交通“大数据、互联网+可视化”应用需求

交通“大数据、互联网+可视化”应用需求

1.背景与挑战

在智慧交通建设中，数据中心是其中关键的一环。它作为整个智慧交通的大脑，承载着交通部门关键的业务和数据，实现信息的集中交换、处理、存储和管理，要求能够提供安全可靠且连续不间断的7X24小时服务。数据中心主要包含机房基础设施、IT基础设施、业务系统和数据等内容。然而交通部门传统的数据中心IT系统普遍存在系统利用率不均、整体利用率偏低，建设和扩容成本高、扩容部署周期长，存储扩容压力巨大、缺乏PB级存储扩展能力，数据爆炸式增长、关系型数据库难以支撑海量数据分析，数据结构不统一，分散运维、运维人力物力成本高等问题。

公安交通管理数据中心作为智慧交通信息化系统的载体，主要包括计算、存储、网络、大数据分析、智能分析、灾备、安全等系统。

交通问题是现在我国较为难解决的问题之一，同时随着车辆数量的不断增长，导致的一系列问题如交通堵塞、尾气污染等也影响着人们的生活。通过GPS地理感知设备所提供的大量定位数据能够清晰地反映城市交通的情况，诊断出城市交通的各种问题，提供人群出行的重要模式，为智能交通的研究提供重要的技术手段。随着近些年来信息可视化技术的不断发展与应用，在智能交通领域的研究出现了交通可视化分析的分支。可视化分析相比较与传统的交通研究方式，能够通过丰富的交互手段为人民显示一种完整的数据明细，并且可视化技术能够应用图形来对结果进行展示，便于人们理解和接受。

一、对于交通数据的预处理

卫星定位可以采集到GPS车辆的信息，并通过一定的数据重建来反映出车辆轨迹的数据，不过在众多车辆的GPS设备中难免会遇到因设备问题或其他缺陷导致的各种数据异常问题，这就会导致采集的数据中存在异常记录。为了避免这些异常数据对后期数据处理造成影响，应当进行相应的数据清洗工作，主要是清除那些数据整体丢失的、时间错误以及长时间停车和速度过快距离过长等明显错误的记录数据。进行数据的清洗之后仍然会存在与真实情况有一定的偏差，因为在数据发出和接收过程当中GPS系统由于精度问题会存在一定的

系统误差。另外GPS系统的坐标和其他市面上一些地图软件系统中采用的坐标不同，直接应用GPS数据点轨迹会有一定的偏移量，表现在其他系统地图上就是会以固定的距离偏离于城市道路网络，因此应当对采集回来的数据进行校对，用修正数据所产生的轨迹代替原始数据，保证最后可视化分析的准确性。最后，对于采集到的交通数据预处理还应当对轨迹数据进行化简，因为GPS在采集数据过程中的频率是比较高的，返回一个数据或者多个数据会造成GPS采样点的叠加和难以处理，因此可以选择用路段来代表轨迹，提高交通可视化分析处理的效率。

二、对城市道路交通流量的分析处理

对于交通流量的可视化分析早起主要是为了辅助管理人员来了解和分析城市交通运行情况，而随着人们对于数据信息的进一步处理和挖掘，有研究学者提出了将数据融合进数据库后进行交互分享和可视分析的做非法，并且在数据处理中对于通行轨迹进行重建，了解车辆在某一点以及车辆在某两点直接停留的时间，对重要地点和通行轨迹应用一定的方法分类来增强可视性。相应的如果表示在地图上则是对应位置的箭头方向代表的轨迹方向，箭头的粗细程度代表交通流量大小，并且在交通分流出标出箭头拆分后的粗细程度以表示分流后的交通流量大小。另外，针对交通轨迹数据人民逐渐提出了用马赛克图来反应某一块区域或者一段道路上的车流分布特点，并且在此基础上建立相应的2D以及3D方法来强化可视化轨迹空间的属性，通过颜色表示某段路相应属性（速度、流量等）的大小，按照时间顺序予以叠加，并且通过一个二维的时间表来与相应的区域实现连接，便于人们观察某时间段内该区域的交通情况。在可视化技术建立在交通流量的分析基础之上后，有学者通过更加完整清晰的数据建模和管理建立出对城市中出租车的轨迹处理分析系统，它提供了一个包括地图选择区域和时间窗口等一系列过滤工具的可视化界面，来帮助用户进行相应的打车查询，以满足用户对于用车金额和周边交通流量以及周围出租车密度等可视化查询，并且研究人员还能够通过数据的挖掘来了解城市中存在的一些交通枢纽和用车焦点，对交通管理也具有一定的帮助。

三、对于城市道路中交通事件的分析

研究人员在最近的研究中，逐渐分析并挖掘出通过数据收集的一些交通流量信息中存在

的一些交通事件。对于现代智能交通建设，了解交通事件的发生原因及影响能够对于解决和处理相应的交通事件产生着直接的影响。从普遍意义上来说，交通事件主要是指的在城市道路中发生的长时间的流量停滞或者聚集状态，较为严重的交通问题会产生道路拥堵。为了进一步对这类交通拥堵情况进行可视化分析，有学者提出了定义交通事件为速度低于某一阈值的一定轨迹，用这一事件作为道路拥堵点的代表体现。表现在地图上就是通过不同颜色来展现不同方向的交通拥堵情况，并且由于交通事件具有一定的传播性质，比如长时间的交通拥堵会导致该区域内整体交通情况复杂化，利用地图相应的像素单元的颜色编码变化情况来表示某一路段或者区域上的拥堵程度，来了解到交通事件的传播情况，从而了解该交通时间的严重程度，以便寻求准确的解决方案。

四、对于交通可视化分析过程中交互手段的分析

在城市交通轨迹数据可视化的发展过程中遇到的难题很多，而极大多数的难题都是由于数据的抽象性难以与具体化的城市道路网络有效结合所衍生的。在传统的交通可视化分析当中，通过对地图做不同程度的简化或者通过一定的交互手段来打开相互链接是对这种问题解决的主要手段。因此如何将可视化和城市路网地图整合为一个整体是对交通数据可视化研究的一个重要问题和挑战。国外学者面对这一问题提出了一种将数据可视化内嵌于城市路网地图中的思想，作为交互手段来同时观测数据和该数据的时间空间属性，这种思想主要是运用接缝算法来对相关道路进行拓展，虽然会产生一定的失真偏差，但能够保证在准许范围之内。在这一做法能够将时间信息与数据嵌入道路显示，并且通过相应的终端输出。比如在用户地图中通过展示公共交通线路在每一个站点的位置，以及在该站点上的上下车时间以及乘客数据按照时间序列反映在相应的城市道路地图中，这种做法能够通过建立在城市道路地图中的内嵌数据分析系统来直接展现给城市中用户所感兴趣的公共交通问题，并且在不影响用户对地图内容的查看上让乘客对自己出行的形成做一个简要的规划，并且乘客能够通过相应的反馈手段与相应的管理方实施交互活动。

随着交通可视化的不断发展，虽然目前市面上大多数输出终端都是以电脑为主的，但众多可视化交互媒体介质已经被人们熟知和应用，各种可视分析系统正以不同的交互方式将数据整理并展现给人们，为人们的出行以及公共交通的发展做出贡献。