工学交通运输毕业论文 聚类分析在城市轨道交通车站分类中的应用

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1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号:XXXXXXXXX姓名:XXX专业:工学交通运输论文题目:聚类分析在城市轨道交通车站分类中的应用指导老师:XXX二〇一一年十二月十日摘要:聚类分析作为数据挖掘的一项功能,已被应用到许多领域,像模式识别、数据分析、图像处理和市场分析等,并且已经取得很好的效果。然而其应用在交通领域车站研究上的确很少。对聚类分析在城市轨道交通车站分类中的应用进行研究,展示数据挖掘在交通领域的应用,重点介绍层次聚类法的应用,并对相关算法进行比较,最后对该应用提出展望。关键词:聚类分析;数据挖

2、掘;轨道交通;车站分类聚类分析是数据挖掘中一个很活跃的研究领域,用来帮助分析数据的分布、了解各数据类的特征、确定所感兴趣的数据类,以便作进一步分析。数据挖掘的根本在于统计学,统计方法中多元数据分析的3大方法之一的聚类分析,则是数据挖掘采用的核心技术。聚类分析基于“物以类聚”的朴素思想,根据事物的特征对其进行聚类或分类。本文对数据挖掘领域的聚类分析在城市轨道交通车站分类中的应用进行研究,展示数据挖掘在城市交通领域的应用。1聚类分析概述1.1聚类定义及标准聚类就是将数据分组成多个类或簇,同一个簇中的对象

3、之间具有较高的相似度。与分类不同的是,在进行聚类分析前不知道要把数据分成几组,也不知道怎么分,是基于“没有先验知识”。评判聚类算法好坏的标准:能够适用于大数据量;能应付不同的数据类型;能够发现不同类型的聚类;使对专业知识的要求降到最低;能应付脏数据;对于数据不同的顺序不敏感;模型可解释,可使用等。1.2数据挖掘领域中聚类算法的分类聚类算法大体可以划分为以下几类[1]:划分方法、层次方法、基于密度的方法、基于网格的方法和基于模型的方法。1.2.1划分方法给定一个包含n个数据对象或元组的数据库,一个划分

4、方法构建数据的c个划分,每个划分表示一个簇,且c≤n。通常会采用一个划分准则(经常称为相似度函数),例如距离,以便在同一个簇中的对象是“相似的”,而在不同簇中的对象是“相异的”。1.2.2层次方法层次方法对给定数据对象集合进行层次的分解。根据层次分解是自底向上还是自顶向下形成,层次聚类的方法可以进一步分为凝聚的和分裂的。1.2.3基于密度的方法为了发现任意形状的聚类结果,主要思想是:只要临近区域的密度超过某个阈值,就继续聚类。1.2.4基于网格的方法采用一个多分辨率的网格数据结构。把对象空间量化为有

5、限数目的单元,形成一个网格结构。所有的聚类操作都在这个网格结构上进行。1.2.5基于模型的方法为每个簇假定了一个模型,寻找数据对给定模型的最佳拟合。基于模型的算法通过构建反映数据点空间分布的密度函数来定位聚类。1.3聚类分析的步骤在实际应用聚类分析中,可以根据有无领域知识参与将整个过程分解为3个环节[2],图1是整个过程的流程图。2聚类分析在交通领域的应用聚类分析的方法在交通领域得到了较为广泛的应用。聚类分析在交通领域的主要应用有:对城市交通流量和流向的两步聚类分析,应用于城市交通走廊规划;对城市交

6、叉口的相关关系进行聚类分析,其研究成果可用于交通管理和交通流预测;高速公路规划方案的设计与评价过程中,广泛地应用了聚类分析方法;应用模糊聚类分析方法对鞍山市城市交通环境进行了分析评价;在公路网建设项目投资决策研究中应用聚类分析计算项目的紧迫度;建立了一种运输车辆调度聚类分析模型,适用于运输企业的计划作业;在道路交通事故多发点鉴定方法上采用聚类分析方法[3]。3城市轨道交通车站聚类分析研究3.1城市轨道交通车站分类问题的提出城市轨道交通在国外已有100多年的发展历史,世界主要大城市大多有比较成熟与完整

7、的轨道交通系统。城市轨道交通在城市交通体系中发挥着越来越重要的作用。根据《北京城市总体规划(2004年—2020年)》及其相关交通发展规划,明确提出城市客运交通是要构建起以轨道交通为骨干,公共交通为主体,其它各种交通方式为补充的综合交通体系。今后逐步编制步行交通规划和自行车交通规划,并纳入城市综合交通规划。轨道交通发挥作用是通过乘客“到达车站”来实现的,因此,对于轨道交通车站及周边交通方式的设置有着重要意义,车站分类问题研究也是首先要解决的问题。然而,现有城市轨道交通车站分类没有统一的方法,大都依靠

8、经验,采用人为的划分方式。这样,不但效率不高,而且精确度不高,不能很好地反映客观情况。采用数据挖掘领域的聚类分析方法可以很好地解决这个问题。为了研究北京市城市轨道交通车站的分类,相关部门进行了交通调查,得到了各个车站的各种接驳交通方式的构成比例,本次研究都以此调查数据为基础。3.2分析流程对城市轨道交通车站分类问题进行聚类分析,采用以下3个步骤来进行:(1)选取不同的交通出行方式作为聚类因子;(2)运用层次聚类法进行聚类分析,得到定量分析的结果;(3)以定性的方法对聚

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