CN104036020A - 一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，属于公交信息可视化技术领域，解决现有技术中公交运行的调控力度差，运营效率低的问题。采集动态的公交IC卡数据与静态的站点信息和线路信息，建立数据仓库；对数据仓库中的数据进行预处理，保留所需要的数据；利用数据分析方法对经过预处理过后的公交IC卡数据进行分析，得到客流量的分布信息；GIS通过MapX的空间数据结构构建数据模型，将客流量的分布信息通过程序实现可视化显示。实现公交信息的可视化，有利于公交场地规划、提高公共交通信息管理服务水平、合理布置公交线网、科学制定公交运营计划、保障公共交通的可持续运行。

Description

一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法

技术领域

一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，实现公交信息的可视化，属于公交信息可视化技术领域。

背景技术

随着人口的大幅度增长，城市交通运输面临着越来越大的压力。世界上所有大型、中型城市普遍存在此问题，各国都为了解决交通拥堵问题提出了很多方法，甚至成为科研课题。特别是近年来私家车的增多，使原已拥挤的交通更是雪上加霜，虽然很多城市采用单行线，或是车牌号单双号出行的措施，但是人们在上下班时花在路上的时间仍然呈上升趋势。公交作为一种主要的交通工具，无疑成为缓解城市交通拥堵、节约资源和保护环境的最佳途径，对于普通工薪阶层，公交仍然是人们出行的首选。

公交卡作为一种方便的支付方式，在日益普及的同时，涵盖了越来越多的重要信息（如：IC卡号、交易日期、交易时间、车辆号、线路号、记录号等），这些信息已逐渐成为公交信息的主要组成部分。如果能够直观地、交互式地识别、理解及分析这些公交信息，将在支持公交规划设计，提高公共交通信息服务水平，合理布置公交线网,科学制定公交运营计划,保障公共交通的可持续运行等方面具有重要的实际意义。

可视化包含了一系列技术，包括：计算机图形学、数字图像，计算机辅助设计、地理信息系统(GIS)等。其中，GIS是一种涉及测绘科学、地球物理、环境科学、区域科学、计算机技术等多学科的交叉科学，已在资源开发、城市规划和交通方便得到了具体的应用。

可视化(Visualization)是一个新兴的研究领域。可视化是将各种复杂的数据信息和知识转化为一种视觉形式，充分利用人们对可视模式快速识别的自然能力。视觉是我们观察世界的窗口，通过数据的可视化可以将人脑和计算机联系在一起，充分发挥这两个最强大的信息处理工具的作用。可视化的界面可以让我们更容易观察、浏览、分析、研究、处理大规模的数据，通过与界面的交互和理解来发现蕴含在信息内部的规律。通过计算机图形学和图像处理技术，将各种复杂的数据转换为直观的图像，并进行交互处理的理论、方法和技术。可视化可以与自动数据挖掘、计算机视觉、建筑设计、空中交通控制中的冲突检测、决策支持、地理建模与可视化数据挖掘等学科有机结合起来，以帮助使用者通过视觉这一最有效的手段了解数据变化的内在规律，从而取得新的发现。可通常可视化可以划分为科学计算可视化和信息可视化这两个大方向。

可视分析是一个高速发展中的研究领域，给许多不同学科带来了新的活力。可视化分析关注人的意会和推理，用视觉界面来促进分析推理，从海量、多源、异构、多维、多态、模糊的数据中提取到期望的信息，为实际行动提供及时有效的评价和指导。可视分析涉及到多个学科，以可视化和交互技术为基础，充分利用视觉能力来观察信息，借助分析推理技术，将信息转化为动态的数据，加强信息同受众间的交流。

通常可视化可以划分为科学计算可视化和信息可视化这两个大方向。

科学计算可视化主要是把获取的科学数据或三维数据转换为图像，涉及到数据采集、存储、处理、图形图像的生成等方向。应用领域涵盖科学和工程的每个方面，是一个典型的交叉学科。

信息可视化也是一门现代交叉学科，研究非空间数据的视觉展示方法和技术，它与视觉设计、计算机图形学、心理学、人机交互等学科有着密切联系。与统计学、数据挖掘、神经网络、机器学习也有着许多相辅相成之处。相对于科学可视化，信息可视化研究的对象非常广泛，主要是对一些抽象的数据进行可视化。已经成为了自然科学、测绘、社会科学、商业、交通、金融、空间探测、制造、管理等众多领域不可或缺的一部分。

我国可视化的研究开始于20世纪90年代初，主要关注于体可视化、流场可视化和医学可视化。

体可视化也称为立体可视化或三维可视化，是科学可视化领域中重要的课题之一。体数据，也即三维采样数据，已经成为很多科学和工程领域中常见的数据类型。体可视化源自于医学成像，现在的研究主要方向为如何更好地表现和渲染三维数据内部信息，如何让系统自动挖掘和利用信息，如何让渲染更加快速精准交互性更强，以及充分地运用计算能力等。研究热点包括绘制方法、传递函数的生成、超大和时变数据的处理、集群和网络可视化等。体可视化中用到的技术包括从三维立体图中提取表面、颜色编码、直接体渲染等。

流场可视化是科学可视化的重要分支。目前流行的流场可视化方法包括直接方法、基于几何的方法、基于纹理的方法等。直接方法利用箭头图、色轮等方式和方法对速度大小和方向信息进行编码显示；基于几何形体的方法采用粒子、点、线等几何元素展示流体场中的信息；基于纹理的方法利用线积分卷积等方法以生成图像的形式来表现流场。

医学可视化则是对医学成像的数据进行快速、深入理解的重要手段，对医务工作者和生命科学研究者都有着重要的意义。医学可视化方法在经过二维到三维的转换后，允许对三维数据的观察做更快速直观的信息获取，以更加灵活的编辑、导航、着色等交互方法对内部信息更深入的发掘，通过计算辅助分析和数据挖掘帮助医生发现用肉眼难以辨别的信息和特征，发现病灶所在。

在高速计算方面，我国研制的计算机已经跨入千百万亿次计算的时代。近年来，我国又将在大飞机等复杂系统开展研究开发工作，涉及到复杂湍流系统等的计算和可视分析。此外，地图测绘、地质勘探油气资源和理解地震机理等地球物理相关研究，也需要大规模数据的可视化。

GIS在交通运输领域的应用表现为交通地理信息系统(GIS-T)，收集、存储、综合分析、管理与处理空间信息和交通信息。GIS-T可描述交通营运网络及相关设施所处的位置和属性，更重要的是反映交通运输的状态和相关信息。GIS能对地理空间中的交通信息可视化，为交通决策机者和使用者提供实时、全面、精准的信息，不但有利于交通秩序，还可以提高决策的科学性。GIS-T在城市公共交通中的应用主要表现为：城市公交查询系统、城市交通设施管理、城市综合交通信息管理系统、城市公共交通规划系统。

美国联邦铁路和运输协会(American Association of State Highway and Transportation Officials)对交通运输的可视化作了大量研究。他们认为，通过可视化技术在交运中的应用，可以让广大民众更多地参与交通运输项目的规划和评估中，从而提高民众对交通运输工作的关注度和满意度。他们的交通运输可视化方式包括计算机图形学、数字图像，计算机辅助设计、地理信息系统(GIS)等。

MapX是MapInfo公司向用户提供的具有强大地图分析功能的ActiveX控件产品。作为一个可编程的控件，支持绝大多数标准的可视化开发环境，如Visual Basic 、Visual C++、Delphi和PowerBuilde，开发软件时只需把MapX控件嵌入使用即可。MapX可以制作专题地图，对地图进行缩放、选取和漫游等操作，还提供地理查询和数据绑定的功能。MapX 以MapInfo表的形式组织所有的潜在信息。每个表都是一组用来在地图中创建图层的MapInfo文件。

在大力发展公交优先战略的今天，城市公交系统的快速发展，给人们的出行带来了极大的方便。同时也存在着不足，如：调度控制能力差、运营效率低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足之处提供了一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，实现公交信息的可视化，提高公交运行调度控制能力和运营效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，其特征在于:

a.采集动态的公交IC卡数据与静态的站点信息和线路信息，建立数据仓库；

b.对数据仓库中的数据进行预处理，保留所需要的数据；

c.利用数据分析方法对经过预处理过后的公交IC卡数据进行分析，得到客流量的分布信息；

d.GIS通过MapX的空间数据结构构建数据模型，将客流量的分布信息通过程序实现可视化显示。

作为优选，在步骤a中，所述IC卡数据包括上车站点和下车站点字段。

作为优选，在步骤b中，所述数据预处理的过程依次为数据收集、数据清理、数据变换和数据集成；

数据收集：由数据采集机提供原始数据，在数据仓库中将原始数据筛选并分类存储；

数据清理：清理数据仓库中的冗余数据、过时数据，对噪声数据进行错误纠正，对数据缺失进行补充操作；

数据变换：是将数据从一种表示形式变为另一种表现形式的过程，主要是由于数据量的不断增加，原来数据构架的不合理，不能满足各方面的要求，由数据仓库的更换，数据结构的更换，从而需要IC卡数据本身的转换；

数据集成：通过应用间的IC卡数据交换从而达到集成，解决数据的分布性和异构性的问题。

作为优选，在步骤d中，所述实现可视化的步骤为：

（1）图像和数据的记录；

（2）对数据进行计算和处理，使图像和数据交互，得到数据反馈；

（3）向用户显示图像和信息交互后的数据。

作为优选，包括文件功能模块对公交信息可视化系统打开和保存；查询模块对线路和站点的查询；地图操作模块实现选择、放大、平移、缩小、全图显示、添加式作点、添加图层、图层属性和图层控制；选择操作模块通过鼠标点击进行点选、圆形选择、矩形选择和多边形选择完成工作区的选取，系统将高亮显示选中的区域，图层的表结构也将在界面的Treeview中显示出来；数据绑定模块将数据库中的表与某一图层绑定起来，实现线路信息与公交线路图层的绑定，站点信息与公交站点的绑定；专题图模块通过颜色、渲染及符号大小在地图上表现属性数据，增加数据的可视性；统计分析模块是统计分析结果；数据输出模块是将统计分析的结果通过可视化显示。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

一、实现公交信息的可视化，有利于公交场地规划、提高公共交通信息管理服务水平、合理布置公交线网、科学制定公交运营计划、保障公共交通的可持续运行；

二、IC卡的信息字段通过可视化显示，使用户能更清楚的了解客流量，方便运营者做决策。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明的数据预处理和数据分析示意图；

图3为本发明的MapX的空间数据结构示意图；

图4为本发明的功能模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1、2、3所示，一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，由车载终端系统采集动态的公交IC卡数据与从公交网上下载的静态公交站点和公交线路信息，建立数据仓库。IC卡的数据包括卡编号、消费额、卡余额、消费日期、消费时间、线路编号、车辆编号、上车站点和下车站点信息；公交站点信息包括站点位置、站点编号和相邻站间距；公交线路信息包括线路编号、站点名称、站点编号、站点数、起点站位置、终点站位置和中间站点位置。

对数据仓库中的数据进行预处理，即筛选、清理冗余数据，保留IC卡上需要进行分析的数据，如IC卡的卡编号数据、消费额数据、卡余额数据、消费日期数据、消费时间数据、线路编号数据、车辆编号数据、上车站点数据和下车站点信息数据等。数据预处理为数据收集、数据清理、数据变换和数据集成；数据收集是由数据采集机提供原始数据，在数据仓库中将原始数据筛选并分类存储；数据清理是清理数据仓库中的冗余数据、过时数据，对噪声数据进行错误纠正，对数据缺失进行补充操作；

数据变换：是将数据从一种表示形式变为另一种表现形式的过程，主要是由于数据量的不断增加,原来数据构架的不合理,不能满足各方面的要求,由数据仓库的更换，数据结构的更换，从而需要IC卡数据本身的转换；

数据集成：通过应用间的IC卡数据交换从而达到集成，解决数据的分布性和异构性的问题，其前提是被集成应用必须公开数据结构，即必须公开表结构，表间关系，编码的含义等。

利用数据分析方法对预处理过的公交IC原始数据进行分析，得到客流量的分布信息；

GIS通过MapX的空间数据结构构建数据模型，将客流量的分布信息通过程序实现可视化显示。

实现可视化的显示有以下步骤：

(1)对图像和数据的记录；

(2)对数据进行计算和处理，使图像和数据交互，得到数据反馈；

(3)向用户显示图像和信息交互后的数据。

通过可视化显示所需数据，了解某一时间段的客流量，提高公交运行调度控制能力和运营效率

如图4所示，利用了MAPX作为开发工具、采用CIS技术通过可视化编程，对可视化显示进行模块化控制，系统模块化包括文件功能模块、查询模块、地图操作模块、选择操作模块、数据绑定模块、专题图模块、统计分析模块和数据输出模块；

文件功能模块实现打开和保存公交信息可视化系统；

查询模块实现对线路和站点的查询；

地图操作模块实现选择、放大、平移、缩小、全图显示、添加式作点、添加图层、图层属性和图层控制，其中图层属性是查看图层的相关属性信息，图层控制加入或删除图层，可改变图层之间的叠放次序；

选择操作模块通过鼠标点击进行点选、圆形选择、矩形选择和多边形选择完成工作区的选取，系统将高亮显示选中的区域，图层的表结构也将在界面的Treeview中显示出来；

数据绑定模块将数据库中的表与某一图层绑定起来，实现线路信息与公交线路图层的绑定，站点信息与公交站点的绑定。

专题图模块通过颜色、渲染及符号大小在地图上表现属性数据，增加数据的可视性；

本实验使用了MAPX专题图中的6种，如下表所示：

中文名称	英文名	功能
			范围专题图	miThemeRanged	将数值类型属性数据分级别，并按照级别符号化地理对象。
分级符号专题图	miThemeGradSymbol	将数值类型属性数据分级别，不同级别的地理对象使用不同符号表示。
			点密度专题图	miThemeDotDensity	由点密度模式描述地理元素，点的密度由地理对象的数值型属性数据决定。
个别值专题图	miThemeIndividualValue	唯一的属性值符号化地理元素
			柱状专题图	miThemeBarChart	由地理对象的数值型属性生成
饼状专题图	miThemePieChart	由地理对象的数值型属性生成

各专题图的实现主要与Theme对象、Theme集合及ThemeProperties对象相关。

Theme集合的主要方法：

Add方法：用于向Themes集合中添加一种专题图。

其语法如下：

[Themes].Add([Type],[Field],[Name],[ComputeTheme])

Remove方法：用于删除Theme集合中的指定Theme对象，同时取消由该对象生成的专题图。

其语法如下：

[Themes].Remove([Type],[Field],[Name],[ComputeTheme])

RemoveAll方法：删除Themes集合中所有Theme对象。

统计分析模块是统计分析结果；

数据输出模块是将统计分析的结果通过可视化显示。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (5)

1.一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，其特征在于:

a.采集动态的公交IC卡数据与静态的站点信息和线路信息，建立数据仓库；

b.对数据仓库中的数据进行预处理，保留所需要的数据；

c.利用数据分析方法对经过预处理过后的公交IC卡数据进行分析，得到客流量的分布信息；

d.GIS通过MapX的空间数据结构构建数据模型，将客流量的分布信息通过程序实现可视化显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，其特征在于，在步骤a中，所述IC卡数据包括上车站点和下车站点字段。

3. 根据权利要求1所述的一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，其特征在于，在步骤b中，所述数据预处理的过程依次为数据收集、数据清理、数据变换和数据集成；

数据收集：由数据采集机提供原始数据，在数据仓库中将原始数据筛选并分类存储；

数据清理：清理数据仓库中的冗余数据、过时数据，对噪声数据进行错误纠正，对数据缺失进行补充操作；

数据变换：是将数据从一种表示形式变为另一种表现形式的过程，主要是由于数据量的不断增加，原来数据构架的不合理，不能满足各方面的要求，由数据仓库的更换，数据结构的更换，从而需要IC卡数据本身的转换；

数据集成：通过应用间的IC卡数据交换从而达到集成，解决数据的分布性和异构性的问题。

4.根据权利要求1所述的一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，其特征在于，在步骤d中，所述实现可视化的步骤为：

（1）图像和数据的记录；

（2）对数据进行计算和处理，使图像和数据交互，得到数据反馈；

（3）向用户显示图像和信息交互后的数据。

5.根据权利要求1所述的一种基于MapX建立的GIS公交信息可视化方法，其特征在于：包括文件功能模块对公交信息可视化系统打开和保存；

查询模块对线路和站点的查询；

地图操作模块实现选择、放大、平移、缩小、全图显示、添加式作点、添加图层、图层属性和图层控制；

选择操作模块通过鼠标点击进行点选、圆形选择、矩形选择和多边形选择完成工作区的选取，系统将高亮显示选中的区域，图层的表结构也将在界面的Treeview中显示出来；

数据绑定模块将数据库中的表与某一图层绑定起来，实现线路信息与公交线路图层的绑定，站点信息与公交站点的绑定；

专题图模块通过颜色、渲染及符号大小在地图上表现属性数据，增加数据的可视性；

统计分析模块是统计分析结果；

数据输出模块是将统计分析的结果通过可视化显示。