智慧交通 高速公路移动大数据分析

本书基于新一代人工智能及记录高速公路系统内车辆空间移动的时空大数据，从地理学空间流的视角探讨高速公路系统内的车辆流动，对于揭示区域内经济活动及人口出行的空间分异格局和流动规律等具有重要的意义。本书遵循“问题聚焦—理论框架—方法步骤—案例应用”的思路组织内容，综合利用地理信息技术、空间统计、网络分析、数据挖掘及数学张量等，构建不同的时空聚合分析方法，对高速公路移动大数据进行深入分析，剖析高速公路移动大数据蕴含的各类知识（空间格局、时间过程、关联关系等），提出“1 个表达模型+2 套聚合模式+4 种聚合方法”的内容体系，并通过多个案例验证所提出方法的有效性，可为高速公路系统管理、区域规划等提供指导意见和借鉴方向。

高鸿 甘肃天水人，理学博士，兰州交通大学教师。硕士毕业于中国科学院大学，本科和博士毕业于南京师范大学。主要研究方向包括交通地理信息系统、交通大数据建模与分析、时空数据挖掘等。主持省级、校级科研项目2 项，参与国 家级科研项目六项，发表论文十二篇，其中第 一作者SCI论文四篇。

第 1 章 智慧高速公路的内涵延伸 1 1.1　智慧交通的时空内涵挖掘 .　1 1.1.1　智慧交通的探索式发展　1 1.1.2　智慧交通的时空内涵 .　2 1.2　智慧高速公路系统的建设方向探讨　6 1.2.1　面向智慧规划的高速公路系统空间分异研究　6 1.2.2　面向智慧管理的高速公路系统时间演变研究　8 1.2.3　面向环境协调的高速公路系统关联响应研究　10 第　2 章 空间移动的记录数据　12 2.1　移动数据科学的兴起　12 2.2　高速公路系统内的移动数据　13 第　3 章 面向智慧交通的高速公路空间流研究绪论　16 3.1　研究背景与意义　16 3.1.1　研究背景　16 3.1.2　研究意义　18 3.2　研究现状　19 3.2.1　空间流的表达方式研究　19 3.2.2　空间流的分析方法研究　20 3.2.3　高速公路空间流的研究　24 3.2.4　研究现状述评　25 3.3　研究目标、内容与技术路线　26 3.3.1　研究目标　26 3.3.2　研究内容　26 3.3.3　技术路线　27 第　4 章 高速公路空间流概述　30 4.1　高速公路系统简介　30 4.1.1　高速公路简介　30 4.1.2　高速公路系统组成　31 4.2　高速公路空间流的概念剖析　32 4.2.1　高速公路空间流的定义　32 4.2.2　高速公路空间流的基本要素　33 4.2.3　高速公路空间流的主要特点　34 4.3　高速公路空间流的监测与数据采集　36 4.3.1　高速公路收费站系统　36 4.3.2　高速公路联网收费数据　36 4.4　本章小结　38 第　5 章 高速公路空间流多维信息表达模型　39 5.1　高速公路空间流多维信息表达概念模型　39 5.1.1　多维信息表达空间　39 5.1.2　基本表达维度　40 5.2　高速公路空间流多维信息表达逻辑模型　42 5.2.1　维度信息计算及其逻辑组织　42 5.2.2　高速公路空间流信息表达　46 5.3　高速公路空间流多维信息表达的优势　48 5.4　本章小结　49 第　6 章 高速公路空间流聚合分析模式　51 6.1　高速公路空间流聚合的内涵与分析框架　51 6.2　基于位置的高速公路空间流聚合分析模式 .　53 6.2.1　高速公路空间流的位置聚合　53 6.2.2　利用多维信息表达模型进行位置聚合分析的基本模式　54 6.3　基于时间的高速公路空间流聚合分析模式 .　56 6.3.1　高速公路空间流的时间聚合　56 6.3.2　利用多维信息表达模型进行时间聚合分析的基本模式　57 6.4　本章小结　59 第　7 章 基于位置聚合的高速公路空间流地理格局探测　60 7.1　高速公路空间流位置聚合类型　60 7.1.1　基于起止节点的高速公路空间流聚合简介　60 7.1.2　基于行驶路径的高速公路空间流聚合简介　61 7.1.3　基于节点连线的高速公路空间流聚合简介　61 7.2　基于起止节点的高速公路空间流聚合分析　62 7.2.1　节点聚合特征生成　62 7.2.2　节点聚合特征的排序筛选　64 7.3　基于行驶路径的高速公路空间流聚合分析　67 7.3.1　高速公路空间流行驶路径的恢复　67 7.3.2　路径聚合特征生成及应用　68 7.4　基于节点连线的高速公路空间流聚合分析　72 7.4.1　高速公路空间流的节点连线相似性度量　72 7.4.2　高速公路空间流的节点连线聚合分析　73 7.5　实验案例分析　76 7.5.1　研究区与实验数据　76 7.5.2　基于起止节点聚合的高速公路空间流地理分异表征　78 7.5.3　基于行驶路径聚合的高速公路交通拥堵探测　87 7.5.4　基于节点连线聚合的区域空间联系揭示　92 7.6　本章小结　95 第　8 章 基于时间聚合的高速公路空间流数量预测　96 8.1　高速公路空间流的张量组织　96 8.1.1　张量的基本定义与操作　96 8.1.2　高速公路空间流张量　97 8.2　基于张量分解的高速公路空间流时间聚合特征提取　99 8.2.1　张量分解简介　99 8.2.2　时间聚合特征序列的提取　99 8.3　利用时间聚合特征进行高速公路空间流演变分析与数量预测　101 8.3.1　时间聚合特征序列的建模　101 8.3.2　基于时间聚合特征预测值的张量重构与流量预测　102 8.4　实验案例分析　103 8.4.1　实验数据与参数设置　103 8.4.2　时间聚合特征序列的建模与分析　105 8.4.3　高速公路空间流的同步数量预测　109 8.5　本章小结　115 第　9 章 基于位置和时间聚合的高速公路空间流关联分析　116 9.1　高速公路空间流与地理要素的关联分析　116 9.1.1　关联分析的内涵与目的　116 9.1.2　要素关联关系的探索方式　118 9.2　基于位置聚合的高速公路空间流关联关系探索　118 9.2.1　区域聚合特征生成及其与地理要素的匹配　118 9.2.2　静态关联探索分析方法　120 9.3　基于时间聚合的高速公路空间流关联关系探索　123 9.3.1　时间聚合特征序列生成及其与地理要素的匹配　123 9.3.2　动态关联探索分析方法　125 9.4　实验案例分析　126 9.4.1　基于位置聚合的高速公路空间流与区域经济水平关联分析　126 9.4.2　基于时间聚合的高速公路空间流与空气污染变化关联分析　133 9.5　本章小结　141 第　10 章 结论、创新和展望　142 10.1　主要结论　142 10.2　创新点　144 10.3　研究展望　146 参考文献　148