本发明涉及一种大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，该方法包括：第一步，确定交通通达度评价的宏观尺度范围，并进行宏观尺度下的遥感地图的栅格划分，并获得栅格尺度数据；第二步，提取相关指数，并进行归一化；第三步，计算交通密度指数；第四步，计算交通便捷度指数；第五步，根据交通密度指数和交通便捷度指数计算交通通达指数(GTAI)。
1.一种大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，其特征在于：该方法包括：
第一步，确定交通通达度评价的宏观尺度范围，并进行宏观尺度下的遥感地图的栅格划分，并获得栅格尺度数据；具体包括：通过对规定宏观尺度范围内的遥感数据进行采样，将宏观尺度下的卫星遥感图像相应的经纬度数据栅格化，并对每个栅格单元格中的铁路、水路、港口、机场和公路进行提取，并标注该栅格中是否具有铁路、港口、机场、水路和公路，得到具有对铁路、港口、水路、机场和公路进行标注的栅格坐标数据；
第二步，提取相关指数，并进行归一化；具体包括：根据第一步中提取的标注后的栅格坐标数据进行计算，通过标注具有对铁路、港口、机场和公路的栅格像元数和整体宏观尺度的栅格像元数的比，得到道路密度(RD)、铁路密度(RWD)和水路密度(WD)；并且通过栅格坐标中每个像元到宏观尺度范围内公路、铁路、机场和港口的最短距离得到道路最短距离(SDR)、铁路最短距离(SDRW)、机场最短距离(SDA)和港口最短距离(SDP)；对上述参数进行归一化处理，得到道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)、道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDPI)；
第三步，计算交通密度指数(PTDI)；具体包括：采用道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)计算交通密度指数(PTDI)，考虑到不同的宏观尺度范围内存在的不同的交通模式，在计算交通密度指数(PTDI)时，引入了人口数并采用了相关性分析方法，具体包括：假设存在两个变量X和Y，根据公式(1)计算皮尔森相关系数(pearson correlation coefficient),其中，r表示皮尔森相关系数，(xi，yi)，i＝1，2，……n为上述两个变量的n对观测值；
和 是上述n对观测值的平均值，r的取值范围为-1到1，负值表征负关联，正值表征正关联；
R值的绝对值越大说明X，Y的关联度越相关；在人口数和道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)之间的相关系数的绝对值得到计算交通密度指数(PTDI)的权重；
其中，D1，D2，D3分别表示道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)，r1，r2，r3为根据人口数计算的皮尔森相关系数，wi为权重；
根据道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDAI)计算交通便捷度指数；通过建立成对比较矩阵来确定各参数权重，具体包括：建立分别由道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDAI)构成的行和列的矩阵，矩阵各单元值为列值比行值，矩阵左上到右下的对角线值为1；道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDAI)的权重为矩阵中该指数对应的行中比例值的总和与所有行中比例值总和的加合的比值，交通便捷度指数(PTCI)：PTCI＝n1*SDRI+n2*SDRWI+n3*SDAI+n4*SDPI，其中n1-n4分别为道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDAI)对应的权重；
第五步，根据交通密度指数和交通便捷度指数计算交通通达指数(GTAI)，具体包括：根据GTAI＝M1*PTDI+M2*PTCI，其中M1，M2分别为PTDI、PTCI对应的权重，M1取值为0.4-0.6，M2取值为0.5-0.6；
第五步进一步包括：将上述交通通达指数与人类发展指数和城市化指数进行拟合计算获得社会经济发展指数；具体包括：通过前述方式获得交通通达指数后，获得人类发展指数和城市化指数，并将遥感地图栅格图像中的某个像元，对应的交通通达指数、人类发展指数和城市化指数三个指数值为a，b，c，最终该像元的社会经济发展指数SDI为a*b*c。
2.根据权利要求1所述的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，其特征在于：
归一化的方法可以为线性函数归一化或零均值归一化方法。
3.根据权利要求1所述的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，其特征在于：
大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及交通规划设计领域，具体涉及一种大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法。
背景技术
[0002] 随着基础建设的发展，对于交通规划设计的重要性日益凸现。而交通通达度指标在交通规划设计中具有非常重要的作用。交通通达度是衡量网络中各点之间移动的难易程度的指标。通达指数是指网络中一个点到其他定点的最短路径，该指数越高，说明该地的通达距离长，通达性较差。
[0003] 现有的交通通达度的计算方法主要有距离法、效用法、拓扑度量法、引力度量法等。一般都是通过空间-距离-通达性的关联关系进行计算。但是，现有的通达度计算方法，存在以下两个技术问题：现有的交通通达度研究主要是小尺度下的，且结果大多都是基于行政单位的矢量数据，对于大尺度下的交通通达度计算缺少较为可观的评价方法。另外，在现有的计算方式中，对于多指标的融合时，权重指数往往经由人为设定，这样一方面是权重指数设定不够客观，另一方面人为设定权重指数往往会造成对于数据中一些极限值数据的掩没，造成对于最终评价结果的客观性也造成了负面的影响。
[0004] 因此，需要提供一种能够进行大尺度和栅格尺度下的交通通达度的定量分析方法，能够实现宏观尺度下的对于交通通达度的客观的定量分析。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是现有的交通通达度评价方法存在的技术问题：现有的交通通达度研究主要是小尺度下的，且结果大多都是基于行政单位的矢量数据，对于大尺度下的交通通达度计算缺少较为可观的评价方法。另外，在现有的计算方式中，对于多指标的融合时，权重指数往往经由人为设定，这样一方面是权重指数设定不够客观，另一方面人为设定权重指数往往会造成对于数据中一些极限值数据的掩没，造成对于最终评价结果的客观性也造成了负面的影响。
[0006] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
[0007] 一种大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，其特征在于：该方法包括：第一步，确定交通通达度评价的宏观尺度范围，并进行宏观尺度下的遥感地图的栅格划分，并获得栅格尺度数据；第二步，提取相关指数，并进行归一化；第三步，计算交通密度指数；第四步计算交通便捷度指数；第五步，根据交通密度指数和交通便捷度指数计算交通通达指数(GTAI)。
[0008] 进一步地，步骤1具体包括将宏观尺度下的卫星遥感图像相应的经纬度数据栅格化。
[0009] 进一步地，对每个栅格单元格中的铁路、水路、港口、机场和公路进行提取，并标注该栅格中是否具有铁路、港口、机场、水路和公路，得到具有对铁路、港口、水路、机场和公路进行标注的栅格坐标数据。
[0010] 进一步地，归一化的方法可以为线性函数归一化或零均值归一化方法。
[0011] 进一步地，采用道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)计算交通密度指数(PTDI)。
[0012] 进一步地，根据道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDAI)计算交通便捷度指数。
[0013] 进一步地，所述第二步提取相关指数具体为计算底层指数。
[0014] 本发明提供的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，具有以下有益效果：1)实现了宏观尺度下的客观定量分析；2)确保各类数据格式的统一性，且以栅格数据表达；3)利用了三维体积比值法，地避免了极值掩盖；4)考虑到了交通密度和交通便捷度两个方面，并适当引入了人口数据，通过计算各国三个交通密度指标与人口的相关系数，确定了各国三类交通密度指标的权重；提高了评价的客观性。
附图说明
[0015] 图1为本发明提供的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法的流程图。
[0016] 图2为本发明提供的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法的中使用的三维体积比值法示意图。
具体实施方式
[0017] 下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
[0018] 为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标。
[0019] 为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用一方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0020] 如图1所示，本发明提供的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，包括以下步骤：
[0021] 第一步，确定交通通达度评价的宏观尺度范围，并进行宏观尺度下的遥感地图的栅格划分，并获得栅格尺度数据。
[0022] 具体的，通过对规定宏观尺度范围内的遥感数据进行采样，将宏观尺度下的卫星遥感图像相应的经纬度数据栅格化，并对每个栅格单元格中的铁路、水路、港口、机场和公路进行提取，并标注该栅格中是否具有铁路、港口、机场、水路和公路，得到具有对铁路、港口、水路、机场和公路进行标注的栅格坐标数据。
[0023] 第二步，提取相关指数，并进行归一化。
[0024] 具体的，根据步骤一中提取的标注后的栅格坐标数据进行计算，通过标注具有对铁路、港口、机场和公路的栅格像元数和整体宏观尺度的栅格像元数的比，得到道路密度(RD)、铁路密度(RWD)和水路密度(WD)。此外，通过栅格坐标中每个像元到宏观尺度范围内公路、铁路、机场和港口的最短距离得到道路最短距离(SDR)、铁路最短距离(SDRW)、机场最短距离(SDA)和港口最短距离(SDP)。
[0025] 对上述参数进行归一化处理，得到道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)、道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDPI)。
[0026] 作为优选实施例，上述归一化的方法可以为线性函数归一化、零均值归一化方法或者本领域公知的其他归一化方法。
[0027] 第三步，计算交通密度指数(PTDI)。
[0028] 采用道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)计算交通密度指数(PTDI)。
[0029] 考虑到不同的宏观尺度范围内可能存在的不同的交通模式，在计算交通密度指数(PTDI)时，引入了人口数并采用了相关性分析方法。
[0030] 具体地，假设存在两个变量X和Y，根据公式(1)计算皮尔森相关系数(pearson correlation coefficient),
[0031]
[0032] 其中，r表示皮尔森相关系数，(xi，yi)，i＝1，2，……n为上述两个变量的n对观测值。 和 是上述n对观测值的平均值，r的取值范围为-1到1，负值表征负关联，正值表征正关联。R值的绝对值越大说明X，Y的关联度越相关。因此，在人口数和道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)之间的相关系数的绝对值可以得到计算交通密度指数(PTDI)的权重。
[0033] 公式如下：
[0034] PTDI＝w1D1+w2D2+w3D3 (2)
[0035]
[0036] 其中，D1，D2，D3分别表示道路密度指数(RDI)、铁路密度指数(RWDI)、水路密度指数(WDI)，r1，r2，r3为根据人口数计算的皮尔森相关系数，wi为权重。
[0037] 第四步计算交通便捷度指数(TCI)。
[0038] 根据道路最短距离指数(SDRI)、铁路最短距离指数(SDRWI)、机场最短距离指数(SDPI)和港口最短距离指数(SDAI)计算交通便捷度指数
[0039] 通过建立成对比较矩阵来确定各参数权重，如表1所示。
[0040] 表1
[0041]
[0042] 即建立分别由SDRI、SDRWI、SDAI、SDPI构成的行和列的矩阵，矩阵各单元值为列值比行值，矩阵左上到右下的对角线值为1。SDRI、SDRWI、SDAI、SDPI的权重为矩阵中该指数对应的行中比例值的总和与所有行中比例值总和的加合的比值，具体实施例如表2所示。
[0043] 表2
[0044]
[0045] 交通便捷度指数TCI＝n1*SDRI+n2*SDRWI+n3*SDAI+n4*SDPI，其中n1-n4分别为SDRI、SDRWI、SDAI、SDPI对应的权重。
[0046] 第五步，根据交通密度指数和交通便捷度指数计算交通通达指数(GTAI)。
[0047] 根据GTAI＝M1*PTDI+M2*PTCI，其中M1，M2分别为PTDI、PTCI对应的权重。优选地，M1取值为0.4-0.6，M2取值为0.5-0.6，更优选的，M1＝0.5，M2＝0.5。
[0048] 作为优选实施例，上述交通通达指数还可以进一步与人类发展指数和城市化指数进行拟合计算获得社会经济发展指数。
[0049] 具体的，通过前述方式获得交通通达指数后，进一步通过本领域公知的方法获得人类发展指数和城市化指数，并通过三维体积比值法，即遥感地图栅格图像中的某个像元，对应的交通通达指数、人类发展指数和城市化指数三个指数值为a，b，c，最终该像元的社会经济发展指数SDI为a*b*c(如图2中小长方体的体积)。利用了三维体积比值法，地避免了极值掩盖。
[0050] 本发明提供的大尺度下基于栅格数据的交通通达度评价方法，具有以下有益效果：1)实现了宏观尺度下的客观定量分析；2)确保各类数据格式的统一性，且以栅格数据表达；3)利用了三维体积比值法，地避免了极值掩盖；4)考虑到了交通密度和交通便捷度两个方面，并适当引入了人口数据，通过计算三个交通密度指标与人口的相关系数，确定了各国三类交通密度指标的权重；提高了评价的客观性。
[0051] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
