本文選題：多維度移動(dòng)對象　切入點(diǎn)：輕/重車運(yùn)行狀態(tài)　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)(北京)》2017年博士論文

【摘要】：將傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)和導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)對象的研究領(lǐng)域,能夠便利地獲取關(guān)于移動(dòng)對象更多種類、更高質(zhì)量的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對移動(dòng)對象更加全面和清晰地描述,從而進(jìn)一步揭示移動(dòng)對象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以及其與環(huán)境的相互關(guān)系。對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行類型劃分,得到的每一大類數(shù)據(jù)可以看作是一種維度的數(shù)據(jù),而每一大類數(shù)據(jù)中包含的每一種數(shù)據(jù)又可以看作是一種屬性,移動(dòng)對象逐漸成為多種維度的數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合,因此本文提出了多維度移動(dòng)對象的概念、實(shí)體結(jié)構(gòu)和基本特征,并從多個(gè)方面進(jìn)行了研究。能源、礦產(chǎn)的露天開采過程主要依靠大型的機(jī)械設(shè)備來完成,巨型礦用卡車是進(jìn)行露天開采的主要運(yùn)輸工具,其體型巨大、價(jià)格昂貴。通過在礦車上安裝各類傳感器,利用礦區(qū)的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠獲取礦車移動(dòng)過程中的各類數(shù)據(jù),這樣礦車也就成為了一個(gè)由多種維度的數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)據(jù)集合。本文將其作為多維度移動(dòng)對象的具體實(shí)例,利用其多維屬性數(shù)據(jù)從多個(gè)方面展開研究與分析。論文的主要工作如下:(1)提出并闡述了多維度移動(dòng)對象的概念、實(shí)體結(jié)構(gòu)和基本特征。在研究移動(dòng)對象的定義、分類、特性和已有移動(dòng)對象模型的基礎(chǔ)之上,提出了多維度移動(dòng)對象的概念,并將其實(shí)體結(jié)構(gòu)劃分為位置信息、速度信息、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息、時(shí)間信息、移動(dòng)對象屬性信息和外界因素信息六種實(shí)體對象,每一類實(shí)體對象代表一種維度的數(shù)據(jù),并且可以進(jìn)一步細(xì)分為多項(xiàng)屬性。闡述了多維度移動(dòng)對象所具有的3個(gè)基本特征,以及多維屬性數(shù)據(jù)的獲取過程、組織管理方法和應(yīng)用分析方式。(2)構(gòu)建了多維度移動(dòng)對象運(yùn)行狀態(tài)判別分析模型,并實(shí)現(xiàn)對礦車輕/重車運(yùn)行狀態(tài)的判別。本文將露天礦礦用卡車作為多維度移動(dòng)對象的一個(gè)具體實(shí)例進(jìn)行了研究,利用統(tǒng)計(jì)分析方法實(shí)現(xiàn)了對礦車輕/重車運(yùn)行狀態(tài)的判別。通過距離判別分析原理,選用馬氏距離為判別距離,將屬于多維度移動(dòng)對象實(shí)體結(jié)構(gòu)中移動(dòng)對象屬性信息的輪胎氣壓和輪胎溫度,屬于速度信息的速度和加速度以及屬于外界因素信息的環(huán)境溫度作為判別因子,利用多組訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù),構(gòu)建了多維度移動(dòng)對象運(yùn)行狀態(tài)判別分析模型。利用該模型對礦車輕/重車運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判別,并通過判別準(zhǔn)則評價(jià)對模型進(jìn)行驗(yàn)證與評估,根據(jù)對訓(xùn)練樣本的回代結(jié)果和假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該模型的合理性和有效性,利用該模型實(shí)現(xiàn)了對多組待判樣本數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確判別,進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的可行性。(3)設(shè)計(jì)了露天礦三維路網(wǎng)提取算法。本文設(shè)計(jì)了一種利用礦車運(yùn)行軌跡提取礦區(qū)三維道路網(wǎng)的算法,并通過提取的三維道路面表征礦車在礦區(qū)道路上的運(yùn)動(dòng)范圍,在該過程中,充分利用了多維度移動(dòng)對象實(shí)體結(jié)構(gòu)中的位置信息。通過設(shè)計(jì)礦車GPS天線的安裝方式,獲得所需的礦車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù),并利用其它類型的傳感器獲取了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除掉停滯點(diǎn)和異常點(diǎn),得到有效的軌跡點(diǎn)。利用文中提出的多維度移動(dòng)對象運(yùn)行狀態(tài)判別分析模型,對軌跡點(diǎn)進(jìn)行分類并判斷出雙向車道上距離較近的干擾點(diǎn)的類型。將軌跡點(diǎn)以采樣時(shí)間順序進(jìn)行連線,獲得合理的連線交點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)軌跡點(diǎn)加密,進(jìn)而增加了道路生成點(diǎn)的數(shù)量。將道路生成點(diǎn)進(jìn)行格網(wǎng)劃分,判斷出部分非邊界點(diǎn)之后,對剩余的道路生成點(diǎn)利用Alpha Shapes算法獲取邊界點(diǎn),并采用準(zhǔn)均勻B樣條曲線擬合邊界點(diǎn),生成邊界線,從而獲取了礦區(qū)道路面,通過礦區(qū)DEM數(shù)據(jù),獲取高程信息,得到了礦區(qū)的三維道路網(wǎng),并用來表征礦車的行駛范圍。最后利用實(shí)際的礦車運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)對礦區(qū)的三維道路網(wǎng)進(jìn)行了提取,定性和定量地證明了該算法的有效性。(4)實(shí)現(xiàn)了多維度移動(dòng)對象多維屬性數(shù)據(jù)的組織與管理。本文系統(tǒng)地從需求分析、概念模型設(shè)計(jì)、邏輯模型設(shè)計(jì)和物理模型設(shè)計(jì)4個(gè)方面對多維度移動(dòng)對象空間數(shù)據(jù)立方進(jìn)行了設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)多維屬性數(shù)據(jù)的組織與管理。根據(jù)實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了7個(gè)維度共同表征針對礦車的多維度移動(dòng)對象的實(shí)體結(jié)構(gòu),包括1個(gè)空間維和6個(gè)非空間維,并設(shè)計(jì)了3類數(shù)值度量和3個(gè)空間度量來存儲(chǔ)分析對象的中心值。本文將格網(wǎng)方法應(yīng)用到空間數(shù)據(jù)立方的設(shè)計(jì)過程中,利用格網(wǎng)對整個(gè)礦區(qū)進(jìn)行區(qū)域劃分,實(shí)現(xiàn)了區(qū)域細(xì)化以及維度層次的建立。(5)完成了多維度移動(dòng)對象運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析。為了得到礦車不同時(shí)間、不同空間的速度、胎壓和胎溫的變化情況,利用構(gòu)建的多維度移動(dòng)對象空間數(shù)據(jù)立方,通過操作模型進(jìn)行空間聯(lián)機(jī)分析處理(SOLAP),得到礦車的速度變化空間分布規(guī)律、輪胎氣壓變化空間分布規(guī)律和輪胎溫度變化空間分布規(guī)律,并通過維層次上卷和下鉆實(shí)現(xiàn)數(shù)值度量和空間度量的詳細(xì)和概括之間的轉(zhuǎn)變,這樣能夠清晰地反映出礦車隨時(shí)間和空間運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變化情況,為決策分析提供數(shù)據(jù)支持。通過對礦車輪胎超壓因素的分析,選取了多維度移動(dòng)對象多維屬性中的輪胎溫度、輪胎位置、速度、道路等級(jí)、環(huán)境溫度和縱向坡度作為研究變量,利用礦區(qū)中發(fā)生的礦車輪胎超壓事件數(shù)據(jù)作為研究樣本,通過對應(yīng)分析基本原理,對數(shù)據(jù)進(jìn)行R型因子分析和Q型因子分析,構(gòu)建了多維度移動(dòng)對象對應(yīng)分析模型,利用獲得的變量點(diǎn)與樣本點(diǎn)分布圖實(shí)現(xiàn)了原因分類、影響程度分析和影響因素關(guān)聯(lián)度分析,進(jìn)而獲得了各超壓事件之間、各影響因素之間以及超壓事件與影響因素之間的相互關(guān)系,并確定出各影響因素對輪胎超壓問題影響的強(qiáng)弱差異,從而能夠得出導(dǎo)致特定超壓問題的主要因素和次要因素,并以此制定相應(yīng)措施減少礦車輪胎超壓事件發(fā)生,保證礦區(qū)行車安全。(6)設(shè)計(jì)開發(fā)了露天采礦移動(dòng)對象多源空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。通過GIS組件式開發(fā),采用C/S架構(gòu),基于超圖平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)了露天采礦移動(dòng)對象多源空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),整個(gè)系統(tǒng)可以分為支持層、控制層和應(yīng)用層,利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對包括利用本文的露天礦三維路網(wǎng)提取算法獲得的礦區(qū)三維道路網(wǎng)以及礦車運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)在內(nèi)的8種礦區(qū)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的可視化集成管理,并實(shí)現(xiàn)了空間聯(lián)機(jī)分析處理(SOLAP)對礦車的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析,利用原型系統(tǒng)驗(yàn)證了論文相關(guān)理論與方法的可行性。
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【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD57

【參考文獻(xiàn)】

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1 韓家琪;毛克彪;夏浪;劉R，

本文編號(hào)：1703305