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        城市道路交通運(yùn)行特征三維可視化分析

        2018-05-14 10:18:44段志強(qiáng)
        裝飾裝修天地 2018年18期
        關(guān)鍵詞:三維可視化道路交通城市

        段志強(qiáng)

        摘 要:隨著三維處理技術(shù)水平的不斷提升,數(shù)字城市成為了數(shù)字地球的一個(gè)象征性標(biāo)志,也成為建設(shè)數(shù)字地球中不可或缺的一個(gè)部分。城市道路綠色景觀格局設(shè)計(jì)以及可視化現(xiàn)象已經(jīng)逐漸成為數(shù)字城市的一個(gè)重點(diǎn)研究課題,并且被普遍的應(yīng)用在城市規(guī)劃、城市綠色景觀格局模擬等眾多領(lǐng)域中。然而在對(duì)城市道路綠色景觀格局的實(shí)際設(shè)計(jì)中,無(wú)法給出景觀高度聚集最明顯的空間格局特征,容易造成格局設(shè)計(jì)效果差的問題。

        關(guān)鍵詞:城市;道路交通;運(yùn)行特征;三維可視化

        1 引言

        近年來(lái),在大數(shù)據(jù)的推動(dòng)下,可視化分析技術(shù)成為智能交通系統(tǒng)新的研究熱點(diǎn)。該文簡(jiǎn)要介紹了交通運(yùn)行可視化技術(shù)的研究現(xiàn)狀、代表應(yīng)用和最新研究趨勢(shì),提出了基于三維可視化技術(shù)和交互式操作的新思路來(lái)探索交通擁堵特性的時(shí)空演化規(guī)律。交通可視化領(lǐng)域正處于快速發(fā)展階段,未來(lái)將數(shù)據(jù)挖掘方法和可視化技術(shù)結(jié)合,可使交通可視化研究在深度和廣度上得到進(jìn)一步拓展。交通可視化領(lǐng)域尚存在一些問題和挑戰(zhàn),需進(jìn)一步研究和分析。

        2 城市交通運(yùn)行可視化分析方法

        2.1 交通流量分析

        早期交通可視化主要圍繞交通流量進(jìn)行,目的是直觀地展示路網(wǎng)交通流量的時(shí)間或空間分布特性,輔助交通管理者了解和分析城市交通運(yùn)行狀況。

        傳統(tǒng)的交通流量可視化方法是在地圖、圖像上繪制箭頭或流線來(lái)描述交通運(yùn)行行為。ToblerW.R.提出用帶有寬度的箭頭表示移動(dòng)量的方向和大小,箭頭的寬度與交通量成正比。隨著UPS設(shè)備在城市中的廣泛部署,收集城市大范圍交通軌跡數(shù)據(jù)成為可能。AndrienkoG.等認(rèn)為使用視覺分析工具對(duì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,可有效分析交通運(yùn)動(dòng)軌跡和交通量的流動(dòng)模式,并設(shè)計(jì)了一種融合數(shù)據(jù)庫(kù)處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、交互式顯示的可視化分析框架,用于分析大量軌跡數(shù)據(jù)。在流向圖上,箭頭表示軌跡移動(dòng)的方向,箭頭的粗細(xì)代表交通流量的大小,用顏色對(duì)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑聚類分析。劉謠杰通過截取百度地圖的路況圖片進(jìn)行圖像識(shí)別,獲取道路流量數(shù)據(jù)及其地理信息,并利用ST-I}BSCAN算法進(jìn)行聚類分析,將流量空間簇通過顏色進(jìn)行時(shí)空可視化。

        目前,對(duì)交通流量的可視化顯示方式主要是流向圖、時(shí)空分布圖。這兩種可視化方法存在一定的局限:1>由于路網(wǎng)的緊密性,流向圖會(huì)造成不同道路的相互遮擋,不適合分析大范圍高密度的路網(wǎng)數(shù)據(jù);2)時(shí)空分布圖缺乏對(duì)路網(wǎng)地圖的顯示,缺少與城市路網(wǎng)的直接聯(lián)系,無(wú)法準(zhǔn)確判定流量的空間分布特性。

        2.2 速度分析

        WangZucha。等對(duì)UPS浮動(dòng)車軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,并根據(jù)設(shè)定好的交通擁堵值判斷道路的交通運(yùn)行狀況,結(jié)合擁堵發(fā)生時(shí)間先后順序和路網(wǎng)空間相關(guān)關(guān)系繪制城市全路網(wǎng)、某區(qū)域、某道路等范圍的交通擁堵傳播圖。傳播圖借助信息卡片顯示擁堵位置、時(shí)間、速度、傳播途徑、傳播距離等信息巨見圖。

        對(duì)交通軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,包括數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)換、可視化展示、交互式動(dòng)態(tài)過濾及聚類方法研究等。對(duì)交通軌跡數(shù)據(jù)的可視化展示方式進(jìn)行了多次研究和嘗試,提出了交通導(dǎo)向視圖(traffic-orientedview)和交通軌跡視圖(trajectory-orientedview)兩種描述軌跡數(shù)據(jù)的視圖,馬賽克圖顯示了一周中每日每時(shí)的速度時(shí)間分布情況,馬賽克顏色的深淺程度表達(dá)路段速度的快慢。將馬賽克圖與地圖進(jìn)行匹配,可展示車速在路網(wǎng)的空間分布特性。

        3 城市道路可視化分析面臨的挑戰(zhàn)

        3.1 交通數(shù)據(jù)預(yù)處理

        可視化技術(shù)的第一步就是對(duì)交通軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、校對(duì)、融合等預(yù)處理,這也是數(shù)據(jù)分析時(shí)最耗時(shí)的部分。面對(duì)多源、海量、異構(gòu)的交通數(shù)據(jù),難免會(huì)存在信息缺失和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等不同程度的問題,數(shù)據(jù)形式和內(nèi)容不同也會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)分析造成極大困難。目前還沒有一種穩(wěn)定的算法來(lái)分析這些問題,更多的是依靠分析人員對(duì)專業(yè)的了解和以往經(jīng)驗(yàn),勢(shì)必會(huì)降低效率和準(zhǔn)確率。將可視化技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)的自動(dòng)高效處理必不可少,然而目前這方面的工作還很薄弱。

        3.2 交互式可視化探索

        目前,可視化系統(tǒng)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性和探討性分析,主要反映交通特性的時(shí)空分布、交通擁堵行為等現(xiàn)象,這與解決實(shí)際問題相去甚遠(yuǎn)。在交通實(shí)際問題中,人們更多關(guān)注何時(shí)會(huì)發(fā)生交通擁堵、選擇哪些路徑可最快到達(dá)目的地、擁堵產(chǎn)生的原因是什么及多長(zhǎng)時(shí)間擁堵會(huì)消散。

        3.3 跨領(lǐng)域交流

        交通可視化技術(shù)的應(yīng)用是為解決交通領(lǐng)域的實(shí)際問題,可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須對(duì)交通領(lǐng)域問題有深人的理解和認(rèn)識(shí),可視化領(lǐng)域與交通領(lǐng)域的研究者需有長(zhǎng)期的合作和充分溝通。而目前交通與可視化領(lǐng)域間的交流相對(duì)匾乏,可視化領(lǐng)域不能及時(shí)獲知交通領(lǐng)域的功能需求,后者也不能很好地借助可視化方法和技術(shù)解決交通問題。可視化分析技術(shù)和交通領(lǐng)域更好地結(jié)合,共同探索解決當(dāng)前交通實(shí)際問題,促進(jìn)行業(yè)的共同發(fā)展,還需克服很多難題。

        4 交通運(yùn)行狀態(tài)三維可視化應(yīng)用展望

        4.1 交通環(huán)境與可視化分析

        交通是一個(gè)人、車、路、環(huán)境協(xié)同合作的綜合系統(tǒng),交通運(yùn)行有其特有的內(nèi)在規(guī)律,不僅與道路自身?xiàng)l件有關(guān),與路網(wǎng)中的交通行為、外界交通環(huán)境也有密切聯(lián)系。結(jié)合三維可視化技術(shù),構(gòu)建工作日、周末、節(jié)假日、惡劣天氣等典型情境下基于時(shí)間、空間及速度、流量等交通參數(shù)的交通狀態(tài)圖譜庫(kù),可為分析交通時(shí)空運(yùn)行規(guī)律、預(yù)判交通發(fā)展態(tài)勢(shì)提供可靠的理論依據(jù)。

        4.2 三維可視化分析思路

        借助交通流基礎(chǔ)理論和可視化技術(shù)設(shè)計(jì)交通可視化分析平臺(tái),提供一種堆疊交通狀態(tài)墻的三維可視化方法。每個(gè)時(shí)刻的路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)一條狀態(tài)墻色帶,按照時(shí)間自下往上堆疊,顯示交通運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)空變化規(guī)律。將拓?fù)渎肪W(wǎng)、電子地圖等作為底圖,用顏色區(qū)分屬性值的大小,有利于確定擁堵源位置和推斷交通擁堵形成機(jī)理。

        選取2016年10月28日(天氣陰,周五)重慶市主城區(qū)快速路21h交通狀態(tài)數(shù)據(jù),以5min為時(shí)間間隔粒度,從()():()():()()時(shí)刻開始,由下往上依次構(gòu)建交通運(yùn)行狀態(tài)時(shí)空分布,其中紅色、黃色、綠色分別表示交通運(yùn)行的擁堵、緩行、暢通狀態(tài),灰色表示數(shù)據(jù)缺失。借助選擇性可視功能,從中篩選機(jī)場(chǎng)路上行(交通流方向由西向東)、下行(交通流方向由東向西)的交通流運(yùn)行狀態(tài)。結(jié)合交通運(yùn)行狀態(tài)圖,可定性分析機(jī)場(chǎng)路交通狀態(tài)的時(shí)空分布情況、最大擁堵排隊(duì)長(zhǎng)度、擁堵產(chǎn)生和消散的時(shí)間和地點(diǎn)、交通擁堵蔓延和消散的演變規(guī)律等交通信息。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        交通系統(tǒng)具有隨機(jī)性、非線性特點(diǎn),交通量的任意波動(dòng)都會(huì)帶來(lái)很多不確定性。面對(duì)城市路網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)間動(dòng)態(tài)性、空間相關(guān)性等特點(diǎn),為更準(zhǔn)確地反映城市交通時(shí)空運(yùn)行特征,挖掘大數(shù)據(jù)環(huán)境下交通數(shù)據(jù)背后隱藏的交通規(guī)律,大力發(fā)展交通可視化理論和方法顯得尤為重要。

        參考文獻(xiàn):

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        [2] 張煥龍,胡士強(qiáng),楊國(guó)勝.基于外觀模型學(xué)習(xí)的視頻目標(biāo)跟蹤方法綜述[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2015(1):177~190.

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        [4] 劉超,惠晶.基于改進(jìn)CAMShift的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2014(11):149~153.

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