动态人群活动时空可视化与图谱分析研究

The project aims to build a spatio-temporal data model of integrating human and land for large crowd activities by studying suitable spatial indexing model and dynamic indexing algorithm of moving objects. In view of mobile surveying location data of crowd activities with complicated semantics, the project studies the methods of 3D visualization of crowd activities regarding matching of crowd's moving behavior and geographical environments, integration of mobile surveying location data and simulation data, and representation of concrete symbol and abstract symbol of crowds. Using geo-info Tu-Pu theory, a multi-dimension and multi-mode Tu-Pu visualization method is explored through spatio-temporal filtering compression, dimensions combination and modes combination. Integrating Tu-Pu visualization and SOM, a visualization clustering method is put forward which can be used to identify crowd's behavior's spatial-temporal patterns about the crowd activities trajectory data. Finally, in the case study of Jiashan county, zhejiang province ,China, based on the GPS location data, LBS Cellular Data and the simulation data produced by agent-based crowd simulation system for intelligent transportation of Jiashan county, experiments can be conducted to test and verify the methods and algorithms of spatio-temporal visualization and Tu-Pu analysis of crowd activities. The research can promote the development of spatio-temporal GIS, geo-visualization, geo-info Tu-Pu, and virtual geographic environments.

通过研究适合人群活动的空间索引模型、运动对象索引算法等，建立面向大规模人群活动可视化的人地拓扑一体化时空数据模型；面对具有复杂语义的实测人群定位数据，研究考虑人群移动行为与地理环境匹配、实测定位数据与人群仿真模拟数据的集成融合、人群具象与抽象符号表达等人群活动三维可视化方法；应用信息图谱理论，通过时空滤波压缩、维数组合、模式组合，构建多维多模式组合图谱可视化表达方法；结合自组织人工神经网络（SOM）、多模式交互图谱分析等，研究时空数据可视化聚类分析方法，挖掘人群活动行为时空模式与特征规律。最后，以嘉善县为案例，结合个体活动GPS轨迹试验数据、手机蜂窝定位数据、以及交通人群仿真模拟系统产生的时空数据等，开展人群活动时空可视化与图谱分析系统的原型研发与相关方法验证。本项目的研究，可以促进时空GIS、地学可视化分析与信息图谱、虚拟地理环境等理论与方法的发展。

人群时空行为实测数据和计算模拟/虚拟数据的可视化表达与图谱分析，成为面向“人”地理信息科学的一个研究重点和前沿。本项目1）研究了室内外人-地一体化关系模型，建立了个体活动时-空-属性概念模型，面向室内的人地时空拓扑关系模型，面向室外的“对象-网络-场”人地数据模型，以及考虑室内三维多层建筑与室外环境的人地时空关系投影场模型。2）开展了面向室内与室外实测数据的人群活动可视化分析研究。完成了室外基于个体的GPS定位数据、嘉善试验区手机信令数据、嘉善试验区交通大数据，以及室内成都某医院试验区基于RFID的个体时空行为数据、日本某购物中心试验区基于视频的群组活动轨迹数据等的获取处理和可视化图谱分析。3）开展了基于社会力/场模型的人群活动模拟可视化。建立了考虑群组和复杂环境的社会力改进模型，完成了某浙江平湖小学试验区的应急疏散模拟与二维、三维和VR可视化；建立了面向大规模人群行为模拟可视化的人群疏散场模型，完成了嘉善西塘古镇试验区疏散模拟与可视化; 基于洪水演进模型和人群模拟场模型，完成了沈阳市鸟岛试验区洪水人群疏散的计算模拟和可视化。4) 首次实现了基于VR一体机等真人参与虚拟活动实验系统原型，开展了虚拟地铁、虚拟医院等多场景的火灾疏散应急虚拟演练实验和相关实验数据的可视化图谱分析；5）提出了“增强地理环境”的概念，实现了基于三维打印沙盘的人群疏散虚实融合可视化与系统原型。项目积累了一些关键数据，包括室外嘉善城区试验区手机信令数据集，基于VR的虚拟医院、虚拟地铁等多场景的真人虚拟应急疏散实验数据集，个体长时间连续活动的“人生足迹”数据库等。项目共发表了学术论文21篇，其中SCI检索论文16篇；出版1部译著、完成了1部专著初稿；申请了3个发明专利、获得3个软件著作权登记；获得了教育部高等学校科学研究自然科学奖二等奖1项。本项目可以促进地理大数据可视化、虚拟地理环境等理论与方法的研究发展。