构建,并对其指标权重进行优化,采用该模型对路网的一致性进行评价. 以长株潭城市群道路网为实验对象进行实验验证. 实验结果表明:提出的匹配模型能够有效改善道路网匹配精度,且具有较好的稳定性和可靠性. 道路匹配的准确率和召回率分别达到了92.9%和86.2%,比现有的典型匹配方法的86.7%和83.8%均有了显著提高. 研究成果为道路网匹配与评价提供一种新的更为有效之方法.

       

    • 图  1  道路Stroke方向相似性度量

      Fig.  1.  Road Stroke direction similarity measure

      图  2  道路Stroke闭合面积相似性度量

      a. Stroke1组成的闭合区域;b. Stroke2组成的闭合区域;c. 重叠之后的图形

      Fig.  2.  Similarity measure of closed area of road Stroke

      图  3  道路Stroke匹配流程

      Fig.  3.  Road Stroke matching process

      图  4  道路网相似性评价指标层次模型

      Fig.  4.  Level model of road network similarity evaluation index

      图  5  道路网数据层次化处理

      a. 规划数据道路网展示;b. 现状数据道路网展示;c. 规划数据道路网Stroke分级结果;d. 现状数据道路网Stroke分级结果;e. 规划数据与现状数据叠加结果

      Fig.  5.  Hierarchical data processing of road network data

      图  6  规划数据与现状数据匹配结果

      Fig.  6.  Source data matching results with target data

      图  7  道路网变化检测结果

      Fig.  7.  Change detection results of road network

      图  8  匹配错误线段图

      Fig.  8.  Schematic diagram of error phenomena in experimental results

      表  1  优先判断矩阵表

      Table  1.   Priority judgment matrix table

      A B1 B2 B3 B4
      B1 0.5 1 1 1
      B2 0 0.5 1 1
      B3 0 0 0.5 1
      B4 0 0 0 0.5
      下载: 导出CSV

      表  2  模糊一致阵变换结果

      Table  2.   Results of fuzzy uniform matrix transformation

      A B1 B2 B3 B4
      B1 0.500 0.625 0.750 0.875
      B2 0.375 0.500 0.625 0.750
      B3 0.250 0.375 0.500 0.625
      B4 0.125 0.250 0.375 0.500
      下载: 导出CSV

      表  3  初始道路网数据要素统计结果

      Table  3.   Statistical results of data elements of initial road network

      初始数据 预处理后数据
      弧段数量 结点数量 弧段数量 结点数量
      规划数据 2 856 3 358 2 367 2 614
      现状数据 3 267 3 754 2 849 3 243
      下载: 导出CSV

      表  4  道路网数据Stroke处理结果

      Table  4.   Stroke processing results of road network data

      预处理后数据 Stroke构建结果
      弧段数量 结点数量 Stroke数量
      规划数据 2 367 2 614 507
      现状数据 2 849 3 243 538
      下载: 导出CSV

      表  5  匹配结果统计表

      Table  5.   Quantitative statistical analysis of matching results

      统计指标 正确匹配 错误匹配 漏匹配 匹配正确率(%) 匹配召回率(%)
      结点-弧段匹配数量 4 106 630 794 86.7 83.8
      模糊层次匹配数量 421 32 67 92.9 86.2
      下载: 导出CSV
    • Dong, S. F., 2019. Research on Road Network Matching Method Based on VGI Data(Dissertation). Hunan University of Science and Technology, Changsha(in Chinese with English abstract).
      Fu, Z. L., Zhao, X. Y. Yang, Y. W., et al., 2016. Road Networks Matching Using Multiple Logistic Regrssion. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2: 171-177(in Chinese with English abstract).
      Gong, X. Y., Wu, f., Ji, C. W., et al., 2014. Ant Colony Optimization Approach to Road Network Matching. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2: 191-195(in Chinese with English abstract).
      Huang, B. H., 2015. Research on Matching Method of Urban Road Networks Based on Hierarchical Area Partitioning(Dissertaion). Information Engineering University, Zhengzhou(in Chinese with English abstract).
      Hu, Y. J., Chen, Y. M., Lan, G. C., et al., 2021. A Study of Capacity Matching to Urban Road Network. Journal of Zhejiang Normal University(Natural Sciences), 44(2): 206-211(in Chinese with English abstract).
      Ji, H. M., 2020. Research on Road Network Matching Algorithm Based on Hidden Markov Model(Dissertaion). Shenyang Ligong University, Shenyang(in Chinese with English abstract).
      Li, H., 2020. Research on Constructing Road Network Hierarchy Model and Its Application on Road Matching(Dissertation). Information Engineering University, Zhengzhou(in Chinese with English abstract).
      Luan, X. C., Yang, B. S., Li, Q. P., 2014. A Mixed Integer Programming Model of Block Aggregation for Grid Pattern Maintenance in Urban Network. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 4: 426-434(in Chinese with English abstract).
      Li, H. T., Zhang, Y., 2020. Improved D-S Evidence Reasoning Map Matching Algorithm. Journal of Northeast Electric Power University, 40(1): 90-96(in Chinese with English abstract).
      Liu, H. L., Qian, H. Z., Wang, X., et al., 2015. Road Networks Global Matching Method Using Analytical Hierarchy Process. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 5: 644-651(in Chinese with English abstract).
      Qin, Y. L., Guo, B., Sun, X. R., 2020. Improved Hausdorff Distance and Its Application in Multi-Scale Road Network Matching. Journal of Geomatics Science and Technology, 37(3): 313-318(in Chinese with English abstract).
      Shao, H. T., Zhang, H. J., Cheng, K., 2020. Map Matching Algorithm Based on Hash and Edge Weight of Road Network and Its Application. 30(8): 140-146(in Chinese with English abstract).
      Wang, P., Zhao, J. X., Cui, H. P., et al., 2019. Method for Complex Road Matching Based on Road Skeleton Line Stroke. Journal of Geomatics Science and Technology. 36(1): 95-99(in Chinese with English abstract).
      Wan, Y. Y., 2016. The Matching Method Based on Voronoi Diagram for Multi-Scale Polygonal Residential Areas(Dissertation). Jiangxi Normal University, Nanchang(in Chinese with English abstract).
      Xu, K. R., Wang, X. Y., Yao, X. Z., 2021. A Synergetic Development Analysis of Urban Road Accessibility and Construction Land: Take Luohe City as an Example. Henan Science, 39(3): 502-508 (in Chinese with English abstract).
      Zhang, J. C., Wang, Y. H., Zhao, W. J., 2018. Matching Road Networks Based on Combination of Global and Local Optimization. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 43(8): 1166-1171(in Chinese with English abstract).
      Zhao, Y. Y., 2008. The Design And Impllementation of a Tool For Patching Ontology Mapping(Dissertation). Southeastern University(in Chinese with English abstract).
      董沈峰, 2019. 基于VGI数据的道路网匹配方法研究(博士毕业论文). 长沙: 湖南科技大学.
      付仲良, 杨元维, 高贤君, 等, 2016. 利用多元Logistic回归进行道路网匹配. 武汉大学学报(信息科学版), 41(2): 171-177. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHCH201602005.htm
      巩现勇, 武芳, 姬存伟, 等, 2014. 道路网匹配的蚁群算法求解模型. 武汉大学学报(信息科学版), 39(2): 191-195. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHCH201402014.htm
      黄博华, 2015. 基于层次化面域剖分模型的城市道路网匹配算法研究(博士毕业论文). 郑州: 解放军信息工程大学.
      胡永举, 陈燕敏, 蓝光晨, 等, 2021. 城市道路网通行能力匹配度研究. 浙江师范大学学报(自然科学版), 44(2): 206-211. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZJSZ202102012.htm
      吉宏梅, 2020. 基于隐马尔可夫模型的路网匹配算法研究(博士毕业论文). 沈阳: 沈阳理工大学.
      李豪, 2020. 路网层次结构模型构建与匹配技术研究. 郑州: 战略支援部队信息工程大学.
      栾学晨, 杨必胜, 李秋萍, 2014. 保持城市道路格网模式的街区合并混合整数规划模型. 测绘学报, 43(4): 426-434. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CHXB201404017.htm
      李昊天, 张宇, 2020. 改进的D-S证据推理地图匹配算法. 东北电力大学学报, 40(1): 90-96. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DBDL202001012.htm
      刘海龙, 钱海忠, 王骁, 等, 2015. 采用层次分析法的道路网整体匹配方法. 武汉大学学报(信息科学版), 40(5): 644-651. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHCH201505015.htm
      秦育罗, 郭冰, 孙小荣, 2020. 改进Hausdorff距离及其在多尺度道路网匹配中的应用. 测绘科学技术学报, 37(3): 313-318. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JFJC202003016.htm
      邵天浩, 张宏军, 程恺, 等, 2020. 基于哈希和路网边权的地图匹配算法及其应用. 计算机技术与发展, 30(8): 140-146. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WJFZ202008024.htm
      王培, 赵军喜, 崔虎平, 等, 2019. 采用道路骨架线stroke的复杂道路匹配方法. 测绘科学技术学报, 36(1): 95-99. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JFJC201901019.htm
      万洋洋, 2016. 基于Voronoi图的多尺度面状居民地匹配方法研究(博士毕业论文). 南昌: 江西师范大学.
      徐凯瑞, 王鑫宇, 姚新治, 等, 2021. 城市道路可达性与建设用地的协同发展分析——以漯河市为例. 河南科学, 39(3): 502-508. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HNKX202103022.htm
      张建辰, 王艳慧, 赵文吉, 2018. 全局与局部寻优相结合的道路网匹配方法. 武汉大学学报(信息科学版), 43(8): 1166-1171. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WHCH201808006.htm
      赵媛媛, 胡伟, 瞿裕忠, 2007. 一种基于邻居相似度寻找缺失匹配对的方法. 北京: 2007中国计算机大会.
    • 加载中
    图(8) / 表(5)
    计量
    • 文章访问数:  309
    • HTML全文浏览量:  85
    • PDF下载量:  25
    • 被引次数: 0
    出版历程
    • 收稿日期:  2022-07-05
    • 网络出版日期:  2024-08-27
    • 刊出日期:  2024-08-25

    目录

      /

      返回文章
      返回