道路網(wǎng)模型層次化綜合與傳遞式更新

本項(xiàng)目針對道路網(wǎng)絡(luò)模型自動綜合中存在的道路網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)難以把握、道路網(wǎng)局部結(jié)構(gòu)難以以一種語義明確的方式進(jìn)行綜合、綜合結(jié)果難以實(shí)現(xiàn)局部化傳遞式自動更新等問題，從道路網(wǎng)層次分析與構(gòu)建方法、基于道路網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)的自動綜合、道路網(wǎng)局部結(jié)構(gòu)模式識別與簡化、綜合結(jié)果在制圖、導(dǎo)航等應(yīng)用中的效果評價四個方面開展深入研究。課題組提出了新的基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的有效道路網(wǎng)層次分析方法，并進(jìn)而提出了基于道路網(wǎng)層次性的道路選取方法，對大量地實(shí)例道路網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了綜合試驗(yàn)，并從地圖制圖與導(dǎo)航分析兩個主要方面驗(yàn)證了該方法的有效性。在道路網(wǎng)局部結(jié)構(gòu)模式識別與簡化方面，項(xiàng)目引入了結(jié)構(gòu)模式識別方法，提出了基于有向關(guān)系屬性圖的復(fù)雜道路交叉口、平行道路的描述、識別、簡化方法，有效解決了典型道路交叉口和平行道路的識別與簡化問題。以上兩方面的綜合技術(shù)均能在完成數(shù)據(jù)綜合的同時保持綜合前后數(shù)據(jù)元素的對應(yīng)關(guān)系，為傳遞式局部化數(shù)據(jù)更新提供了基礎(chǔ)。此外，在道路與交通數(shù)據(jù)管理與分析方面，課題組提出了基于線性參照的交通路況時空數(shù)據(jù)模型、基于時空聚類的擁堵點(diǎn)檢測方法。 項(xiàng)目實(shí)施3年中，課題組在國內(nèi)外測繪學(xué)科研究領(lǐng)域的重要學(xué)術(shù)期刊和學(xué)術(shù)會議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文11篇，其中 《測繪學(xué)報》論文2篇、ICA國際制圖大會論文2篇、中文核心期刊論文7篇。獲得軟件著作權(quán)1項(xiàng)。研究成果在國際會議上交流 2 人次，在4次國內(nèi)會議上交流8人次。項(xiàng)目有力地支持了人才培養(yǎng)，已有4名碩士研究生在項(xiàng)目支持下完成了學(xué)位論文研究并獲得學(xué)位，另有 1名博士研究生和 1名碩士研究生在讀。 2100433B

多尺度道路網(wǎng)數(shù)據(jù)是空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施框架數(shù)據(jù)中不可缺少的組成部分，對許多應(yīng)用至關(guān)重要，保持其時新性對處在城市化進(jìn)程中的我國而言是個重要的問題。本申請?zhí)岢鲆环N道路網(wǎng)模型自動綜合方法，它基于道路網(wǎng)自身的層次結(jié)構(gòu)特征，在融合已采用的統(tǒng)計(jì)模式識別技術(shù)基礎(chǔ)上，引入結(jié)構(gòu)模式識別技術(shù)，處理路段鏈、道路交叉口、局部道路網(wǎng)模式、道路網(wǎng)主體模式、道路網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)等從局部到整體的各級系列模式。它由道路結(jié)構(gòu)模式形式化說明方法與自動識別技術(shù)、路網(wǎng)層次體系構(gòu)建方法以及基于層次體系的自動綜合技術(shù)組成。該方法能保持原模型的整體結(jié)構(gòu)特征和連通性，綜合結(jié)果適合多種用途。特別是，它能建立不同層次路網(wǎng)模型元素之間的對應(yīng)關(guān)系，可用來實(shí)現(xiàn)多尺度路網(wǎng)數(shù)據(jù)傳遞式自動更新。本申請擬實(shí)現(xiàn)這一路網(wǎng)模型自動綜合技術(shù)和基于它的多尺度路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，并通過它們在個人化制圖服務(wù)與分層網(wǎng)絡(luò)分析中的應(yīng)用來評估該技術(shù)。

城市道路系統(tǒng)是城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，置身于城市這個巨大的復(fù)雜系統(tǒng)中，城市道路的發(fā)展受到種種因素的制約，如：城市規(guī)模、社會經(jīng)濟(jì)水平、機(jī)動車保有量、出行方式、土地利用模式、對外交通設(shè)施布局、靜態(tài)交通設(shè)施分布、環(huán)境資源承載能力、設(shè)計(jì)速度、道路橫斷面形式、車道寬度等等。

這些路網(wǎng)密度影響因素都可以歸納為從影響交通需求與交通供給能力，來影響道路網(wǎng)密度；然而，經(jīng)濟(jì)因素很特殊，既影響交通需求又影響交通供給能力。因此根據(jù)影響因素的作用角度不同，將路網(wǎng)密度影響因素分為三個層次：交通需求因素、交通供給因素和經(jīng)濟(jì)因素。

供水管網(wǎng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著將自來水按質(zhì)保量的從凈水廠輸配給用戶的任務(wù)。對供水管網(wǎng)性能進(jìn)行綜合評價與多目標(biāo)更新優(yōu)化的研究，一方面對城市供水系統(tǒng)的安全輸配具有重要的理論意義，另一方面可保障供水管網(wǎng)的可持續(xù)健康發(fā)展。 課題首先調(diào)研天津供水企業(yè)，選定研究對象，基于開源的EPANET水力水質(zhì)模擬平臺，對供水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)模型校驗(yàn)并進(jìn)行動態(tài)模擬，進(jìn)而為管網(wǎng)性能進(jìn)行評價提供狀態(tài)數(shù)據(jù)。 其次，選定水力可靠性、水質(zhì)安全性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、系統(tǒng)節(jié)能性以及系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性這五項(xiàng)評價指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合改進(jìn)的AHP（The Analytic Hierarchy Process）層次分析法構(gòu)建供水管網(wǎng)性能評價體系，用于評估管網(wǎng)的綜合性能。 再次，分別基于極限爆管率和管網(wǎng)綜合性能評價，建立管網(wǎng)優(yōu)先更新管段的模型，參考供水部門提供的管道更換預(yù)算，確定待更新管段集合。 最后，結(jié)合待更新管段數(shù)據(jù)集合，建立投資運(yùn)行費(fèi)用最低、可靠性高的多目標(biāo)更新優(yōu)化模型。在該多目標(biāo)更新優(yōu)化模型中，創(chuàng)新地增加了最少碳排放量的目標(biāo)。模型求解基于GPU并行計(jì)算技術(shù)和NSGA-II算法，并通過工程實(shí)例驗(yàn)證了多目標(biāo)更新優(yōu)化模型和算法的可行性。 關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；性能綜合評價；多目標(biāo)；更新；優(yōu)化 2100433B

基本內(nèi)容

層次網(wǎng)絡(luò)模型是概念結(jié)構(gòu)理論的一種，除此之外較為公認(rèn)的還有里伯的內(nèi)隱學(xué)習(xí)理論，Bourne等人的特征表理論和Rosch的原型模型

Quillian和Collins1969年提出了第一個語義記憶模型（即概念的結(jié)構(gòu)），層次網(wǎng)絡(luò)模型(Hierarchical Network Model)。在這個理論中，概念是以結(jié)點(diǎn)（node）的形式儲存在概念網(wǎng)絡(luò)中，每個概念具有一定的特征，這些特征實(shí)際上也是概念。各類屬概念按邏輯的上下級關(guān)系組織在一起，概念間通過連線表示它們的類屬關(guān)系，這樣彼此具有類屬關(guān)系的概念組成了一個概念的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中，層次越高的概念，其抽象概括的水平也越高。

每個概念的特征實(shí)行分層存儲，即在每一層概念的結(jié)點(diǎn)上，只存儲該概念的獨(dú)有特征。而同層各概念共有的特征，則存儲于上一層的概念結(jié)點(diǎn)上。如：當(dāng)我們提到“金絲雀”、 “鴕鳥”、“燕子”時我們會說它們都“會飛”，因此這一特征便存儲在“鳥”這一概念結(jié)點(diǎn)上。而 “金黃色”、“大塊”、“黑色”是分別是上述三種鳥的獨(dú)有特征（相對這三種而言），這些特征便存儲在自己的結(jié)點(diǎn)上。