第5章_空间统计建模_3_线(轨迹)模式分析

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1、第5章空间分析统计建模时间：星期四:1-2节(8:00-8:45,8:50-9:35)地点：3区2-117QQ群：空间分析应用建模(422017069)秦昆地理信息教研室武汉大学遥感信息工程学院<空间分析应用建模>武汉大学遥感信息工程学院硕士生教案201425.3时空轨迹数据分析PPA:PointPatternAnalysis3时空轨迹数据分析传统的GIS研究中，人们常常只关注于某一时刻对地理空间中的属性与空间信息的分析，这实际上只是描述了研究对象的一个快照，没有对连续的时态数据作专门处理。时间、空间和属性作为地理实

2、体及地理现象本身固有的3个基本特征，是反映地理实体的状态和演变过程重要组成部分。4随着卫星定位技术、无线通信、跟踪检测设备及视频实时采集技术的快速发展，人们能够方便地以低廉的价格获得时空轨迹数据。例如，通过传感器遥测野生动物或者鱼类的活动，通过旅行日志记录交通工具的运动状况，通过条形码的检入检出了解物流的状况，通过信用卡刷卡记录或者电话通话记录来跟踪用户的位置，甚至通过互联网搜索某对象的相关事件来确定该对象的运动轨迹等。时空轨迹数据分析5时空轨迹数据：时空轨迹数据分析6时空轨迹数据分析空间对象的位置、属性都可能随着时

3、间的推移而发生变化，人们不仅需要知道某一对象的属性和空间信息，更要了解该对象的来龙去脉，以便对其形成原因作出评估，对未来情况进行预测。时空轨迹数据恰能有效地表达时空对象的这些特性，通过分析各种不同对象的时空轨迹数据，有助于对人类行为模式、交通物流、应急疏散管理、动物习性、市场营销、计算几何以及模拟仿真等各个领域进行研究。7轨迹数据挖掘轨迹数据挖掘一般采用时空数据挖掘的基本理论、方法，同时又针对轨迹数据的特点，引入了一些特有的挖掘过程和方法，通常轨迹数据的知识发现过程包括三个阶段：轨迹重构(Reconstruction

4、)知识抽取(Extraction)知识传递(Delivery)时空轨迹数据分析8时空轨迹数据分析(1)原始数据采集阶段：数据的采集包括轨迹数据本身的采集和轨迹所处的地理环境数据的采集。(2)数据预处理阶段：对应于时空数据的预处理阶段，通过对采集的数据进行冗余分析、特征提取，将其整理成便于数据挖掘操作的数据格式。(3)数据语义扩充阶段：根据具体应用，对轨迹数据、地理数据进行集成，并根据GIS等应用的要求，突出轨迹的时空语义等特征。(4)数据挖掘与知识发现阶段：采用数据挖掘的各种算法对处理后的数据进行挖掘和分析，并给出挖

5、掘结果的时空语义分析和知识表达的合理解释。轨迹数据挖掘和知识发现的一般过程9时空轨迹数据分析在数据驱动的空间数据挖掘方法中，聚类分析和关联规则挖掘是两种重要的手段，其区别在于关联规则挖掘是一个异中求同的过程，而聚类分析则是同中求异的过程。通过聚类能够识别对象空间中稠密和稀疏的区域，将数据中的相似性与异常特征提取出来，从而发现全局分布模式和数据属性之间有趣的相关。这正符合人们对时空轨迹数据分析的要求，即在没有先验知识的情况下，先将数据聚合成不同的类，再对各类所代表的模式进行解读从而获得知识。时空轨迹数据时空轨迹(Tra

6、jectory)数据具有与其他数据不同的重要特征，主要体现在定义、模型和表达3个方面。它既是一种重要的时空对象数据类型，又是一种重要的信息源，因此其应用范围也非常广泛。定义：时空轨迹是移动对象的位置和时间的记录序列。时空轨迹数据分析抽象地来看，如上式所示，时空轨迹是时间到空间的映射，由一个以时间为自变量的连续函数o表示的，当给定某一个时刻t(t∈)时，通过该函数可以得到t时刻该对象所处的d维空间(一般是二维或者三维空间)中的位置。时空轨的模型从定义中我们可以看出，时空轨迹是连续的，但通常用一组时空记录点序列，以离散的

7、方式表示。例如，对时空对象的实际轨迹曲线进行采样，用得到的集合来代表时空轨迹。因此，时空轨迹的模型如下所示。时空轨迹数据分析式中：T代表一条轨迹，序列中每一个(d+1)元组(,⋯,,)代表轨迹对象时刻在d维空间中的一个记录点，其空间位置是(,⋯,)。例如，二维空间位置通常以(,)表示。时空轨迹数据的表达为了对时空轨迹进行比较，常常需要通过其模型重构时空轨迹，这就是时空轨迹数据的表达。轨迹表达的方法有很多种，结合Nanni对轨迹重构方法的分类方式，按照对轨迹记录点间对象运动过程的不同认识，时空轨迹数据的表达分为三个方面

8、：基于全局回归模型的时空轨迹数据表达基于局部插值模型的时空轨迹数据表达基于领域知识模型的时空轨迹数据表达时空轨迹数据分析1基于全局回归模型的时空轨迹数据表达如果时空对象的运动方式整体上服从某一规则，那么可对该对象的所有记录点进行全局回归，用关于时间t的回归方程代表时空对象的轨迹。时空轨迹数据分析如右图所示，黑点和白点分别代表两条不同轨迹的记录点