基于Python的数据处理及图形化分析平台的设计开发

张子良，陈俊豪，申明华

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

前言

Excel对于数据的存储和处理存在自身的优势，利用图表、公式和数据透视表对关系简单，规律可循的数据进行处理和可视化。对于较大和繁琐数据最终的结果展示和数据管理功能并不友好，并且存在一定的局限性。

Python作为一个灵活性极高且轻量化的编程语言，可以很好的解决从数据导入、数据清理、数据分析、可视化展示、数据管理等完整的过程。Python不仅在数据处理方面存在先天优势，而且有丰富的数据处理包，使用十分方便，用较少的代码实现复杂的功能。

本文介绍了一种基于 Python的全新的智能数据分析处理及可视化[1-8]展示的主观评估软件设计思路。该主观评估软件搭建了数据库，设置了数据的输入输出通道，并将数据以图形化的方式输出，以文本的方式输出问题，大大提高了评估数据的利用率，对于未来智能化主观评估[9-10]场景提供参考。

1 可视化主观评估展示平台设计

1.1 平台核心技术

可视化数据分析软件采用了开源的Python2.7进行编写，并使用了 matplotlib、sqlite3、xlrd、wx、os、json和 codes等模块。其中Python 2.7 可以直接从网上下载，而模块可以用pip下载。问卷调查是一种典型的主观评价方法，对问卷调查的结果处理是软件的一大优势，调查结果不仅可以存储到数据库中，还能对数据进行处理分析并把数据的结果以图片和文档的形式展示出来。

1.2 平台架构和输入

为了实现主观评估数据的可视化，需要搭建数据库。数据库的内层主要是由车辆信息、人员信息、问卷信息以及问题信息组成，车辆信息和问题信息主要是由初始化文件生成，人员信息和问卷信息是由问卷输入。车型包括三厢轿车、两厢轿车、五座 SUV、七座SUV、五座 MPV、七座 MPV以及跑车，每个车型对应一个数据库。主观评价的流程是选取一定数量的测试者，对某款车型的关于人机问题进行评价打分。例如，方向盘的前后位置是否合适，加速踏板初始位置是否合适等。

其中评估人员信息有编号、姓名、性别、年龄、驾龄、身高、体重；车辆信息有编号、车名、品牌；问题信息有编号、内容、种类以及问题在对应车型图片上的xy坐标；问卷信息有编号、人员编号、汽车编号、问题评分。数据库平台的输入主要是人、车、问题和问卷四个表格组成，如图1所示，黑色圆圈代表主键，箭头代表外键。

图1 数据库结构关系

1.3 可视化展示

软件运行后会出现一个可以操作的图形用户界面，如图2所示。界面主要涉及对数据库、车型、问题、问卷以及结果的操作，不同车型的调查问卷可以导入数据库中，并实现数据库的更新。调查问卷的具体条目根据不同车型去设定，不同车型也可以采用相同的调查问卷，问卷主要涉及整车开发前期与人机相关的工程问题。例如，头部空间、腿部空间、车门扶手高度、门槛高度、娱乐屏手伸及范围等上百条问题。

不同乘员对主观问题评价方式不同，且评价标准不一致，为了获得数据的全面性，需要更多乘员的评估数据。随着车型的增加以及调查问题的更改，评估数据的数量越来越大。通过数据库中的SQL语句的编译，只需创建一次过程就可以任意次调用，对于大量数据的处理仅仅是重复性的简单调用，提高了数据库的执行速度。

初始化数据库：会生成数据库及其四个表，并根据事先准备好的 Cars.xlsx与 Questions.xlsx文件添加表 Cars和Questions中的条目。

打印数据库：可以打印数据库中所有表中的所有条目。增加/编辑车型：输入车型信息，根据输入编号自动选择增加或者编辑功能。如图3所示。对已存入数据库的车型可以调用查看，也可以增加新的车型信息。

图2 人机工程可视化界面

图3 车型输入界面

删除车型：输入想删除车型的编号，若不存在会有提示。在车型、问题以及问卷这三项内容中均增加了删除选项，方便剔除过时的车型信息。为了保证数据库运行效率和存入数据的可操作化，设置删除选项是解决问题的关键。

增加/编辑问题：输入问题信息，根据输入编号自动选择增加或者编辑功能。每个问题对应一个编号，通过输入编号或者问题信息，均可以得到调查人群对该人机问题的评价。查询问题的界面如图4所示。

图4 输入问题界面

删除问题：输入想删除问题的编号，若不存在会有提示，如图5所示。问题的删除需要谨慎操作，如果不慎删掉可用的数据，需要初始化数据库，恢复到原始的录入数据。

图5 删除问题界面

某车型主观评估问卷测试结果使用该分析平台导入。导入问卷：首先要输入问卷针对车的编号，然后选择问卷的csv文件(可多选)，问卷中若有问题空白或重复会按照Null赋值，并在计算中跳过。

图6 Mazda-CX5主观评价在图形上的输出结果

输出结果：能为数据库中存在评价的车型输出结果图和一个简单的评价文档。其中图6为Mazda-CX5的输出结果图，图形展示了车型的二维轮廓，并且将主观评价的人机问题显示在车身对应的位置，用不同的颜色代替评价的关注度，图中各种颜色的圆点代表车身对应位置的人机问题。为了方便查看关注度高且重叠的区域，输出评价问题的具体内容，如图7所示。

图7 马自达CX5主观评价的文本输出

2 平台特点与优势

通过该平台可以对数据进行读写和增减，可以添加新车型的主观评价数据并保存在数据库中。更加方便的查询不同车型的人机主观评估问题，利用对应车型图片的坐标定位显示出人机问题的具体位置，通过文本输出人机评估的具体问题和具体结果，不同颜色区分评估结果的差异。

对于关系复杂、体量较大的数据经过数据库的处理分析并对程序进行封装，得到一个可视化的输出界面，可以更加有效的观察、操纵、对比和理解数据，发现隐藏在信息内部的特征和规律。

3 结论

人机工程主观评估可视化分析软件考虑了人、车、问卷、问题四者之间的关系，并利用Python对数据进行计算处理，得到直观形象的可视化界面，实现了整车开发过程中人机工程的快速检验。

不同车型的人机工程问题对比、结果输出在三维汽车图形中的显示、输出界面的多功能化是接下来需要进一步完善的内容。