一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法技术

本发明专利技术公开了一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，设定两移动对象F和G在可达域上随机走动，F和G分布在可达域的概率密度函数为pf(x)和pg(y)，用(xi，yi)表示两个移动对象在二维地理空间上的坐标点，将F、G可相遇的最大距离记为dmeet，当且仅当两个个体的空间距离不超过dmeet时它们可以相遇，基于两个移动相遇概率的地图制图方法包括以下步骤：步骤S010，连续面空间的离散化；步骤S020，计算可达域；步骤S030，概率分布构建；步骤S040，分析相遇事件；步骤S050，计算相遇概率；步骤S060，地图制图。本发明专利技术为移动对象相遇规律挖掘和最大相遇概率分析提供基础。

A mapping method based on two mobile encounter probability

The invention discloses a mapping method of two mobile encounter probability based on the set of two moving objects F and G in the domain of random walk up to F, and the G distribution in the probability density function of reachable domain for PF (x) and PG (y), (Xi, Yi) with two point coordinates the moving objects in the 2D space on the F and G can meet the maximum distance is dmeet, if and only if the two individual spatial distance is less than dmeet when they can meet, map drawing method two mobile encounter probability includes the following steps: step S010, based on the discretization of continuous space; step S020, the calculation steps of S030, constructing the reachable region; probability distribution; step S040 analysis meeting events; step S050, calculate the probability of encounter; step S060, cartography. The invention provides the basis for the meeting rule mining of the moving objects and the maximum meeting probability analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法
本专利技术涉及人文地理学领域，更具体地说，涉及一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法。
技术介绍
近些年，生态环境保护成为研究的重点问题，环境破坏日趋严重，生物多样性也受到了巨大破坏，为此物种之间的交互问题成为研究生态领域的基础工作。例如，同物种的交配繁衍，不同物种的食物链捕食和被捕食等等。在众多案例中，一种典型案例是这样的：两只不同斑马在同一区域内活动，那么它们之间是否相遇发生交互？在时间空间维上呈现何种关系？过去的时间地理分析仅限于对移动物体的可能位置进行建模，而没有充分评估哪些地点更可能发生，通过扩展了概率时间地理学已有的研究成果，以及跟踪收集的数据进行了详细的分析，对理解动物在精细时空尺度上的运动和活动栖息地的效用进行了研究，但是未能提出一种详细的研究计算概率的方法和地图制图方法来提供较好的可视化和分析基础。之后Downs等人提出了一种基于概率时间地理学的离散面空间中的相遇概率计算方法。该方法规定：斑马A与另一斑马B能相遇的条件是在离散型地理空间中A、B位于同一离散单元中，设斑马A与斑马B所在的面空间S，两斑马的最大移动速度为vmax。实现步骤如下：步骤1：面空间S离散化。将移动对象的面空间离散化n个面积相等的正方形单元，如图1(a)所示。步骤2：设置离散单元概率值。A和B在每个离散单元中的概率值分别为PA1、PA2.......PAn，B类似，相应的有∑PAi＝1，∑PBi＝1，i＝1,2,…,n。如图1(b)所示。步骤3：A和B斑马在相遇之前，两个个体的移动视为独立的。这样个体A、B位于或相遇于任一单元i的概率值为PAi×PBi。相应的，相遇于整个面空间S的概率值，或相遇于全部离散单元的概率值为∑Ai×Bi，i＝1,2,…,n。如图1(c)所示。上述概率时间地理学方法，给出了A能遇见B的概率，但结果概率值与计算过程中的离散单元划分尺度有关，而且规定斑马A与另一斑马B能相遇的条件是在离散型地理空间中A、B位于同一离散单元中，但若两斑马虽然位于不同离散单元中，但实际距离满足自然相遇交互条件，此时该算法判断存在失误。同时未能有一个相应的制图表达方式来直观反映相遇概率的空间分布特征，研究仅仅局限于算法的层面是不够的，最后应提供一种合适的可视化方式，为移动对象相遇规律挖掘和最大相遇概率分析提供基础。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，根据移动对象在二维地理空间的概率分布以及相遇条件的重新规定，利用相遇概率原理生成相遇概率的多种类型地图，为移动对象相遇规律挖掘和最大相遇概率分析提供基础。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，两移动对象F和G在可达域上随机走动，F和G分布在可达域的概率密度函数为pf(x)和pg(y)，用(xi，yi)表示两个移动对象在二维地理空间上的坐标点，将F、G可相遇的最大距离记为dmeet，当且仅当两个个体的空间距离不超过dmeet时它们相遇，基于两个移动相遇概率的地图制图方法包括以下步骤：步骤S010，连续面空间的离散化；步骤S020，计算可达域；步骤S030，概率分布构建；步骤S040，分析相遇事件；步骤S050，计算相遇概率；步骤S060，地图制图。优选地，在所述步骤S010中，将连续面空间离散为由若干单元格组成的面空间，用单元格中心点的坐标代表对应单元格，如图2所示，当同时满足以下两个条件时连续面空间的离散化与移动对象的最大移动速度相关：①最大移动速度产生的时空棱柱中包含的所有移动对象的时空路径均在离散面空间内；②移动对象的时空棱锥在二维平面上的最大投影圆位于离散面空间内。优选地，在所述步骤S020中，移动对象的最大移动速度均为vmax，时间步长均为相等的t1，Xi、Xj分别是同一个移动对象相邻时间间隔的位置点，相邻时间点ti、tj，分别以Ri＝Vmaxt1和Rj＝Vmax(tj-t1-ti)为半径绘制2个圆分别为移动对象在点Xi、Xj可能到达的区域，两圆相交部分即为所求可达域，对可达域内任意栅格单元点Xa，设该时间点为t，‖Xa-Xi‖≤Vmax(t-ti)和‖Xa-Xj‖≤Vmax(tj-t)(1)，‖‖表示欧式距离的计算，即满足能从Xi以最大速度Vmax在时间(t-ti)内到达Xa并且能在时间(tj-t)内以最大速度Vmax到达Xj的可达域内的点构成一组由若干离散单元格中心点组成的可达域点集合K，即由所有两圆相交部分内的坐标点构成的集合，如图3所示。优选地，在所述步骤S030中，利用反比例权重方法，构建移动对象在每个栅格单元的概率分布，将二维地理空间可达域的概率转换为栅格单元的概率值；通过移动对象连续概率分布在任一栅格中心点概率值，来近似代替对象分布在该栅格单元的概率值。优选地，在所述步骤S030中，如图4所示，可达域概率值为1，即满足计算平均速度以在直线XiXj上移动，取其中点为Xs；概率分布构建，Xai表示可达域内任意离散单元格点，对于可达域集合K内每一点可用(3)式计算其在对应时刻t时的分布概率：优选地，在所述步骤S040中，相遇事件Emeet＝{移动对象F所在位置点(xi，yi)与另一个移动对象G(xj，yj)所在位置点之间的距离不超过dmeet的事件}，当满足该条件，两移动对象相遇，即：优选地，在所述步骤S050中，当满足步骤S040条件时，两移动对象相遇，对于每一个栅格，计算对象F位于每一个栅格能与另一对象G相遇的概率Pi，并作为该栅格的属性值：优选地，在所述步骤S060中，根据移动对象在二维地理空间的概率分布，①绘制柱状地图：通过柱状图的高度差异来清晰的反映出不同区域相遇概率的大小，利于相遇概率数据的统计和分析；②绘制分层设色地图：通过反比例权重插值，得到移动对象相遇概率分级图，相遇概率由低到高通过以一定的颜色变化次序或色调深浅进行区分，反映相遇概率的分布特征；③绘制灰度地图：在分层设色地图的基础上，根据相应的层级将颜色设置为黑白两色，只含亮度信息，不含色彩信息，其亮度由暗到明，亮度变化是连续的，反映出相遇概率在可达域上的变化和分布情况。实施本专利技术一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，具有以下有益效果：本专利技术将移动对象的复杂连续概率分布离散成单个的概率值，将相遇概率的积分问题转化为离散概率的求和问题，降低了面空间相遇概率的算法复杂度，避免了相遇概率计算中移动对象连续型概率分布积分困难的问题，并且根据移动对象在二维地理空间的概率分布，利用相遇概率原理生成相遇概率的多种类型地图展现相遇概率的系列函数值，直观反映相遇概率的空间分布特征，为移动对象相遇规律挖掘和最大相遇概率分析提供基础。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是传统相遇概率的离散型方法示意图；图2是离散化的连续面空间示意图；图3是计算可达域的示意图；图4是构建概率分布的示意图；图5是本专利技术实施例中栅格大小与两移动对象相遇距离的阈值关系示意图；图6是本专利技术实施例中F斑马和G斑马的可达域示意图；图7是本专利技术实施例中两移动对象F和G相遇概率的柱状图；图8是本专利技术实施例中两移动对象F和G相遇概率的灰度图。具体实施方式为了对本专利技术的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，其特征在于，两移动对象F和G在可达域上随机走动，F和G分布在可达域的概率密度函数为pf(x)和pg(y)，用(xi，yi)表示两个移动对象在二维地理空间上的坐标点，将F、G可相遇的最大距离记为dmeet，当且仅当两个个体的空间距离不超过dmeet时它们相遇，基于两个移动相遇概率的地图制图方法包括以下步骤：步骤S010，连续面空间的离散化；步骤S020，计算可达域；步骤S030，概率分布构建；步骤S040，分析相遇事件；步骤S050，计算相遇概率；步骤S060，地图制图。

【技术特征摘要】
1.一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，其特征在于，两移动对象F和G在可达域上随机走动，F和G分布在可达域的概率密度函数为pf(x)和pg(y)，用(xi，yi)表示两个移动对象在二维地理空间上的坐标点，将F、G可相遇的最大距离记为dmeet，当且仅当两个个体的空间距离不超过dmeet时它们相遇，基于两个移动相遇概率的地图制图方法包括以下步骤：步骤S010，连续面空间的离散化；步骤S020，计算可达域；步骤S030，概率分布构建；步骤S040，分析相遇事件；步骤S050，计算相遇概率；步骤S060，地图制图。2.根据权利要求1所述的一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，其特征在于，在所述步骤S010中，将连续面空间离散为由若干单元格组成的面空间，用单元格中心点的坐标代表对应单元格，当同时满足以下两个条件时连续面空间的离散化与移动对象的最大移动速度相关：①最大移动速度产生的时空棱柱中包含的所有移动对象的时空路径均在离散面空间内；②移动对象的时空棱锥在二维平面上的最大投影圆位于离散面空间内。3.根据权利要求2所述的一种基于两个移动相遇概率的地图制图方法，其特征在于，在所述步骤S020中，移动对象的最大移动速度均为vmax，时间步长均为相等的t1，Xi、Xj分别是同一个移动对象相邻时间间隔的位置点，相邻时间点ti、tj，分别以Ri＝Vmaxt1和Rj＝Vmax(tj-t1-ti)为半径绘制2个圆分别为移动对象在点Xi、Xj可能到达的区域，两圆相交部分即为所求可达域，对可达域内任意栅格单元点Xa，设该时间点为t，‖Xa-Xi‖≤Vmax(t-ti)和‖Xa-Xj‖≤Vmax(tj-t)(1)，‖‖表示欧式距离的计算，即满足能从Xi以最大速度Vmax在时间(t-ti)内到达Xa并且能在时间(tj-t)内以最大速度Vmax到达Xj的可达域内的点构成一组由若干离散单元格中心点组成的可达域点集合K，即由所有两圆相交部分内的坐标点构成的集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹章才，刘辉，吴杨，金章昊男，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42