基于空间模型的网络约束点格局分析方法及其在机动车碰撞中的应用

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随着信息技术高速发展,地理相关大数据对传统的空间分析提出了机遇与挑战,一方面,传统的基于大尺度的空间分析已经逐渐不能满足精细化数据的需求,小尺度精细化空间分析成为发展趋势;另一方面网络约束点事件作为独特的空间现象,日益受到学者们的关注,平面空间分析方法在分析网络空间点事件空间过程规律、揭示其空间分布规律时的弊端日益凸显,人们对于探索网络约束点事件特定的分析方法的关注度在持续增强。因此,本文针对网络约束点事件,提出了网络约束点事件建模的基本思想,构建了网络约束点事件格局分析的方法体系,通过模拟实验与实例实验分别阐述了方法实用性与有效性,并以武汉市机动车碰撞为例进行详细的应用分析。本文研究成果不仅是地理学研究的重要分支,也是交通安全领域与地理学领域交叉研究中的关注点之一,有着理论价值与应用价值。本文的主要研究工作如下:(1)比较系统地分析了网络约束现象与城市点事件、机动车碰撞与空间分析的研究情况及应用情况,分别从网络约束点事件的理论研究发展情况梳理网络约束点事件方法层面中存在的问题,如缺少系统的网络约束空间点格局分析体系,另一方面从网络约束点格局分析的应用层面分析该理论在交通安全领域、犯罪学领域和其他城市点事件中的研究现状,提出利用GIS的技术和方法特别是基于空间模型的网络约束格局分析方法体系对机动车碰撞危险路段进行探测,不仅进行系统的理论与方法的研究,又以特定的应用进行实例认证与探索。(2)在方法层面,提出了网络约束点事件建模的基本思想,构建了网络约束点事件格局分析的方法体系,针对网络核密度估计方法的不足,提出了一种基于组合方法的局部网络热点探测方法。网络约束点格局分析的基本思想是将传统的平面2维空间分析方法扩展到1.5维网络空间,两者最大的区别在于距离的量算方式,后者改变传统欧式距离量算为网络距离量算。本文首先介绍了空间点格局与空间点过程的建模方式,并提出网络约束空间的建模定义、模拟网络空间点过程,最后构建了网络约束点格局分析的方法框架。此后,详细阐述了网络约束点格局分析的基本分析体系,根据关注对象的不同特性,分别对基于—阶的网络约束点格局探测方法和基于二阶网络约束点格局探测方法进行阐述,详细说明了网络邻近距离方法、网络核密度估计方法、基于事件的网络约束聚类统计方法、基于链的网络约束聚类统计方法、基于组合方法的网络约束聚类统计方法的基本思想、原理、计算方式、实现方式,并与传统的平面方法进行对比,最后通过2×2组,每组10次模拟实验对不同的方法进行有效性测试与性能对比。实验表明,相对于平面分析方法,网络方法可以有效的避免估计错误;且对于随机模式,各类方法在一定程度上是有效的,基于链的方法表现最好,对于聚类模式,各种方法都能够探测聚类,基于组合的方法则相对探测出较多的聚类,更接近真实值。(3)在应用层面,本文选择机动车碰撞作为典型网络约束点事件应用实例,提出采用网络空间分析方法进行机动车碰撞危险路段探测,分析机动车碰撞点事件的空间分布格局,进而探测机动车碰撞的危险路段,并对机动车碰撞进行解释性分析,探索了采用地理学的方法研究机动车碰撞事件,为交通规划与管理提供了有效的参考。首先,总结机动车碰撞危险路段的传统探测方法,提出了采用网络空间模型的机动车热点路段探测方法并进行实例分析。随后,以武汉市为例进行机动车碰撞点事件空间点格局分析,在实例分析中,首先介绍了研究区域概况、数据来源以及数据预处理的情况;接着考虑到机动车碰撞数据的地理位置记录方式是地址描述,本文提出使用地址匹配的方式进行机动车碰撞数据的空间化的方法;最后是分别使用一阶分布探测和二阶分布探测的方法对机动车碰撞危险路段进行探讨。本研究发现,武汉市机动车碰撞事件呈现了明显的沿路网聚集的趋势,且聚集程度较平面点模式核分析结果更显著;基于网络模型方法从道路尺度上精确定位机动车碰撞的聚集情况,相比平面格局分析方法更具现实指导意义。通过网络空间模型的方法,可以从道路网络层面上获得机动车碰撞危险聚集路段位置,为了进一步减少碰撞的发生,降低单次碰撞的损失,本文分别从宏观因素分析的角度和点事件非空间属性发现的角度,探索了机动车碰撞因素,提出了采用混合法对多维度、非线性的机动车碰撞非空间属性进行挖掘的方法。论文的最后,本文根据研究过程中所遇到的问题,对整个研究工作进行总结并提出今后研究的重点和方向。
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