基于可視化技術(shù)的城市道路交通數(shù)據(jù)可視探討

梁娜+劉佳朋

摘 要：近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與交通需求的不斷增長(zhǎng)，可視分析技術(shù)的分析和利用在交通數(shù)據(jù)處理與研究中起到了非常重要的作用。本文通過(guò)介紹可視化技術(shù)的研究情況來(lái)進(jìn)一步探討現(xiàn)今比較熱門的城市道路交通流量問(wèn)題，并且按照數(shù)據(jù)的類型和問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的分析，探討并分析近年來(lái)的研究趨勢(shì)，挖掘并利用交通軌跡和交通事件產(chǎn)生的一些數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)道路交通狀況進(jìn)行合理有效的研究與探討，并解決相關(guān)的交通數(shù)據(jù)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：可視化技術(shù);城市道路;交通數(shù)據(jù)

交通問(wèn)題是現(xiàn)在我國(guó)較為難解決的問(wèn)題之一，同時(shí)隨著車輛數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致的一系列問(wèn)題如交通堵塞、尾氣污染等也影響著人們的生活。通過(guò)GPS地理感知設(shè)備所提供的大量定位數(shù)據(jù)能夠清晰地反映城市交通的情況，診斷出城市交通的各種問(wèn)題，提供人群出行的重要模式，為智能交通的研究提供重要的技術(shù)手段。隨著近些年來(lái)信息可視化技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，在智能交通領(lǐng)域的研究出現(xiàn)了交通可視化分析的分支?？梢暬治鱿啾容^與傳統(tǒng)的交通研究方式，能夠通過(guò)豐富的交互手段為人民顯示一種完整的數(shù)據(jù)明細(xì)，并且可視化技術(shù)能夠應(yīng)用圖形來(lái)對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示，便于人們理解和接受。本文主要敘述了近年來(lái)交通領(lǐng)域可視分析的一些研究?jī)?nèi)容，如交通GPS軌跡數(shù)據(jù)的分析處理等。

一、對(duì)于交通數(shù)據(jù)的預(yù)處理

衛(wèi)星定位可以采集到GPS車輛的信息，并通過(guò)一定的數(shù)據(jù)重建來(lái)反映出車輛軌跡的數(shù)據(jù)，不過(guò)在眾多車輛的GPS設(shè)備中難免會(huì)遇到因設(shè)備問(wèn)題或其他缺陷導(dǎo)致的各種數(shù)據(jù)異常問(wèn)題，這就會(huì)導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)中存在異常記錄。為了避免這些異常數(shù)據(jù)對(duì)后期數(shù)據(jù)處理造成影響，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)清洗工作，主要是清除那些數(shù)據(jù)整體丟失的、時(shí)間錯(cuò)誤以及長(zhǎng)時(shí)間停車和速度過(guò)快距離過(guò)長(zhǎng)等明顯錯(cuò)誤的記錄數(shù)據(jù)。進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗之后仍然會(huì)存在與真實(shí)情況有一定的偏差，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)發(fā)出和接收過(guò)程當(dāng)中GPS系統(tǒng)由于精度問(wèn)題會(huì)存在一定的系統(tǒng)誤差。另外GPS系統(tǒng)的坐標(biāo)和其他市面上一些地圖軟件系統(tǒng)中采用的坐標(biāo)不同，直接應(yīng)用GPS數(shù)據(jù)點(diǎn)軌跡會(huì)有一定的偏移量，表現(xiàn)在其他系統(tǒng)地圖上就是會(huì)以固定的距離偏離于城市道路網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)，用修正數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的軌跡代替原始數(shù)據(jù)，保證最后可視化分析的準(zhǔn)確性。最后，對(duì)于采集到的交通數(shù)據(jù)預(yù)處理還應(yīng)當(dāng)對(duì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，因?yàn)镚PS在采集數(shù)據(jù)過(guò)程中的頻率是比較高的，返回一個(gè)數(shù)據(jù)或者多個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)造成GPS采樣點(diǎn)的疊加和難以處理，因此可以選擇用路段來(lái)代表軌跡，提高交通可視化分析處理的效率。

二、對(duì)城市道路交通流量的分析處理

對(duì)于交通流量的可視化分析早起主要是為了輔助管理人員來(lái)了解和分析城市交通運(yùn)行情況，而隨著人們對(duì)于數(shù)據(jù)信息的進(jìn)一步處理和挖掘，有研究學(xué)者提出了將數(shù)據(jù)融合進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)后進(jìn)行交互分享和可視分析的做非法，并且在數(shù)據(jù)處理中對(duì)于通行軌跡進(jìn)行重建，了解車輛在某一點(diǎn)以及車輛在某兩點(diǎn)直接停留的時(shí)間，對(duì)重要地點(diǎn)和通行軌跡應(yīng)用一定的方法分類來(lái)增強(qiáng)可視性。相應(yīng)的如果表示在地圖上則是對(duì)應(yīng)位置的箭頭方向代表的軌跡方向，箭頭的粗細(xì)程度代表交通流量大小，并且在交通分流出標(biāo)出箭頭拆分后的粗細(xì)程度以表示分流后的交通流量大小。另外，針對(duì)交通軌跡數(shù)據(jù)人民逐漸提出了用馬賽克圖來(lái)反應(yīng)某一塊區(qū)域或者一段道路上的車流分布特點(diǎn)，并且在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的2D以及3D方法來(lái)強(qiáng)化可視化軌跡空間的屬性，通過(guò)顏色表示某段路相應(yīng)屬性（速度、流量等）的大小，按照時(shí)間順序予以疊加，并且通過(guò)一個(gè)二維的時(shí)間表來(lái)與相應(yīng)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)連接，便于人們觀察某時(shí)間段內(nèi)該區(qū)域的交通情況。在可視化技術(shù)建立在交通流量的分析基礎(chǔ)之上后，有學(xué)者通過(guò)更加完整清晰的數(shù)據(jù)建模和管理建立出對(duì)城市中出租車的軌跡處理分析系統(tǒng)，它提供了一個(gè)包括地圖選擇區(qū)域和時(shí)間窗口等一系列過(guò)濾工具的可視化界面，來(lái)幫助用戶進(jìn)行相應(yīng)的打車查詢，以滿足用戶對(duì)于用車金額和周邊交通流量以及周圍出租車密度等可視化查詢，并且研究人員還能夠通過(guò)數(shù)據(jù)的挖掘來(lái)了解城市中存在的一些交通樞紐和用車焦點(diǎn)，對(duì)交通管理也具有一定的幫助。

三、對(duì)于城市道路中交通事件的分析

研究人員在最近的研究中，逐漸分析并挖掘出通過(guò)數(shù)據(jù)收集的一些交通流量信息中存在的一些交通事件。對(duì)于現(xiàn)代智能交通建設(shè)，了解交通事件的發(fā)生原因及影響能夠?qū)τ诮鉀Q和處理相應(yīng)的交通事件產(chǎn)生著直接的影響。從普遍意義上來(lái)說(shuō)，交通事件主要是指的在城市道路中發(fā)生的長(zhǎng)時(shí)間的流量停滯或者聚集狀態(tài)，較為嚴(yán)重的交通問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生道路擁堵。為了進(jìn)一步對(duì)這類交通擁堵情況進(jìn)行可視化分析，有學(xué)者提出了定義交通事件為速度低于某一閾值的一定軌跡，用這一事件作為道路擁堵點(diǎn)的代表體現(xiàn)。表現(xiàn)在地圖上就是通過(guò)不同顏色來(lái)展現(xiàn)不同方向的交通擁堵情況，并且由于交通事件具有一定的傳播性質(zhì)，比如長(zhǎng)時(shí)間的交通擁堵會(huì)導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)整體交通情況復(fù)雜化，利用地圖相應(yīng)的像素單元的顏色編碼變化情況來(lái)表示某一路段或者區(qū)域上的擁堵程度，來(lái)了解到交通事件的傳播情況，從而了解該交通時(shí)間的嚴(yán)重程度，以便尋求準(zhǔn)確的解決方案。

四、對(duì)于交通可視化分析過(guò)程中交互手段的分析

在城市交通軌跡數(shù)據(jù)可視化的發(fā)展過(guò)程中遇到的難題很多，而極大多數(shù)的難題都是由于數(shù)據(jù)的抽象性難以與具體化的城市道路網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合所衍生的。在傳統(tǒng)的交通可視化分析當(dāng)中，通過(guò)對(duì)地圖做不同程度的簡(jiǎn)化或者通過(guò)一定的交互手段來(lái)打開相互鏈接是對(duì)這種問(wèn)題解決的主要手段。因此如何將可視化和城市路網(wǎng)地圖整合為一個(gè)整體是對(duì)交通數(shù)據(jù)可視化研究的一個(gè)重要問(wèn)題和挑戰(zhàn)。國(guó)外學(xué)者面對(duì)這一問(wèn)題提出了一種將數(shù)據(jù)可視化內(nèi)嵌于城市路網(wǎng)地圖中的思想，作為交互手段來(lái)同時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)的時(shí)間空間屬性，這種思想主要是運(yùn)用接縫算法來(lái)對(duì)相關(guān)道路進(jìn)行拓展，雖然會(huì)產(chǎn)生一定的失真偏差，但能夠保證在準(zhǔn)許范圍之內(nèi)。在這一做法能夠?qū)r(shí)間信息與數(shù)據(jù)嵌入道路顯示，并且通過(guò)相應(yīng)的終端輸出。比如在用戶地圖中通過(guò)展示公共交通線路在每一個(gè)站點(diǎn)的位置，以及在該站點(diǎn)上的上下車時(shí)間以及乘客數(shù)據(jù)按照時(shí)間序列反映在相應(yīng)的城市道路地圖中，這種做法能夠通過(guò)建立在城市道路地圖中的內(nèi)嵌數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)來(lái)直接展現(xiàn)給城市中用戶所感興趣的公共交通問(wèn)題，并且在不影響用戶對(duì)地圖內(nèi)容的查看上讓乘客對(duì)自己出行的形成做一個(gè)簡(jiǎn)要的規(guī)劃，并且乘客能夠通過(guò)相應(yīng)的反饋手段與相應(yīng)的管理方實(shí)施交互活動(dòng)。

隨著交通可視化的不斷發(fā)展，雖然目前市面上大多數(shù)輸出終端都是以電腦為主的，但眾多可視化交互媒體介質(zhì)已經(jīng)被人們熟知和應(yīng)用，各種可視分析系統(tǒng)正以不同的交互方式將數(shù)據(jù)整理并展現(xiàn)給人們，為人們的出行以及公共交通的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

智能交通技術(shù)為城市交通問(wèn)題的有效解決和研究提供了基礎(chǔ)。本文主要分析了近年來(lái)可視化分析技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用，包括對(duì)交通流量和交通事件的可視化分析，面向整個(gè)城市的道路交通通行狀況和交通安全做了簡(jiǎn)要的闡述來(lái)表明交通數(shù)據(jù)在社會(huì)問(wèn)題中所起到的作用。未來(lái)可視化技術(shù)在交通發(fā)展過(guò)程中的應(yīng)用空間還有很大，交通數(shù)據(jù)可視化研究還有很深很廣的內(nèi)容等待廣大學(xué)者進(jìn)一步研究和探討。

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