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

【摘要】：將傳感器技術、無線通訊技術和導航定位技術應用于移動對象的研究領域,能夠便利地獲取關于移動對象更多種類、更高質(zhì)量的數(shù)據(jù),實現(xiàn)對移動對象更加全面和清晰地描述,從而進一步揭示移動對象的運動規(guī)律,以及其與環(huán)境的相互關系。對獲取的數(shù)據(jù)進行類型劃分,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,移動對象逐漸成為多種維度的數(shù)據(jù)構成的數(shù)據(jù)集合,因此本文提出了多維度移動對象的概念、實體結構和基本特征,并從多個方面進行了研究。能源、礦產(chǎn)的露天開采過程主要依靠大型的機械設備來完成,巨型礦用卡車是進行露天開采的主要運輸工具,其體型巨大、價格昂貴。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)絡能夠獲取礦車移動過程中的各類數(shù)據(jù),這樣礦車也就成為了一個由多種維度的數(shù)據(jù)構成的數(shù)據(jù)集合。本文將其作為多維度移動對象的具體實例,利用其多維屬性數(shù)據(jù)從多個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對象的概念、實體結構和基本特征。在研究移動對象的定義、分類、特性和已有移動對象模型的基礎之上,提出了多維度移動對象的概念,并將其實體結構劃分為位置信息、速度信息、運動狀態(tài)信息、時間信息、移動對象屬性信息和外界因素信息六種實體對象,每一類實體對象代表一種維度的數(shù)據(jù),并且可以進一步細分為多項屬性。闡述了多維度移動對象所具有的3個基本特征,以及多維屬性數(shù)據(jù)的獲取過程、組織管理方法和應用分析方式。(2)構建了多維度移動對象運行狀態(tài)判別分析模型,并實現(xiàn)對礦車輕/重車運行狀態(tài)的判別。本文將露天礦礦用卡車作為多維度移動對象的一個具體實例進行了研究,利用統(tǒng)計分析方法實現(xiàn)了對礦車輕/重車運行狀態(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,將屬于多維度移動對象實體結構中移動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,利用多組訓練樣本數(shù)據(jù),構建了多維度移動對象運行狀態(tài)判別分析模型。利用該模型對礦車輕/重車運行狀態(tài)進行判別,并通過判別準則評價對模型進行驗證與評估,根據(jù)對訓練樣本的回代結果和假設檢驗結果驗證了該模型的合理性和有效性,利用該模型實現(xiàn)了對多組待判樣本數(shù)據(jù)的準確判別,進一步驗證了模型的可行性。(3)設計了露天礦三維路網(wǎng)提取算法。本文設計了一種利用礦車運行軌跡提取礦區(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)道路上的運動范圍,在該過程中,充分利用了多維度移動對象實體結構中的位置信息。通過設計礦車GPS天線的安裝方式,獲得所需的礦車運行軌跡數(shù)據(jù),并利用其它類型的傳感器獲取了相應的數(shù)據(jù)。通過對數(shù)據(jù)進行預處理,剔除掉停滯點和異常點,得到有效的軌跡點。利用文中提出的多維度移動對象運行狀態(tài)判別分析模型,對軌跡點進行分類并判斷出雙向車道上距離較近的干擾點的類型。將軌跡點以采樣時間順序進行連線,獲得合理的連線交點來實現(xiàn)軌跡點加密,進而增加了道路生成點的數(shù)量。將道路生成點進行格網(wǎng)劃分,判斷出部分非邊界點之后,對剩余的道路生成點利用Alpha Shapes算法獲取邊界點,并采用準均勻B樣條曲線擬合邊界點,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。最后利用實際的礦車運行軌跡數(shù)據(jù)對礦區(qū)的三維道路網(wǎng)進行了提取,定性和定量地證明了該算法的有效性。(4)實現(xiàn)了多維度移動對象多維屬性數(shù)據(jù)的組織與管理。本文系統(tǒng)地從需求分析、概念模型設計、邏輯模型設計和物理模型設計4個方面對多維度移動對象空間數(shù)據(jù)立方進行了設計,以實現(xiàn)多維屬性數(shù)據(jù)的組織與管理。根據(jù)實際情況,設計了7個維度共同表征針對礦車的多維度移動對象的實體結構,包括1個空間維和6個非空間維,并設計了3類數(shù)值度量和3個空間度量來存儲分析對象的中心值。本文將格網(wǎng)方法應用到空間數(shù)據(jù)立方的設計過程中,利用格網(wǎng)對整個礦區(qū)進行區(qū)域劃分,實現(xiàn)了區(qū)域細化以及維度層次的建立。(5)完成了多維度移動對象運動規(guī)律分析。為了得到礦車不同時間、不同空間的速度、胎壓和胎溫的變化情況,利用構建的多維度移動對象空間數(shù)據(jù)立方,通過操作模型進行空間聯(lián)機分析處理(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現(xiàn)數(shù)值度量和空間度量的詳細和概括之間的轉變,這樣能夠清晰地反映出礦車隨時間和空間運動規(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,選取了多維度移動對象多維屬性中的輪胎溫度、輪胎位置、速度、道路等級、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,通過對應分析基本原理,對數(shù)據(jù)進行R型因子分析和Q型因子分析,構建了多維度移動對象對應分析模型,利用獲得的變量點與樣本點分布圖實現(xiàn)了原因分類、影響程度分析和影響因素關聯(lián)度分析,進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系,并確定出各影響因素對輪胎超壓問題影響的強弱差異,從而能夠得出導致特定超壓問題的主要因素和次要因素,并以此制定相應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)設計開發(fā)了露天采礦移動對象多源空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。通過GIS組件式開發(fā),采用C/S架構,基于超圖平臺設計開發(fā)了露天采礦移動對象多源空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),整個系統(tǒng)可以分為支持層、控制層和應用層,利用該系統(tǒng)實現(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)以及礦車運動軌跡數(shù)據(jù)在內(nèi)的8種礦區(qū)多源異構空間數(shù)據(jù)的可視化集成管理,并實現(xiàn)了空間聯(lián)機分析處理(SOLAP)對礦車的運動規(guī)律進行分析,利用原型系統(tǒng)驗證了論文相關理論與方法的可行性。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TD57

【參考文獻】

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1 韓家琪;毛克彪;夏浪;劉R，

本文編號：1703305