ST-ADPTC: a method for clustering spatiotemporal raster data based on improved density peak detection

计算机科学 聚类分析 数据挖掘 光栅图形 空间分析 Python(编程语言) 模式识别(心理学) 人工智能 地理 遥感 操作系统
作者
Jie Song,Songshan Yue,Min Chen,Zhuo Sun,Yongning Wen,Lingzhi Sun
出处
期刊:International journal of geographical information systems [Taylor & Francis]
卷期号:38 (9): 1728-1750 被引量:2
标识
DOI:10.1080/13658816.2024.2353703
摘要

Spatiotemporal raster (STR) data employ an array of grids to represent temporally varying and spatially distributed information, commonly utilized for recording environmental variables and socioeconomic indices. To reveal the geographic patterns embedded in STR data, the clustering by fast search and finding of density peaks (CFSFDP) algorithm is considered effective and suitable. However, this algorithm encounters limitations in identifying cluster centers, handling large data volumes, and measuring the coupled spatial-temporal-attribute distance when applied to STR data. To overcome these challenges, we propose an improved method named spatial temporal-adaptive density peak tree clustering (ST-ADPTC). This method leverages adaptive density peak tree segmentation to identify cluster centers and optimizes memory usage through the k-nearest neighbors (kNN) technique. By constructing a neighborhood that incorporates both spatiotemporal and thematic attribute similarities, ST-ADPTC computes the local density of STR data, facilitating the discovery of time-varying clusters. Based on the proposed method, we develop an open-source Python package (Geo_ADPTC). Experiments conducted using benchmarking datasets illustrate improvements in cluster identification and memory reduction. Additionally, a case study of sea surface temperature data demonstrates the feasibility and effectiveness of exploring spatial and temporal distribution patterns using the proposed method.
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