基于大数据的城市交通可视化技术研究

刘芳芳　张锦涛　黄杰

摘要：本文以城市交通数据可视化为研究对象，介绍了一种基于大数据的城市交通可视化系统，进而探讨了交通数据可视化的方法与实现，从总体框架、前台实现、后台实现、分模块实现几个方面进行研究，该系统主要采R语言进行数据的分析与处理，然后通过Echart、D3等外部类库来调用R语言分析所产生的结果，进一步生成可视化图表。

关键词：城市交通;数据可视化;R语言

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）05-0092-01

0 引言

随着大数据时代的到来，对于数据的挖掘与应用已经在各行各业大受欢迎，大数据的分析已经成为了各个领域的核心竞争力[1]。近年来，我国城市基础设施建设的迅猛发展，产生了大量的数据，目前，交通大数据的总量已从TB级跃升为PB级并仍在不断攀升，这些大数据每天不间断地产生，具有不同格式、不同结构的特征，要想直接抽取其背后隐藏的规律和模式非常困难，因此，比较理想的处理方法是“信息可视化”。

信息可视化技术是一种把复杂或抽象的信息以直观形象的方式呈现出来并快速被人理解的手段。如何运用大数据技术，对城市交通大数据进行可视化分析，研究城市交通的分布规律和模式，为交通监管和规划提供决策支持，是智能交通发展的重要方向[2]。

1 设计理念

在交通数据领域中，虽然已经有大规模的数据产生，但是现有的数据中各个城市的数据相互独立，存在数据分散储存、结构不统一和数据不完成等一系列问题，因此该系统将分布广泛的数据整理处理，并且采用黑、白、蓝、红四种颜色为主色调来展示可视化效果，通过这四种颜色的强烈碰撞，给用户一种简约又充满生机的视觉感受;增强用户的使用兴趣，从而来增加网页的浏览，促进网页的推广使用。

2 总体架构

本系统搭载了Tomcat 7.0服务器，前台界面通过Java SSH框架来实现，用R语言加载相应类库然后对对应的数据库进行访问，然后通过Echart、D3等外部类库来调用R语言分析所产生的结果，进一步生成可交互的可视化图表。

3 前台实现

本系统采用了Struts作为系统的整体基础架构，用于MVC的分离，在Struts框架的模型部分，控制业务跳转，利用Hibernate框架来对持久层提供支持，而Struts和Hibernate用Spring来管理，Spring是一个轻量级的框架。

4 后台实现

后台通过R语言来实现数据分析与处理，并将结果返回前台界面中。R 语言是一套由数据计算、操作和图形展示功能整合而成的套件。包括：有效的数据存储和处理功能，一套完整的数组（特别是矩阵）计算操作符，拥有完整体系的数据分析工具，为数据分析和显示提供的强大图形功能，是一套（源自S语言）完善、便捷、有效的编程语言（包括条件、循环、自定义函数、输入输出功能），使用R语言简化了系统的数据处理，大大地提升了系统的性能。

5 分模块实现

按照实现功能的不同，将模块分为上传模块、数据读取、数据处理、数据挖掘与分析、下载与截图等模块。系统功能模块图如图1所示。

5.1 上传模块

数据上传模块完成文件型数据集的上传，支持的文件型数据格式有csv和txt，并在 上传时自定义数据分隔符，是否含有首行变量等信息。在文件上传的模块中主要采用了SWFUpload工具，SWFU pload是一个客户端文件上传工具， 最初是由Vinterwebb.se开发， 它整合了Flash与JavaScript技术，为Web开发者提供了一个具有功能丰富的标签的文件上传模式。在文件上传模块中将需要上传的文件上传至Tomcat服务器中。

5.2 数据读取

数据读取模块分为读取文件型数据和数据库型数据，使用Hadoop进行分布式储存与分布式计算，Hadoop中的HDFS分布文件系统用来储存，海量的数据文件型数据直接从服务器中读取。

5.3 数据处理

数据处理模块包括缺失值处理与数据值预览功能。可以直接在预览框中对缺失数据修 改、删除操作，或者由系统设定的三种缺失值处理方法，直接进行处理。经过处理之后，可对数据集中的信息进行可视化预览，点击统计信息描述，选择预览的数据项与输出图形，这样就可以进行数据预览了。

5.4 挖掘与分析

挖掘与分析运用了K均值聚类分析、关联规则分析与决策树分析。对于这三种分析方法分别采取不同的算法进行数据挖掘分析与结果的展示。

5.5 下载与截图

下载与截图模块可将分析产生的结果直接下载到本地。

6 结语

数据可视化技术提供了一种直观有效的方法。将复杂大量的交通数据通过筛选分析可直观地展现出来城市交通的一些特征。通过这些特征对于国内交通现状有一定的指导作用，可改进我国交通信息记录方式，也為交通部门的改善提供依据与建议。

参考文献

[1] 宫睿.海量城市交通数据可视化与人类出行行为的可视分析研究[D].电子科技大学，2018.

[2] 刘文杰.城市交通大数据可视化框架及实现[J].科技创新导报，2017，14（36）：121-122.