城市交通時空數據可視化研究

李一凡，楊 帆，余正紅

（武漢科技大學城市學院，湖北武漢 430083）

0 引言

城市中的交通出行問題是目前制約眾多城市發展的首要問題。解決交通問題的第一步是解決城市交通管理與調度問題，其實質是對各種交通信息進行合理地管理、調度及處理。現有時空數據模型被應用于各個行業，可進行時空信息的管理與查詢。但相關數據信息通常是離散化的片段信息，存在信息孤島與豎井現象，無法滿足指揮人員對各行業環境中時空全息信息的快速查詢需求。因此，首先需要一種全新的能夠描述全息信息的時空數據模型，其次需要一套時空數據庫管理系統對交通環境中的全息數據進行存儲與管理。在此基礎上，還需要一系列全息時空數據的表示、整理、加工與融合方法，以支持交通環境中對象實時信息、連續歷史軌跡、對象態勢預測信息以及綜合態勢預測信息的多尺度快速查詢。

實際中收集的信息是離散、片段化的，而不同角色需要的信息又是多樣化的，目前亟需對信息進行處理加工，從而為不同角色提供不同層級、從離散到連續、從歷史到未來預測的各種信息。因此，本文提出一種全新的多層次交通環境信息融合數據模型。

1 相關工作

1.1 時空數據模型研究現狀

國內學者針對時空數據模型進行了長時間研究，但現有模型主要研究各種類型對象的離散時空信息表示，無法支持對象的連續時空信息表示。目前也暫未在此基礎上形成相應的時空數據庫管理系統，對時空數據進行有效的存儲與管理［1］。

在時空數據模型的實際應用方面，從2000 年以來，該模型結構的建立與改進更多地是用來滿足特殊行業和研究的需要。如David 等［2］提出基于圖論的時空數據模型，尹章才等［3］和黃照強等［4］又對該模型進行了更深入的擴展研究及延伸實驗；Rasinm?ki 等［5-6］針對自然林分設計了一種以嵌套地理實體類結構為基礎的環境資源時空數據模型，之后又進一步探究并新增了時空數據處理、時空數據查詢和林分模擬分析等功能；薛存金等［7］面對連續漸變地理實體，提出面向過程的時空數據模型；Lyell 等［8］導入時空坐標概念，并提出基于Web 本體語言（OWL Web Ontolo?gy Language，OWL）的時空數據模型；Wang 等［9］提出在時間段內檢索臨時基態與修正態的時空數據模型；Anh 等［10］提出一個新的四維時空數據模型（TUDM），該模型旨在簡化將語義對象融合到指定應用程序的過程；龔健雅等［11］根據實時GIS 中各種地理要素特點及存儲管理要求，提出一種面向動態地理對象與動態過程模擬的實時GIS 時空數據模型；張忠貴等［12］搭建網絡時空數據模型（NSTDM），并通過鄔群勇等［13］的時態地理燃氣管網進行實例驗證。

此外，章明［14］基于GIS 方法對綦江縣地質災害時空分布特征進行分析，王家耀等［15］提出時空大數據面臨的挑戰與機遇，張艷梅等［16］基于時空地理信息數據分析區域規劃實施效果，分別從時空分布、時空機遇、具體實施等角度對如何充分發揮時空地理信息大數據在區域規劃方面的服務保障作用進行了研究。

1.2 本課題研究內容

本文將城市中的大量交通環境信息收集起來，經過加工、整理、融合，按照不同角色分發相應內容，構造交通環境時空數據多層次模型，建立點、線、面、數據4 層體系結構，定義點、線、面、數據表達標準，提出一套時空域環境中的對象多尺度動態可視化方法，收集交通中不同粒度對象對應尺度位置、歷史運動軌跡以及預測的運行軌跡等，并實現結果的可視化展示。

第一步：對一系列全息時空數據進行收集=>加工=>整合=>融合，以支持對交通環境中對象實時信息、連續歷史軌跡、對象態勢預測信息及綜合態勢預測信息的多尺度快速查詢。同時進行信息的融合加工，為不同角色（如行人、指揮人員等）提供不同層級、從離散到連續、從歷史到未來預測的各種信息。

第二步：細化發布內容，以此構建交通環境時空數據多層次模型。

第三步：借助現有技術，通過PC 端ArcMap10.2 及移動端Baidu-Apache ECharts，對多層次模型進行實時的可視化展示。

1.3 本文創新點

（1）以往針對城市交通數據一般只是進行統計，而單純的數字數據無法將當時的交通狀況很好地展示出來，因此很難直觀獲取所需信息，而可視化的城市交通時空數據可提供更加直觀、清晰的圖像數據信息。

（2）目前廣泛使用的各種APP 往往缺乏數據清洗這一步。在完成地理數據信息采集后即直接利用數據進行制圖，通常會造成一些誤差。若數據的真實性、時效性、準確性不能得到保障，用戶獲得的地理信息很可能是滯后的，從而為數據將來的應用埋下一定隱患。因此，完成前期數據采集后，數據清洗是必不可少的一個環節。

（3）本文使用華為云服務器代替公共的云服務，以此保障系統的安全性。此外，借助北斗的時空網格編目對數據進行整合處理，并進行自助式的時空建模，形成交通時空可視化數據模型，以初步構建獨立于六大時空模型以外的獨屬于中國的數據模型——交通信息融合系統數據組織模型，如圖1 所示。

Fig.1 Data organization model of traffic information fusion System圖1 交通信息融合系統數據組織模型

2 理論基礎

城市交通時空數據可視化研究以已有的6 種時空數據模型為基礎，借助多渠道、多層次、多方位的大批量交通數據采集工作，首先清洗數據，篩選出所需的交通數據信息，然后通過兩種方式進行數據整合工作，最后實現數據的可視化，為實現城市交通時空數據可視化研究作前期的理論鋪墊。

2.1 時空數據模型

通過空間數據與衍生的數據源信息，借助與空間地理坐標沒有具體派生關系的屬性信息及時變信息，構成時空數據模型。目前比較具有影響力的時空數據模型主要有以下6 種：時空復合模型、連續快照模型、基態修正模型、時空立方體模型、時空對象模型、面向對象的時空數據模型。此外，還有第一范式、非第一范式、基于事件與歷史圖的模型等時空數據模型，這些模型能夠在時空可視化方面提供有力的數據支持。

2.2 數據采集

為了實現城市交通時空數據的可視化，相關數據信息的采集是必不可少的一環。數據采集分為線上與線下采集兩種方式，不同方式獲取的數據有很大差異。雖然有時線上信息可能會很詳細，但線上數據的真實性往往得不到保障。有時即使數據是真實的，但部分數據的時效性較差，如地理數據等，需要實時進行更新處理。因此，數據的不定期、不定點采集是十分必要的。

此外，數據采集不能僅采集當下的交通數據信息，還需要拉長時間線，從時空角度進行分析與采集，才能滿足對多元化數據的采集需求。

2.3 數據清洗

完成數據采集后，往往會發現一些問題。數據清洗是指通過對數據重新進行審查、校驗，刪除重復數據、錯誤數據與殘缺數據等，并糾正存在的問題，以保障數據的一致性。首先分析數據、定義錯誤類型，并定義清洗轉換規則，然后搜索、識別錯誤記錄，最后修正相關具體錯誤。數據清洗完畢后，將干凈數據回流，用于替換原有數據，以提高原系統的數據質量，還可避免將來再次抽取數據進行重復的清洗工作。有時需要將線上線下操作相結合，在線下分析、線上處理，這樣進行數據清洗效率最高。

3 道路信息收集

道路信息收集需要保障數據的真實性、準確性與時效性，才能將數據應用于實際。因此，在信息收集方面，首先需要分析武漢市交通現狀，然后根據現有資料及后期收集的數據信息作進一步分析處理，最后通過多渠道驗證獲得的資料、數據和信息，如：實地考察、申請查閱政府公開發布的地理信息等，對道路信息收集質量進行判斷。

3.1 武漢市交通現狀

當前疫情期間的交通數據暫不納入研究對象，對近10年網上公開的交通數據（如公交、地鐵、私家車等樣本數據）進行抽樣調查，并對前期實地考察的結果進行分析。

截至2019 年年底，武漢市機動車保有量已超過330萬輛。10 年來，機動車增幅相比常住人口增幅達到了懸殊的15 倍，機動車數量較10 年前已翻了兩三倍，而公路里程的年增長率從2010 年的16.6% 下降到2019 年的8.1%。車輛的激增導致了道路擁堵，而公路里程增長放緩也加劇了道路擁堵情況。

近年來，道路擁堵問題進一步加重。三因素形成的四大矛盾凸顯出來：即人、車、路三因素下，人與車之間的矛盾、人與路之間的矛盾、人與人之間的矛盾，以及車與路之間的矛盾。自2018 年起，武漢開始推行潮汐車道，以緩解交通壓力。2019 年新增多條線路與隧道，同時動工的青山長江大橋、雙柳長江大橋打通了交通阻塞點，而漢江大道也進一步將漢陽至天河機場的交通路線全線貫通，從而有效緩解了武漢市的交通壓力，更好地滿足了市民出行需求。

3.2 道路信息收集渠道

為了采集到更全面的道路交通信息，采用多渠道、多方位的信息采集方式。由于信息存在實時性與滯后性問題，所以在城市線路信息搜集方面，需要不斷進行數據的實時更新。但由于地理信息數據與國家安全密切相關，必須獲得政府同意后才能進行。保障國家地理信息的安全性始終要放在第一位，以防信息泄露。

3.2.1 市政府發布的道路交通線路

借助市政府發布的道路交通線路，不用擔心其準確性與安全性，雖然相關信息可能有所滯后，但依然大大減小了信息采集工作量。直接利用現有數據信息，將其作為實地道路考察的補充材料，并對照實地考察情況進行核對校驗，對與現實有出入的部分進行補充更新，同時也可將以往的道路信息材料作為參考進行對照。

當前武漢的“8+1”城市圈以武漢為核心，與周邊黃石等8 個城市共同構建完備的城市圈交通運輸體系，這將推進城市的交通一體化，極大地緩解交通壓力。在2019 年初發布的武漢市城市總體規劃圖中，主城配合新城，加上三副城與三組團的布局，以“核，極，園，圈”4 個層次展開的新格局，將進一步推動武漢道路交通的發展。利用市政府發布的道路交通線路，可借助中觀動態交通仿真獲取模擬交通數據，通過比對，同時結合實地考察結果，對相關數據進行匯總、校驗，得出線路實時狀況、當前潛在風險與調整措施。

3.2.2 國家地理信息公共服務平臺上的道路交通線路

借助國家地理信息公共服務平臺上的道路交通線路，可解決目前的信息孤島和數字鴻溝問題。可通過省級和地級市地理信息服務機構獲取信息基地中的地理數據信息，并利用在數字城市中獲取的數據進一步構建實時地理模型，最終完成可視化目標。但只有遵守地理實體數據規范、地名地址數據規范等具體規范要求，才能獲取相關服務。

目前該平臺已為全國提供了1∶5 萬的矢量電子地圖、精確到200m 的影像電子地圖以及1∶100 萬的全球高程數據等，可提供GIS 等各類符合規范的服務應用，同時能通過申請獲取精度更高的矢量地圖，以滿足人們的實際需求。此外，使用國家地理信息公共服務平臺，也可將自己實地考察的道路信息進行共享，以滿足相關數據的實時更新需求。

4 道路交通可視化研究

4.1 城市道路信息整合方法

目前主要采用兩種方式進行城市道路信息整合：

（1）采用美國環境系統研究所ESRI 開發的GIS 系統，借助ArcMap 搜索、展示、解析數據，形成圖表，并能以數據視圖和編輯視圖兩種不同方式展現。

（2）采用云技術，借助智能大數據的服務支持，完成城市道路信息的數據前期采集與融合處理。同時可借助智能云計算強大的運算處理能力，實現實時數據的即時更新與整合。以北斗衛星多種時空網格編目的方式進行整合處理，不僅能獲取詳實的地理數據信息，還可確保其安全性。

4.1.1 傳統ArcMap

在傳統的ArcMap 中，可從國家地理信息公共服務平臺獲取相關底圖數據的.shape 文件及相關參數信息的.dbf文件，也可自己手動創建文件。

首先需要在ArcGIS Online 中添加相關數據，然后在layers 中新建底圖圖層，接下來進行識別，在對話框中顯示相關屬性值，對當前位置進行修改，也可直接在地圖上選定區域，通過滾輪進行縮放。之后在查找中輸入China，進入中國的可見圖層，通過平移、識別、選擇，將其新建至圖層組。由于.shape 文件是從平臺上下載的數據文件，只有大概輪廓，因此具體道路需要自行鋪設。目前提供的底圖只有武漢市的區縣輪廓圖及主要江河支流，因此需要使用ArcMap 符號選擇器，如圖2 所示。

Fig.2 ArcMap symbol selector圖2 ArcMap 符號選擇器

在ESRI 中，選擇公路及公路匝道進行主干道鋪設，之后打開圖層屬性，輸入歷年人口密度情況，完成對人口稠密程度的設置，并補充數據表中相關數據信息，并根據所選要素創建圖層。

在編輯器工具欄上點擊創建要素工具，如圖3 所示，選擇計劃路線Planned Road，雙擊端點創建道路要素，也可添加相應的圖例信息、比例尺等規范地圖，通過插入Scale Bar 以插入相應比例尺。在數據框選項中，可更換名稱為Wuhan，設置經緯度范圍為東經113°41′～115°05′、北緯29°58′～31°22′。由于武漢市的經緯度是一個區間，所以選取中心值為確定值，即中心經度、中心緯度分別取中心值114°和30°代入。進入XY 工具，可在參考比例中選取合適比例，如：1∶1 000 000，展示地圖并將其連接至Excel 表。右鍵點擊Wuhan，指向連接和關聯，在連接數據窗口中選擇首項設置。這里選擇Wuhan_state 作為連接所依據的字段，完成設置。在瀏覽按鈕中添加地圖至文件夾，雙擊Wu?han Data.xlsx，之后雙擊Sheet1$（第一個表單）作為要連接的表。

Fig.3 ArcMap edit route characteristics圖3 ArcMap 編輯路線特征

最后確認state，點擊連接數據窗口底部的驗證連接，查看是否通過驗證。驗證后關閉該窗口，單擊確定以連接表。接下來，打開Wuhan_state 的屬性表，在表中添加相關字段state 等后保存，選擇該表指向數據即可，至此初步完成了ArcMap 中城市道路信息的整合。之后創建一個Web系統，即可在頁面中實時查看相關數據，但這里考慮到國家道路信息數據可作為國家安全方面的數據信息，因此不采取共享形式。

4.1.2 云平臺

云平臺的管理與使用無疑會比傳統的ArcMap 便捷許多，雖然在安全性上遜于之前的斷網保護，但優勢也很明顯，可借助云平臺實現移動設備的在線使用，同時降低了使用起步標準。目前最佳選擇是華為云，其采用“云—管—端”的戰略方針以及分層與縱深防御理念，聚焦I 層、使能P 層、聚合S 層，致力于提供安全、中立、可靠的IT 基礎設施云服務，但也存在偶爾不穩定的問題。

首先，需要購買華為云主機，完成相應配置后，以root權限登錄，進入彈性云服務器；然后，對CentOS-Base.repo文件進行數據拷貝與存儲，利用curl 命令將對應版本的CentOS-Base.repo 文件存入目錄/etc/yum.repos.d/中，借由執行yum makecache 命令產生相應緩存；進入鯤鵬架構圖形化界面，執行# apt-get update 對軟件庫進行更新；執行語句# apt-get install ubuntu-desktop，安裝Ubuntu 圖形化桌面。

云服務器重啟后，遠程桌面可以正常連接，然而遠程連接依然只能使用guest 帳號，而不能選擇其他用戶。guest 用戶可以免密登錄，如果其他用戶需要登錄，則需修改root 用戶權限。執行#vi/usr/share/lightdm/lightdm.conf.d/50-ubuntu.conf，修改50-ubuntu.conf 配置文件，將其修改為［Seat：*］user-session=ubuntu greeter-show-manual-login=true allow-guest=false，執行#～/.profile：executed by Bournecompatible login shells.if［“$BASH”］；then if［-f～/.bashrc］；then.～/.bashrcfifitty-s&&mesgn||true，編輯root/.profile 文件。重新啟動后，即可通過root 賬號登錄。最后將ArcMap、ECharts 及.shp 文件部署至云，從而通過云平臺實現實時道路信息的查詢與更新。由于部署在云平臺上，有利于擴大受眾影響范圍，但也存在針對網絡襲擊的安全防護等問題。

4.2 可視化原理

針對交通環境時空數據的可視化，首先采用5W1H 模式進行數據采集與歸納。首先Why，為什么要對交通環境時空數據進行收集；Who，數據是由誰產生的；Where，數據來源于哪里；When，數據是在什么時間段采集的；What，數據是由什么產生的；How，通過什么途徑采集數據。

之后，需要對數據進行查漏補缺，通過數據清洗、去噪等處理方式明確數據指標，確定數據之間的關系。常見的數據之間的關系有7 種類型：地理型、關聯型、區間型、分布型、趨勢型、對比型和比例型。考慮到本文主要進行的是交通環境時空數據的可視化，因此研究側重點為地理型。

借助于地圖上的位置信息數據，以此顯示差異化的地理分布區域狀態，根據具體的空間維度差異，可分別通過二維地圖與三維立體地圖兩方面進行考慮。可視化還需要在最短時間內使用戶直接、有效地獲得最核心的數據信息。

經過可視化的布局設計以及數據的圖形化展現，以聚集、平衡、簡潔三大原則完成總體布局設計。在數據圖形化呈現方面，還需要考慮到兩個層面的問題：一是數據層面，如果在數據中存在極端值或較多分類項時，將在一定程度上影響可視化效果；二是非數據層面，在圖表及二維與三維地圖中，對于輔助性的次要元素，應進行處理后再部分顯示出來，以避免對用戶視覺造成干擾。

由于數據的可視化往往顯示的是一個二維空間，為了達到實際交通的三維可視化效果，還需要通過具體的圖形繪制對其不斷進行補充與更新。除數據信息采樣、數據屬性變換、對應數據的可視化與映射外，數據可視化處理與其它數據分析處理方法的最大差異在于與用戶的實際互動。某一時段、某一空間的數據是恒定的，然而用戶從可視化中獲得的體驗是存在差異的，并且不同用戶在其中獲得的信息往往也有一些不同之處，因此還需要將數據的線性與非線性聯系借助圖形圖像表達出來。可視化界面在協助用戶進行分析時，可以一目了然地看到具體參數或算法的變更，從而提高模型的實時評估效率。

4.3 城市道路信息可視化實現

通過上述方法對城市道路信息進行梳理與整合，為可視化模擬提供有力的數據支持，同時通過實地考察以及多方位、多渠道的數據收集，借助ArcMap 與ECharts 實現道路信息的可視化模擬。

本文使用ArcMap 完成城市道路信息的可視化模擬，通過在不同圖層建立初步地理信息，然后將道路交通線路分別以相同比例尺進行布設，通過不同顏色線條建立城市交通的主干道、支道等交通要道。同時，在進行二維交通線路地圖模擬時，還需要考慮現實中稠密的三維交通要道，如立交等。由于在二維平面中會發生重疊錯位的情況，因此在進行可視化模擬時，需要將二維平面當作三維空間進行道路交通線路的鋪設，一次鋪設一條完整的線路，才不易造成混淆或發生錯誤。此外，ArcMap 中也支持建立城市3D 模型，在此基礎上鋪設的道路交通線路即是三維的，但建模需要的時間也以幾何倍數增加。

完成ArcMap 建模后，在ECharts 中構建立體交通線路，但在ECharts 中不用像ArcMap 中一樣需要手動建模，可以直接通過代碼進行構建。此外，除北斗、市政府以及國家地理信息資源網上的地圖數據外，還可借助目前開源的API 接口擴充地圖資源數據，從而獲取多樣化的數據支持。

4.3.1 ArcMap 可視化

傳統ArcMap 可視化是借助ArcGIS 進行制圖，然后通過Web 系統將ArcMap 中的地圖線路進行可視化展現，也可使用GIS 旗下的ArcGIS 將地圖線路的空間構圖展現出來。最后將完成的制圖聯網進行展示，從而實時更新道路交通線路。

此外，ArcMap 作為一款專業制圖軟件，相比其它軟件具有很多優勢，比如精準的制圖細節，以及對地圖線路的準確顯示等。人們不僅可以直接使用其制作地圖，而且可借助ArcGIS 聯通網絡，將地圖信息上傳至網絡服務器，以提升地圖的實時性。另一方面，ArcMap 的制圖具有極其詳實的數據信息，可結合數據表選擇錨點進行數據補充。Ar?cMap 的可視化可將道路交通線路展現出來，同時將具體路況信息存入相關數據表中，成為道路數據的一部分，從而極大地豐富了相關數據，并為后期的道路情況預測提供有力支持。當然該軟件也存在不足之處，如體積較大，且不便使用。

獲取武漢市行政邊界點數據相關代碼如下：

具體操作步驟如下：

步驟一：創建武漢市行政邊界的線要素，添加線字段及排序字段。線字段表示該點屬于哪條線，排序字段表示點在線中的位置。接下來創建武漢市的行政邊界線，只需將點按順序連接形成閉合線即可。

在實際操作中，先添加線字段及排序字段，重新建立點圖層。打開ArcTollbox，在“數據管理工具”—“要素”—“點集轉線”中，選擇輸入要素為本文的點要素文件。設置好線字段和排序字段，點擊“閉合線”，確定即得到閉合線的.shp 文件（見圖4）。

Fig.4 Transformation of point set into lines圖4 點集轉線

步驟二：創建武漢市行政邊界的面要素。直接在上述線的基礎上生成面，打開ArcTollbox，在“數據管理工具”—“要素”—“要素轉面”中，選擇輸入要素為線圖層。設置好XY 容差，即可得到行政區的面.shp 文件（見圖5）。

Fig.5 Transformation of elements into surfaces圖5 要素轉面

步驟三：創建武漢市中心交通時空圈。在“數據管理工具”—“要素類”—“創建漁網”中，模板范圍選擇面圖層，設置行數和列數，幾何類型選擇“POLYGON”，創建完成漁網（見圖6）。

Fig.6 Fishing net creation圖6 漁網創建

步驟四：執行圖層取交集命令。在“分析工具”—“提取分析”—“裁剪”中設置相關參數，選擇輸入要素為需要裁剪的要素，裁剪要素為裁剪的模板，裁剪完成（見圖7）。

Fig.7 Cropping elements圖7 裁剪

步驟五：在“打開屬性表”—“連接和關聯”—“連接”中，點擊相應的xlsx 文件，為每個網格附上相應屬性值（人口密度與市中心距離等），然后點擊圖層“屬性”—“符號系統”—“數量”—“分級色彩”，設置好“值”和“類”，即得到時空分布圖。

線路示意圖如圖8 所示。

Fig.8 Route diagram圖8 線路示意圖

根據高峰時段和平峰時段的交通時空圈，使用武漢500*500 格網數據中心經緯度獲取各地到達市中心所需時間。源碼如下：

4.3.2 Baidu ECharts 可視化

相較于上述傳統的ArcMap，作為開源項目的ECharts具有更大的發展潛力。與北斗進行合作的ECharts 將擁有不遜色于ArcMap 的地理精度，此外，其可視化界面十分適應移動端。相較于ArcMap 龐大的體積，ECharts 甚至不需要下載任何軟件，獲取數據也更加便捷。對于開發者而言，開源意味著自由、創新，因此ECharts 的應用前景更加廣闊。ECharts 的可視化能力目前取決于目標代碼的詳細精度。

4.3.3 分布式交通環境時空信息數據庫管理系統

通過以上兩種方式實現的可視化，可支持分布式交通環境時空信息數據庫管理系統構建。系統統一融合地面、空中和地下范圍內不同類型和粒度的交通環境信息，支持全市范圍內多尺度交通環境信息的一體化組織、存儲與管理，支持時間維，同時具備多中心交通環境數據同步更新能力。系統體系架構包括時空數據服務器、時空數據管理系統、時空信息運行與維護系統以及時空信息智能處理系統，如圖9 所示。

Fig.9 Architecture of traffic information fusion system圖9 交通信息融合系統體系架構

（1）時空數據服務器。時空數據服務器是一個用于4類交通環境時空信息一體化組織、存儲與管理的分布式、多中心、異構的數據服務器，其具有全局外模式、全局概念模式、分片模式、分布模式等多種模式。

（2）時空數據管理系統。具備數據存取、數據組織與管理、數據庫定義與創建等功能。

（3）時空信息運行與維護系統。具備數據庫運行控制與管理、數據庫建立與維護等功能。

（4）時空信息智能處理系統。系統主要面向軍事領域，其中應用了多層次、多尺度、多粒度數據的分發技術及智能算法，以及時空數據預測、干預、推演智能算法。

4.3.4 原型系統

交通環境時空信息融合框架與數據模型如圖10 所示，主要包含基礎設施層、虛擬化服務層、服務平臺層與交通應用層。

5 結語

城市交通時空數據可視化研究是基于ArcMap 與ECharts 的大量數據進行的。當前武漢的道路交通線路可通過ArcMap 進行建模，也可通過ECharts 直接獲取模型數據，而跳過建模這一步，但相對而言該方式獲取到的數據不夠精確。一個作為PC 端的軟件，一個作為移動端的應用，二者從不同角度實現了武漢城市交通時空數據的可視化。通過前期對大量數據的采集、梳理，之后利用兩種方法進行數據清洗與整合，最后進行兩種途徑的可視化模擬，成功構建了武漢城市內交通模型。錄入往年數據之后，可大致評估得出今年可能達到的峰值數據，從而對未來可能出現的交通情況進行預判。

Fig.10 Traffic information fusion prototype system圖10 交通信息融合原型系統

通過城市交通時空數據的可視化研究，將武漢近10年來的交通數據進行梳理、整合，得到最接近目前交通情況的數據（新冠肺炎疫情發生之前的數據）。發現歷年來每個時期的數據出入不大，僅在有限范圍內變動，說明城市交通數據在時空上具有穩定性，不會因個體的突然變化而發生改變。通過對相關數據的分析，發現城市交通具有時空重復性，會隨著時間進行周期性往復。從空間上看，城市交通具有輻射性，從市中心輻射至郊區，密度也逐步降低；從時間上看，早晚兩個高峰時段的交通最為繁忙，中間時段則趨于平緩，也從側面反映了武漢人真實的生活情況。

在研究中遇到的最大難題是地理數據信息的獲取，因為要保證獲取的地理數據是真實、準確、實時的，但無論是實地考察，還是市政府發布的信息都不完整。國家地理信息公共服務平臺上雖然有較為完整、詳實的數據信息，但是匿名只能獲取到比例尺為1∶100km 的地圖，實名后雖然能夠獲取到1∶100m 的地圖，數據信息卻往往存在缺失。因此，該研究需要進一步獲得企業或政府支持，才能更好地獲取相關平臺的數據支持，從而真正提高可視化精度。