智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析課件7第七章

1、可交互的數(shù)據(jù)可視化7.1簡介數(shù)據(jù)在量級(jí)及復(fù)雜性上的爆炸性增長使得對(duì)諸如智能交通系統(tǒng)（ITS）等關(guān)鍵領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)達(dá)到了新的高度，而從各種數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的能力又取決于高效易用的數(shù)據(jù)可視化工具。在正確使用數(shù)據(jù)可視化工具的前提下，數(shù)據(jù)可視化將把人類視覺系統(tǒng)高效的模式匹配能力和解決問題的認(rèn)知能力相結(jié)合，通過數(shù)據(jù)的交互展示方法來揭示問題內(nèi)涵 ?？梢暬种ǔ１粎^(qū)分如下：1）科學(xué)可視化通?；谖锢頂?shù)據(jù)，如地球、分子或人體。2）信息可視化通?；诜俏锢韺W(xué)的、抽象的數(shù)據(jù)，如金融數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、文本文檔數(shù)據(jù)和抽象概念數(shù)據(jù)。3）可視化分析技術(shù)強(qiáng)調(diào)使用底層數(shù)據(jù)挖掘算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)表征技術(shù)）來編排交互式數(shù)據(jù)

2、進(jìn)行可視化。7.2智能交通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化代表性的智能交通系統(tǒng)技術(shù)包括汽車導(dǎo)航、旅客信息、集裝箱管理、交通監(jiān)控和天氣信息。美國交通部（USDOT）發(fā)布了年智能交通系統(tǒng)戰(zhàn)略計(jì)劃（20152019），提出了近期的智能交通系統(tǒng)研究及其開發(fā)重點(diǎn)。該戰(zhàn)略計(jì)劃的主要主題包括：提升車輛及道路安全性、增強(qiáng)系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性、限制交通對(duì)環(huán)境影響、促進(jìn)創(chuàng)新以及支持交通運(yùn)輸系統(tǒng)信息共享?，F(xiàn)代智能交通系統(tǒng)通過多種形式產(chǎn)生了前所未有的大量數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)挖掘相同，使用創(chuàng)新的可視化工具是分析理解這些數(shù)據(jù)的關(guān)鍵需求。7.3數(shù)據(jù)可視化的魅力數(shù)據(jù)可視化利用了視覺系統(tǒng)這一人機(jī)信息傳遞量最大的通道。通過利用人類認(rèn)知系統(tǒng)這一重要組成部

3、分，我們可以極大地改善以人為中心的知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程。安斯科姆四重奏在數(shù)據(jù)膨脹的當(dāng)今時(shí)代，數(shù)據(jù)可視化的所有優(yōu)勢(shì)中，進(jìn)行整體數(shù)據(jù)分析的能力是至關(guān)重要的，因?yàn)樗试S探索整體模式并突出細(xì)節(jié)行為。數(shù)據(jù)可視化的獨(dú)特之處就在于它能夠徹底地揭示數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)。7.4數(shù)據(jù)可視化流程數(shù)據(jù)可視化流程是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為交互式可視化圖像的系統(tǒng)過程原始數(shù)據(jù)用戶圖像可視結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換視覺感知視覺轉(zhuǎn)換可視映射當(dāng)用戶查看得到的圖像時(shí)，人的視覺系統(tǒng)就會(huì)解碼底層信息。用戶交互在可視化流程中的任何一個(gè)階段都可能發(fā)生，進(jìn)而修改可視化結(jié)果并形成新的解釋。在現(xiàn)代數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)中，因?yàn)橛脩艨刂屏舜蟛糠蛛A段而使可視化流程變得更為動(dòng)態(tài)化。這種交互功能

4、允許用戶自定義、修改或交互式優(yōu)化可視化結(jié)果以實(shí)現(xiàn)各種目的7.5數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)分類（凱姆分類為例）可視化數(shù)據(jù)類型包括：1）一維數(shù)據(jù)2）二維數(shù)據(jù) 3）多維數(shù)據(jù)4）文本數(shù)據(jù)與超文本數(shù)據(jù)5）層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)6）算法和軟件可視化技術(shù)可以是：1）標(biāo)準(zhǔn)的二維或三維展示方法 2）基于幾何變換的展示方法 3）基于圖標(biāo)的展示方法4）基于像素堆積的展示方法 5）基于堆疊的展示方法交互與變換技術(shù)可以是：1）交互式投影技術(shù) 2）交互式篩選技術(shù)3）交互式縮放技術(shù) 4）交互式變換技術(shù)5）交互式連接與選擇技術(shù)7.6可視化策略簡介Shneiderman 介紹了一種經(jīng)久不衰的設(shè)計(jì)策略，簡單地總結(jié)為“首先是概覽，然后是縮放和

5、篩選，最后是按需細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)”。優(yōu)點(diǎn)：1）它促進(jìn)了處理大量信息空間的思維模式的形成。2）它通過揭示信息片段之間的聯(lián)系而方便深入了解數(shù)據(jù)。3）它通過從概覽中進(jìn)行直觀的選擇，提供了對(duì)特定數(shù)據(jù)段的直接訪問功能。4）它鼓勵(lì)對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)空間的自由探索。有兩種方法可以將大量數(shù)據(jù)壓縮到有限的像素中數(shù)據(jù)數(shù)量壓縮縮小可視化組件7.7圖像視覺引導(dǎo)策略實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化導(dǎo)航的主要方法有三種：聚焦 + 上下文介紹概覽 + 細(xì)節(jié)介紹縮放和平移7.8視覺交互策略視覺交互策略具備可擴(kuò)展性并提供以人為中心的可視化信息搜索功能。數(shù)據(jù)可視化有很多種交互技術(shù) ，這些交互技術(shù)也是可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的主要類別。7.8.1選擇成功的選擇技術(shù)應(yīng)

6、當(dāng)允許用戶可以輕松地選擇項(xiàng)目、將項(xiàng)目添加到選擇中、刪除所選項(xiàng)目或完全清除所選項(xiàng)目。7.8.4二次排列和映射這種簡單但重要的操作能夠使用戶以最適合其需求的方式靈活地探索數(shù)據(jù)不同屬性之間的關(guān)系。7.8.3篩選交互式的篩選操作能夠使用戶降低可視化數(shù)據(jù)體量，并將注意力集中到所感興趣部分或特征中。7.8.2鏈接鏈接技術(shù)用于動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)多個(gè)視圖間的信息內(nèi)容7.9有效數(shù)據(jù)可視化的設(shè)計(jì)原則1.力爭圖形卓越性原則。2.力爭圖形完整性原則。3.最大化數(shù)據(jù)像素比原則。4.利用多功能圖形元素原則。5.合理設(shè)置參考線原則。6.支持多個(gè)并發(fā)視圖原則。7.10案例分析：多變量數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)用交互平行坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)的多變量可視化多坐標(biāo)系通過嵌入式可視化的動(dòng)態(tài)變量總結(jié)通過數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)查詢平行坐標(biāo)技術(shù)通過將具有坐標(biāo)（c1，c2，.，cN）的 N 維數(shù)據(jù)元組 C 映射到 N 條平行軸上，并將映射點(diǎn)以折線形式相連，進(jìn)而創(chuàng)建多維數(shù)據(jù)集的二維表示。用戶可以通過使用基于鼠標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)交互方式直接選擇取值范圍來執(zhí)行動(dòng)態(tài)的查詢。平行坐標(biāo)可視化視圖中的每個(gè)垂直軸代表數(shù)據(jù)集中的單個(gè)變量，這些垂直軸為研究人員探索數(shù)據(jù)信息空間增加了嵌入式的視覺提示。當(dāng)用戶在平面坐標(biāo)圖中生成可視化查詢時(shí)，涉及的交互內(nèi)容將可通過其他數(shù)據(jù)視圖顯示。7.11章節(jié)總結(jié)和結(jié)論隨著智能交通系統(tǒng)中數(shù)據(jù)量大小與復(fù)雜性的增加，交互