一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法

本发明属于可视化领域，具体涉及一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法。

背景技术：

1、轨迹数据是许多领域中重要的数据分析对象，在轨迹数据分析中，分析多个个体轨迹的共现情况是一个重要的研究方向。但当轨迹中具有较高的不确定性，不能直接获得共现数据，则需要依靠外部的自动化方法或分析者参与进行模糊推测。例如在流行病学调查中对个体患者的活动轨迹调查，从调查报告中只能得到患者途径地点的层次区域描述，轨迹中的数据点形等，在本发明后续描述中，针对地理信息描述，将具有如此特征的轨迹数据称为层次结构描述性轨迹。

2、现有的轨迹可视化方法并不能很好地应对在层次结构描述性轨迹上的分析任务，传统轨迹可视化往往依赖于地图，但地图不便于展示层次结构描述性轨迹中具有不同模糊性的地点描述，另外也存在许多使用抽象地点表示的轨迹可视化例如流图，时空网络等，但这些方法不能完全适应分析层次结构描述性轨迹共现情况的人物与数据，以至于不能高效客观地从层次结构描述性轨迹共现情况中提取轨迹特征。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，用于分析层次结构描述性轨迹的共现情况，通过可视化视觉编码和可视化的布局计算，以一种类似故事时间线的方式向用户展示不同个体在不同时间的空间临近性，在空间信息的展示上使用层次结构的抽象表示，适应数据中的空间信息具有不同描述粒度的情况，能够客观有效揭示轨迹特征，为空间信息可视化发展奠定可靠基础。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，所述方法包括以下步骤：

4、s1、从待分析文本描述中提取层次结构描述性轨迹数据，针对其中时间与空间两个信息要素，分别使用横向和纵向两个位置维度进行编码，每一条轨迹将被映射为一条沿着时间在空间上变化的曲线；

5、s2、为曲线的优化目标设置能量函数，采用布局优化算法进行曲线布局优化；

6、s3、允许在同一父地点下的轨迹出现时间互不干扰的地点共享纵向的位置区间以对编码规则进行改进，进而得到嵌入时间线的可视化轨迹。

7、进一步，步骤s1中分别使用横向和纵向两个位置维度进行编码包括以下子步骤：

8、s11、用横向的位置编码时间信息，横向位置从左到右线性地映射到层次结构描述性轨迹数据涉及的时间范围；

9、s12、用纵向的位置编码地点信息，层次结构描述性轨迹数据中的地点按照行政区域被组织成了一棵地点层次结构树，每个地点被映射成纵向的位置上的一个区间或者一个节点。

10、进一步，步骤s1中地点之间的层次结构关系通过对应区间的关系进行体现。

11、进一步，若地点a包含地点b，则地点a对应的纵向的位置上的区间也包含地点b对应的区间，若两个地点之间不存在包含关系，则其对应的区间也不存在重叠。

12、进一步，步骤s2中所述优化目标包括最小化轨迹曲线长度、最小化轨迹曲线相交数量以及最小化可视化总高度中的至少一个。

13、进一步，步骤s2中模拟退火使用的最终能量函数为优化目标对应的能量函数的加权求和：

14、minimize e(x)＝β1elength+β2ecrossing+β3ewhite-space，

15、其中elength为最小化轨迹曲线长度对应的能量函数；ecrossing为最小化轨迹曲线相交数量对应的能量函数；ewhite-space最小化可视化总高度对应的能量函数。

16、进一步，最小化轨迹曲线长度对应的能量函数通过以下函数进行计算：

17、

18、进一步，最小化轨迹曲线相交数量对应的能量函数通过以下函数进行计算：

19、ecrossing＝#(trajectory crossing)。

20、进一步，最小化可视化总高度对应的能量函数通过以下函数进行计算：

21、ewhite-space＝ymax-ymin。

22、本发明的有益技术效果在于：采用本发明所公开的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，能够准确有效地呈现层次结构描述性轨迹数据中的信息，并帮助用户理解这些轨迹在不同粒度地点下的共现情况，通过视觉编码方式、布局优化算法和编码改进的配合，能够产生空间利用率高可读性好的可视化，且能客观有效揭示轨迹特征，为空间信息可视化发展奠定可靠基础。

技术特征：

1.一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于，步骤s1中分别使用横向和纵向两个位置维度进行编码包括以下子步骤：

3.如权利要求1所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于：步骤s1中地点之间的层次结构关系通过对应区间的关系进行体现。

4.如权利要求3所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于：若地点a包含地点b，则地点a对应的纵向的位置上的区间也包含地点b对应的区间，若两个地点之间不存在包含关系，则其对应的区间也不存在重叠。

5.如权利要求1所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于：步骤s2中所述优化目标包括最小化轨迹曲线长度、最小化轨迹曲线相交数量以及最小化可视化总高度中的至少一个。

6.如权利要求5所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于，步骤s2中模拟退火使用的最终能量函数为优化目标对应的能量函数的加权求和：

7.如权利要求6所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于，最小化轨迹曲线长度对应的能量函数通过以下函数进行计算：

8.如权利要求6所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于，最小化轨迹曲线相交数量对应的能量函数通过以下函数进行计算：

9.如权利要求6所述的一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，其特征在于，最小化可视化总高度对应的能量函数通过以下函数进行计算：

技术总结
本发明涉及一种基于具有层次地点信息嵌入时间线的轨迹可视化方法，通过从待分析文本描述中提取层次结构描述性轨迹数据，针对其中时间与空间两个信息要素，分别使用横向和纵向两个位置维度进行编码，每一条轨迹将被映射为一条沿着时间在空间上变化的曲线；采用布局优化算法进行曲线布局优化；允许在同一父地点下的轨迹出现时间互不干扰的地点共享纵向的位置区间，进而得到嵌入时间线的可视化轨迹。采用本发明中公开的方法，以一种类似故事时间线的方式向用户展示不同个体在不同时间的空间临近性，通过使用层次结构的抽象表示，适应数据中的空间信息具有不同描述粒度的情况，能够客观有效揭示轨迹特征，为空间信息可视化发展奠定可靠基础。

技术研发人员：袁晓如,罗煜楚
受保护的技术使用者：北京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22