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原文传递面向城市交通的时空知识图谱构建与可视分析

论文题名：	面向城市交通的时空知识图谱构建与可视分析
关键词：	时空知识图谱;城市交通;可视分析;轨迹数据
摘要：	城市交通是社会生活中的重要组成部分，影响着城市的运转和人们的日常生活。伴随着城镇化进程的加速、城市人口的不断攀升和城市基础设施的大力投入，城市交通的内容日渐丰富、耦合愈发紧密、关系更加复杂，对于城市交通的全面表达和高效认知形成了挑战。城市交通知识是人类对于交通场景下由于事物移动引发的空间分布、关联关系变化规律的认知结果。探索如何表达城市交通知识，数字孪生城市交通，辅助人们加深对城市交通的全面认知与理解，成为智慧交通、智慧城市发展中一个亟待解决的难题。　　轨迹数据作为城市出行活动的复刻，蕴含着人们何时、何地、如何在城市中移动的信息，为城市交通表达提供了广泛的知识来源。计算机丰富的图形化表达形式，提高了人们对于复杂知识的感知能力。基于以上背景，本文以内涵丰富的城市交通为研究对象，以轨迹数据为主要数据源，以城市交通知识认知与理解为目标，发展面向城市交通的知识模型、研究基于轨迹数据的城市交通知识生成方法和城市交通知识高效认知技术。　　本论文的主要研究工作包括以下四个部分：　　1.针对城市交通知识内容丰富、关系复杂、难以表达的问题，提出了基于时空知识　　图谱的城市交通知识表达模型。城市交通展现群体移动和由于群体移动引发的事物空间分布、关联关系变化的动态过程，全面而系统地描述城市交通困难。本论文结合知识图谱知识结构化、关联化的优势，从时间、空间、动态特征入手，提出顾及时空的时空知识图谱。利用时空知识图谱构建面向城市交通的实体、属性及关系知识模型，形成结构化的城市交通知识库。　　2.针对城市轨迹数据爆炸同时交通知识缺乏的问题，提出了基于轨迹数据的城市交　　通知识生成框架。轨迹数据含有丰富的语义知识，是城市交通知识的有效来源。本论文面向城市交通时空知识图谱，提出了包含顾及轨迹数据语义特征的交通知识抽取、具有时变特征的属性知识生成、城市交通事件空间动态实体知识生成和面向交通场景的多元关系生成方法的城市交通知识生成体系。　　3.针对城市交通时空知识图谱内容庞大、不易认知的问题，提出了面向城市交通时空知识图谱的可视分析方法。为了满足人对于城市交通知识“定制化的知识需求”和“图形化的表达需求”，构建了含有可视交互、知识获取、可视化表达三个步骤的可视分析框架，提出了形式多样的人机交互方法，设计了以交通时空知识图谱中实体空间分布、动态变化、关联关系为表达对象的高表现力的可视化方法。　　4.利用深圳市多源静态空间数据和轨迹数据，基于本文提出的城市交通时空知识图　　谱模型，生成多元交通实体、属性、关系知识，构建了深圳交通时空知识图谱，设计了面向城市交通高效认知的可视分析系统。以城市人群聚集分析为例验证了可视分析系统中多元可视化方法有助于知识感知，以交通拥堵分析为例验证了时空知识图谱结构化的知识组织方式有助于城市交通知识发现。以对比现有的道路交通可视分析系统、公开的交通拥堵可视化平台与本文设计的城市交通知识可视分析系统为内容，采用问卷调查打分的方式评估了所提出的可视分析系统，得分结果证明本文提出的方法在城市交通知识表达和认知上更为有效。
作者：	王琪
专业：	摄影测量与遥感
导师：	李清泉
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉大学
学位年度：	2020