一种基于持续同调的生活圈划定方法及相关设备技术

本发明专利技术公开了一种基于持续同调的生活圈划定方法及相关设备，所述方法包括：收集城市区域的数据集，并得到第一包络框；对第一包络框和所述数据集进行持续同调分析，得到第一DTM曲面和第一持续同调图，通过第一持续同调图中确定生活圈的个数并计算每个生活圈的范围；在生活圈中选择目标生活圈，根据目标生活圈范围计算第二包络框，对所述第二包络框和落在框内的数据子集进行持续同调分析，确定所述目标生活圈内的连通体个数并计算出社区尺度生活圈的范围。本发明专利技术基于持续同调技术结合城市经济学的分析推导方法，突破了形态和连通性假设，通过显著的孔洞拓扑信号探索非生活区域，有利于合理分配公共资源，提高了生活圈划分的精确性。分的精确性。分的精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于持续同调的生活圈划定方法及相关设备


[0001]本专利技术涉及城市规划
，尤其涉及一种基于持续同调的生活圈划定方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]长期以来，城市发展的生产空间导向特点突出，对人的城镇化与生活质量关注不够，造成目前社区基础设施配套不完善、职住错位、公共服务空间分布不均，弱势群体使用不便，城市基础设施建设重大型轻基层等城市生活问题突出，居民对重构紧凑、完整、便捷的生活空间的诉求日益强烈。
[0003]构建生活圈已经成为当前城市规划、社区规划和国土空间规划的热点问题，是规划工作中与城市居民日常生活高度密切的工作环节之一。其中的关键步骤是划定生活圈的空间范围，以确定后续设施和服务布局工作的空间载体，在社区规划中对生活圈的边界划定是研究的重点和难点，在准确划定生活圈边界的基础上才能更合理的配置社区公共服务设施以及提高居民生活体验。
[0004]现有的划定方法大多以社区为中心，按照一定的距离参数如15min的步行或骑行距离划定圆形生活圈，或者沿着道路路网划定生活圈范围，缺少更为丰富、灵活的划定技术。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种基于持续同调的生活圈划定方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中生活圈划分形态特征固定、没有考虑到内部可能存在非生活区域，导致生活圈划分不准确的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于持续同调的生活圈划定方法，所述基于持续同调的生活圈划定方法包括如下步骤：
[0008]收集城市区域的空间点数据得到第一数据集，将所述第一数据集中的空间点数据通过地理数据处理工具进行转换，得到UTM坐标系下的第二数据集，并根据所述城市区域在所述UTM坐标系下的外接矩形得到第一包络框；
[0009]对所述第一包络框和所述第二数据集进行持续同调分析，得到第一DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第一DTM距离曲面栅格数据生成第一持续同调图，根据所述第一持续同调图中显著的连通拓扑信号个数确定生活圈的个数，根据所述第一DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述生活圈的个数，计算出每个生活圈的范围；
[0010]在所述生活圈中选择待分析的生活圈作为目标生活圈，根据所述目标生活圈范围计算出第二包络框，并通过叠加分析获取所述第二数据集落在所述目标生活圈内的数据子集；
[0011]对所述第二包络框和所述数据子集进行持续同调分析，得到第二DTM距离曲面栅
格数据，并根据所述第二DTM距离曲面栅格数据生成第二持续同调图，根据所述第二持续同调图中显著的连通拓扑信号个数确定所述目标生活圈内的连通体个数；
[0012]根据所述第二DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述连通体个数，计算出社区尺度生活圈的范围。
[0013]可选的，所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其中，所述空间点数据包括：手机信令数据、活动日志数据、GPS数据和POI数据。
[0014]可选的，所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其中，所述对所述第一包络框和所述第二数据集进行持续同调分析，得到第一DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第一DTM距离曲面栅格数据生成第一持续同调图，通过所述第一持续同调图中显著的连通拓扑信号个数确定生活圈的个数，具体包括：
[0015]对所述第一包络框和所述第二数据集进行持续同调分析，计算出所述第二数据集落在所述第一包络框中所有点的DTM函数值，表示为：
[0016][0017]其中，h(x，m0)为DTM函数，D表示所述第二数据集，x为所述第二数据集D中任一点的坐标，m0为计算DTM函数值h(x，m0)时所采用的数据点在所述第二数据集D中所占的比例，k表示距离x最近的数据点个数，x
i
为第i个离x最近的数据点，‖‖2为L2范数，为向上取整符号。
[0018]根据所述DTM函数值得到第一DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第一DTM距离曲面栅格数据生成第一持续同调图，根据所述第一持续同调图得到显著的连通拓扑信号个数，根据所述显著的连通拓扑信号个数确定生活圈的个数。
[0019]可选的，所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其中，所述根据所述第一DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述生活圈的个数，计算出每个生活圈的范围，具体包括：
[0020]根据所述第一DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置以及所述生活圈的个数，分别求得每一个积分区域使得二重积分相等且为第一定值：
[0021][0022]其中，a为在对应积分区域S
m
中任意一点的坐标，h(a)为在对应积分区域S
m
中任意一点的DTM函数值，m为所述生活圈的个数，S
m
为包含了第m个连通拓扑信号的闭区域，θ
m
为S
m
上的标准距离，Ω为第一定值；
[0023]求出的S
m
为第个m生活圈的范围。
[0024]可选的，所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其中，所述根据所述目标生活圈范围计算出第二包络框之前，还包括：
[0025]通过GIS工具将所述目标生活圈范围的栅格数据转换为多边形数据。
[0026]可选的，所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其中，所述基于持续同调的生活圈划定方法，还包括：
[0027]根据所述第二持续同调图得到显著的孔洞拓扑信号，根据所述显著的孔洞拓扑信号确定所述目标生活圈内的非生活区域。
[0028]可选的，所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其中，所述根据所述第二DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述连通体个数，计算出社区尺度生活圈的范围，具体包括：
[0029]根据所述第二DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置，分别求取每一个积分区域，在满足二重积分之和为第二定值ω的同时，方差最小：
[0030]求使取得最小值的ρ
j
，使得得到n
j
，对每个n
j
的范围求并区间，得到社区尺度生活圈范围；
[0031]其中，l为所述连通体个数，V
j
为包含了第j个连通拓扑信号的闭区域的二重积分值，n
j
为第j个连通体的范围，h(b)为在对应积分区域n
j
中任意一点的DTM函数值，b为在对应积分区域n
j
中任意一点的坐标，ρ为n
j
上的标准距离，ω为第二定值。
[0032]此外，为实现上述目的，本专利技术还提供一种基于持续同调的生活圈划定系统，其中，所述基于持续同调的生活圈划定系统包括：
[0033]数据收集模块：收集城市区域的空间点数据得到第一数据集，将所述第一数据集中的空间点数据通过地理数据处理工具进行转换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于持续同调的生活圈划定方法，其特征在于，所述基于持续同调的生活圈划定方法包括：收集城市区域的空间点数据得到第一数据集，将所述第一数据集中的空间点数据通过地理数据处理工具进行转换，得到UTM坐标系下的第二数据集，并根据所述城市区域在所述UTM坐标系下的外接矩形得到第一包络框；对所述第一包络框和所述第二数据集进行持续同调分析，得到第一DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第一DTM距离曲面栅格数据生成第一持续同调图，根据所述第一持续同调图中显著的连通拓扑信号个数确定生活圈的个数，根据所述第一DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述生活圈的个数，计算出每个生活圈的范围；在所述生活圈中选择待分析的生活圈作为目标生活圈，根据所述目标生活圈范围计算出第二包络框，并通过叠加分析获取所述第二数据集落在所述目标生活圈内的数据子集；对所述第二包络框和所述数据子集进行持续同调分析，得到第二DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第二DTM距离曲面栅格数据生成第二持续同调图，根据所述第二持续同调图中显著的连通拓扑信号个数确定所述目标生活圈内的连通体个数；根据所述第二DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述连通体个数，计算出社区尺度生活圈的范围。2.根据权利要求1所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其特征在于，所述空间点数据包括：手机信令数据、活动日志数据、GPS数据和POI数据。3.根据权利要求1所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其特征在于，对所述第一包络框和所述第二数据集进行持续同调分析，得到第一DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第一DTM距离曲面栅格数据生成第一持续同调图，通过所述第一持续同调图中显著的连通拓扑信号个数确定生活圈的个数，具体包括：对所述第一包络框和所述第二数据集进行持续同调分析，计算出所述第二数据集落在所述第一包络框中所有点的DTM函数值，表示为：其中，h(x，m0)为DTM函数，D表示所述第二数据集，x为所述第二数据集D中任一点的坐标，m0为计算DTM函数值h(x，m0)时所采用的数据点在所述第二数据集D中所占的比例，k表示距离x最近的数据点个数，x
i
为第i个离x最近的数据点，|| ||2为L2范数，为向上取整符号。根据所述DTM函数值得到第一DTM距离曲面栅格数据，并根据所述第一DTM距离曲面栅格数据生成第一持续同调图，根据所述第一持续同调图得到显著的连通拓扑信号个数，根据所述显著的连通拓扑信号个数确定生活圈的个数。4.根据权利要求3所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其特征在于，所述根据所述第一DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置和所述生活圈的个数，计算出每个生活圈的范围，具体包括：根据所述第一DTM距离曲面栅格数据中各连通拓扑信号的空间位置以及所述生活圈的个数，分别求得每一个积分区域使得二重积分相等且为第一定值：
其中，a为在对应积分区域S
m
中任意一点的坐标，h(a)为在对应积分区域S
m
中任意一点的DTM函数值，m为所述生活圈的个数，S
m
为包含了第m个连通拓扑信号的闭区域，θ
m
为S
m
上的标准距离，Ω为第一定值；求出的S
m
为第个m生活圈的范围。5.根据权利要求1所述的基于持续同调的生活圈划定方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文佳，武钰林，李博洋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：