前言

智慧交通是近些年來交通運輸行業(yè)最為關注的前沿熱點和發(fā)展方向，被認為是當前交通行業(yè)各種現(xiàn)實問題的有效解決途徑。由于高速公路系統(tǒng)內(nèi)部車流在空間分布上具有差異性，在隨時間變化上具有規(guī)律性，同時高速公路系統(tǒng)對社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境具有重要的影響，因而面向智慧交通的高速公路系統(tǒng)分析與建設需要充分考慮其時空內(nèi)涵與時空影響。

高速公路收費站記錄的車輛出入形成的數(shù)據(jù)，能夠反映不同車輛在高速公路系統(tǒng)內(nèi)的空間移動，稱為高速公路移動大數(shù)據(jù)。從地理信息科學專業(yè)空間流的視角分析高速公路移動大數(shù)據(jù)，能夠充分挖掘高速公路系統(tǒng)的時空分布特征和演變規(guī)律，進而可為高速公路系統(tǒng)的運行管理和發(fā)展規(guī)劃提出指導和建議。

本書分為10章，各章的主要內(nèi)容如下。

第1章為智慧高速公路的內(nèi)涵延伸，主要對智慧交通的相關概念和發(fā)展進行介紹，重點挖掘智慧交通的時空內(nèi)涵。此外，面向智慧規(guī)劃、智慧管理和環(huán)境協(xié)調，對智慧高速公路系統(tǒng)的建設方向進行探討。

第2章為空間移動的記錄數(shù)據(jù)，主要介紹移動數(shù)據(jù)科學的興起趨勢及移動數(shù)據(jù)的概念，基于此對高速公路移動大數(shù)據(jù)進行解釋，說明高速公路移動大數(shù)據(jù)的主要類型和應用特點。

第3章為面向智慧交通的高速公路空間流研究緒論，主要介紹高速公路系統(tǒng)內(nèi)空間流相關的研究背景，梳理研究現(xiàn)狀，明確本書的研究內(nèi)容以及所采用的技術路線。

第4章為高速公路空間流概述，主要介紹高速公路空間流的產(chǎn)生、高速公路空間流的相關概念，以及高速公路空間流的監(jiān)測與采集方式，對本書中高速公路空間流多維信息表達模型及聚合分析方法的研究對象進行概念上的描述和界定。

第5章為高速公路空間流多維信息表達模型，主要介紹高速公路空間流多維信息表達概念模型和高速公路空間流多維信息表達邏輯模型。對于高速公路空間流多維信息表達概念模型，主要介紹高速公路空間流基本表達維度的構造，包括維度構造的基本思路和所生成的主要維度的類型等，繼而構建出多維空間，利用基本維度或者維度組合實現(xiàn)對高速公路空間流多種信息的描述和表達。對于高速公路空間流多維信息表達邏輯模型，主要介紹基于已有的空間流數(shù)據(jù)記錄計算高速公路空間流的不同維度信息，并對多個維度的信息進行組織、存儲，以便后續(xù)應用分析。

第6章為高速公路空間流聚合分析模式，主要介紹利用高速公路空間流的多維信息表達模型進行不同主題下的聚合分析。設計不同主題下高速公路空間流聚合分析的工作流，包括主要步驟和基本流程；探討不同聚合主題適用的地理學分析目標，構建出高速公路空間流聚合分析的基本框架。此外，本章還著重介紹以地理位置為聚合主題進行高速公路空間流位置聚合分析的框架和基本步驟，以及以時間變化為聚合主題進行高速公路空間流時間聚合分析的框架和基本步驟，為后續(xù)利用高速公路空間流的時空聚合分析方法進行不同目標下的地理學分析提供方法基礎。

第7章為基于位置聚合的高速公路空間流地理格局探測，主要介紹以位置為聚合主題的高速公路空間流的聚合分析方法及案例，說明高速公路空間流可以映射的地理位置類型（節(jié)點、路徑、連線），進而構建不同類型的高速公路空間流位置聚合分析方法；針對不同類型的位置聚合分析，設計聚合特征的計算方法及其對應的特征排序篩選算法；基于篩選出的變異程度較大的聚合特征的空間分布，分析高速公路空間流的地理空間格局。

第8章為基于時間聚合的高速公路空間流數(shù)量預測，主要介紹以時間為聚合主題的高速公路空間流的聚合分析方法及案例。引入多維數(shù)學張量實現(xiàn)高速公路空間流時空多維信息表達，利用張量分析方法實現(xiàn)對高速公路空間流的時間變化特征的提取；分析高速公路空間流的時間變化規(guī)律，并利用時間序列建模方法和張量重構，提出高速公路空間流的時空同步高效預測方法。

第9章為基于位置和時間聚合的高速公路空間流關聯(lián)分析，主要介紹利用高速公路位置聚合和時間聚合分析方式，探測高速公路空間流與其他地理要素的關系。基于位置聚合方法，提出高速公路空間流的地理格局與其他地理要素變量的空間格局之間的靜態(tài)關聯(lián)關系的探測方法；利用時間聚合方法，提出高速公路空間流的時間變化與其他地理要素變量的時間變化之間的動態(tài)關聯(lián)關系的探測方法。設置對應的案例，說明基于時空聚合的高速公路空間流要素關聯(lián)探測方法的應用。

第10章為結論、創(chuàng)新和展望，總結本書研究的整體結論，說明本書的創(chuàng)新點，對本書研究的不足之處進行討論，并對后續(xù)可開展的研究進行展望。

本書主要內(nèi)容的研究和撰寫工作是作者在南京師范大學攻讀博士學位期間完成的，感謝南京師范大學地理科學學院袁林旺教授和俞肇元教授給予的研究指導、數(shù)據(jù)支持和項目資助（國家自然科學基金41971404、42001320和國家杰出青年科學基金41625004）。同時，感謝蘭州交通大學測繪與地理信息學院閆浩文教授、周亮教授和楊樹文教授對本書出版提供的項目資助（國家自然科學基金42271214、41930101）、支持和幫助。