Voronoi圖和多角度實(shí)景影像在城市POI選址中的應(yīng)用※

城市興趣點(diǎn)，即城市POI（Point of Interest），是根據(jù)城市特點(diǎn)增加的一類基本地點(diǎn)，是局部范圍內(nèi)具有地理標(biāo)識(shí)作用的建筑物，包括機(jī)構(gòu)(如委辦局、醫(yī)院、學(xué)校)、沿街店鋪和單位等 [1]。城市興趣點(diǎn)的主要用途是對(duì)城市部件[2]或者事件[3]的位置進(jìn)行描述，使城管工作人員能夠在短時(shí)間內(nèi)快速、準(zhǔn)確地找到相應(yīng)的部件和事件，提高地理定位的精度和速度。目前北京市西城區(qū)共有2萬多興趣點(diǎn)，但部分區(qū)域的興趣點(diǎn)在普查之前尚未建設(shè)完畢，存在興趣點(diǎn)不足且位置不準(zhǔn)確的情況，為部件和事件的準(zhǔn)確定位增加了難度，也給城管員的實(shí)地工作帶來了很大的不便，嚴(yán)重影響了城市管理者的日常工作和一些突發(fā)事件處理的實(shí)時(shí)性和高效性。

本文通過對(duì)北京市西城區(qū)興趣點(diǎn)普查更新工作的深入研究，提出了實(shí)景影像和Voronoi圖相結(jié)合定位興趣點(diǎn)的方法，解決了城市興趣點(diǎn)相對(duì)不足且更新頻繁的問題，可使城管人員根據(jù)實(shí)際需求，找到部件多且興趣點(diǎn)少的多邊形區(qū)域，添加實(shí)際位置的興趣點(diǎn)，在更新的基礎(chǔ)上有針對(duì)性地對(duì)興趣點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)與維護(hù)，達(dá)到興趣點(diǎn)的快速更新，提高部件的易尋性，對(duì)城市興趣點(diǎn)的普查選址具有一定的參考價(jià)值和實(shí)用性，很大程度上減少了興趣點(diǎn)選取的盲目性和負(fù)載的不均衡性。

一、多角度實(shí)景影像定位興趣點(diǎn)技術(shù)

移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)，是當(dāng)今測(cè)繪界最為前沿的科技之一，它是在機(jī)動(dòng)車上裝配GPS(全球定位系統(tǒng))、CCD(成像系統(tǒng))、INS/DR(慣性導(dǎo)航系統(tǒng))等先進(jìn)的傳感器和設(shè)備，在車輛的高速行進(jìn)之中， 快速采集道路及道路兩旁目標(biāo)地物的空間位置數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，如：道路中心線或邊線位置坐標(biāo)、目標(biāo)地物的位置坐標(biāo)、交通標(biāo)志、道路設(shè)施等[4]。

移動(dòng)道路測(cè)量系統(tǒng)中地物坐標(biāo)計(jì)算包括三步（如圖1所示）:首先利用車載組合導(dǎo)航模塊獲取載體中心當(dāng)前坐標(biāo);其次根據(jù)檢校參數(shù)計(jì)算出CCD圖像的位置和姿態(tài)(攝影測(cè)量中的外方位元素);最后利用CCD立體像對(duì)計(jì)算地物的空間坐標(biāo)[5]。

現(xiàn)行網(wǎng)格化城管系統(tǒng)依托平面電子地圖和人為設(shè)置的興趣點(diǎn)，通過兩個(gè)以上的興趣點(diǎn)由巡查員目視交會(huì)部件位置。這種定位方法導(dǎo)致無論是巡查員、部件責(zé)任單位還是城管指揮中心，都無法在密集的部件群中準(zhǔn)確找到部件，究其原因，主要在于利用平面電子地圖無法了解部件周圍的環(huán)境信息[6]。

多源實(shí)景影像定位興趣點(diǎn)技術(shù)為二維平面電子地圖與立面影像相結(jié)合的技術(shù)，即在平面疊加上興趣點(diǎn)，街道、社區(qū)、道路、綠地、水系、建筑物、邊界、部件等圖層，在立面上加載多角度可量測(cè)的城市實(shí)景影像，通過實(shí)景影像與地理坐標(biāo)相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行興趣點(diǎn)定位，并將其位置信息和屬性信息添加到數(shù)據(jù)庫中，可實(shí)現(xiàn)城市興趣點(diǎn)的快速更新，更好地為城管執(zhí)法人員準(zhǔn)確定位部件和事件提供依據(jù)。

二、基于Voronoi圖的興趣點(diǎn)優(yōu)化方法

設(shè)施選址布局的核心思想是根據(jù)用戶（或服務(wù)對(duì)象）的需求和設(shè)施布局的要求，在一定的地域空間中確定公共設(shè)施的空間布局和服務(wù)范圍[7]。而在街道社區(qū)等局部范圍內(nèi)增加興趣點(diǎn)，就好比是將部件作為服務(wù)對(duì)象，興趣點(diǎn)作為具體設(shè)施，根據(jù)其規(guī)范要求，在局部空間中確定興趣點(diǎn)的位置和定位相應(yīng)部件的范圍。

（一）Voronoi圖的局部動(dòng)態(tài)特性

在Voronoi圖中，目標(biāo)之間的鄰近關(guān)系對(duì)目標(biāo)的變化十分敏感，因此，空間目標(biāo)的變化可以通過鄰近關(guān)系來動(dòng)態(tài)地描述和表達(dá)，而且空間目標(biāo)的變化僅影響其周圍鄰近的目標(biāo)，具有局域動(dòng)態(tài)性[8]。如圖2所示，（a）為空間離散的點(diǎn)集o，（b）為由點(diǎn)集o生成的Voronoi多邊形M，（c）為空間離散的點(diǎn)集n(在點(diǎn)集o的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)點(diǎn))，（d）為增加點(diǎn)后重新生成的Voronoi多邊形N，（e）為兩點(diǎn)集o，n及兩多邊形集合M、N的疊置圖形S。

（二）Voronoi圖優(yōu)化興趣點(diǎn)方法

Voronoi圖優(yōu)化興趣點(diǎn)（見圖3）的基本思想是先求每一分區(qū)單個(gè)興趣點(diǎn)的最優(yōu)解，在得到了m個(gè)Voronoi分區(qū)的初步優(yōu)化結(jié)果后，根據(jù)這m個(gè)興趣點(diǎn)的初步位置，重新進(jìn)行Voronoi分區(qū)和分區(qū)迭代，直至興趣點(diǎn)的部件分區(qū)不再變化[9]。

選取北京市西城區(qū)廣外街道辦事處區(qū)域內(nèi)的興趣點(diǎn)和部件圖層作為研究對(duì)象，當(dāng)閾值分別是0.1、0.3、1.0時(shí)，對(duì)興趣點(diǎn)坐標(biāo)之間差值、迭代次數(shù)及系統(tǒng)耗時(shí)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)閾值越小，坐標(biāo)位置改變?cè)酱螅螖?shù)也越多，耗時(shí)也相應(yīng)增加（見表1）。

圖4為程序迭代次數(shù)及運(yùn)算耗時(shí)情況的統(tǒng)計(jì)圖，考慮了閾值（兩次迭代差值）分別取0.1、0.5、1，興趣點(diǎn)個(gè)數(shù)不同(分7組)時(shí)，興趣點(diǎn)的迭代次數(shù)均值及算法的總用時(shí)。統(tǒng)計(jì)表明：算法的運(yùn)行時(shí)間受迭代次數(shù)和部件個(gè)數(shù)等因素的影響。隨著閾值的減小，迭代次數(shù)增加，算法運(yùn)行的時(shí)間也相應(yīng)增加。隨著部件個(gè)數(shù)的增加，算法運(yùn)行時(shí)間也隨之增加。

由于興趣點(diǎn)的普查更新對(duì)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性要求較高，而城市建設(shè)導(dǎo)致區(qū)內(nèi)的基礎(chǔ)地形地貌發(fā)生頻繁變化，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年興趣點(diǎn)的變更量約占總量的25%左右，由此必須建立興趣點(diǎn)的動(dòng)態(tài)管理和定期維護(hù)更新機(jī)制，以滿足城市管理的需要。

(1)由城管部門每半年對(duì)興趣點(diǎn)進(jìn)行一次更新和維護(hù)，保證興趣點(diǎn)的有效性。

(2)建立監(jiān)督員巡查制度，定期對(duì)管轄區(qū)范圍內(nèi)的興趣點(diǎn)進(jìn)行核對(duì)，變更情況及時(shí)上報(bào)并更新。

(3)建立網(wǎng)絡(luò)維護(hù)機(jī)制，對(duì)使用過程中出現(xiàn)問題的興趣點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程定位并對(duì)其照片進(jìn)行實(shí)時(shí)上傳。

(4)對(duì)興趣點(diǎn)進(jìn)行分級(jí)管理，按照永久、較永久、臨時(shí)三種狀態(tài)對(duì)興趣點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分類，設(shè)置1， 2， 3三個(gè)級(jí)別。樓房區(qū)、主干道兩側(cè)、政府機(jī)關(guān)等相應(yīng)的興趣點(diǎn)為1級(jí)，每年維護(hù)一次；平房區(qū)、次干道兩側(cè)、銀行等商業(yè)機(jī)構(gòu)相應(yīng)的興趣點(diǎn)為2級(jí)，每半年維護(hù)一次；舊城區(qū)改造、街面整治的區(qū)域、商店、飯館相應(yīng)的興趣點(diǎn)為3級(jí)，每3個(gè)月維護(hù)一次。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：趙靜）