《Python數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)與案例實戰(zhàn)》第1章 了解交通大數(shù)據(jù)

了解交通大數(shù)據(jù)1交通大數(shù)據(jù)的應用目錄交通大數(shù)據(jù)的背景2現(xiàn)如今，隨著大數(shù)據(jù)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，大數(shù)據(jù)與人們的生活早已息息相關(guān)。日常生活中的衣食住行都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)看似雜亂無章卻在抽絲剝繭后可以發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。如何在這些海量數(shù)據(jù)中挖掘到想要的結(jié)果，目前是一個非常熱門的研究方向。本章主要介紹交通大數(shù)據(jù)的背景與應用、數(shù)據(jù)分析的基本任務和基本流程、常用的數(shù)據(jù)分析工具以及如何配置Python開發(fā)環(huán)境。緒論隨著云時代的來臨，大數(shù)據(jù)也吸引了越來越多的關(guān)注。而交通大數(shù)據(jù)作為其下的分支自然備受關(guān)注。接下來簡單介紹交通大數(shù)據(jù)的背景以及應用。了解交通大數(shù)據(jù)隨著交通運輸服務行業(yè)的發(fā)展、城市規(guī)模的不斷擴大以及城市智能化進程的加快，大數(shù)據(jù)在交通運輸領(lǐng)域中的應用也成為了當下的熱點。大數(shù)據(jù)的應用使人們重新認識了交通需求以及交通運行的內(nèi)在規(guī)律，同時也改變了交通運輸?shù)囊?guī)律。海量數(shù)據(jù)不僅能為企業(yè)帶來商業(yè)價值，也能為社會產(chǎn)生巨大的社會價值。科學合理使用這些數(shù)據(jù)將使未來的生活產(chǎn)生極大的改變。交通大數(shù)據(jù)就是將所有與交通有關(guān)的數(shù)據(jù)信息整合到一起的數(shù)據(jù)鏈，交通行業(yè)是天然的大數(shù)據(jù)行業(yè)，隨著交通領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展及應用的推廣，每天產(chǎn)生的交通數(shù)據(jù)信息量能夠達到PB級別，并且呈幾何級別的增長。交通大數(shù)據(jù)的來源主要有：公路、鐵路及城市交通管理系統(tǒng)中的信息服務平臺、道路流量檢測、道路監(jiān)控、車牌識別、電子監(jiān)控、路上稱重、公交運營、長途客運售票、地鐵售票、鐵路售票、出租車調(diào)度、停車管理、公共自行車運營、公交一卡通統(tǒng)計等。交通大數(shù)據(jù)的背景大數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到每個行業(yè)和業(yè)務職能領(lǐng)域，并成為重要的生產(chǎn)要素。目前普遍認為大數(shù)據(jù)具有大量（Volume）、多樣（Variety）、高速（Velocity）、價值（Value）等特征，而交通大數(shù)據(jù)作為大數(shù)據(jù)的一種，自然也具備著同樣的特征。交通大數(shù)據(jù)的背景1.交通大數(shù)據(jù)具備的特點交通大數(shù)據(jù)的具體特征如表所示。交通大數(shù)據(jù)的背景特征概述大量（Volume）交通大數(shù)據(jù)所涉及的交通信息類型相當廣，而每種類型的衍生也特別多。如行人（乘車記錄，路線記錄）、車輛（車輛狀況記錄、攝像頭記錄）、道路（基礎(chǔ)設(shè)施記錄、車流量記錄）多樣（Variety）涉及面的廣大，決定了交通大數(shù)據(jù)形式的多樣性。比如行人出行相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括出行方式（字符類型）、出行時間（時間類型）、目的地所在（地理信息）等等。如果擴展到其他類型的交通信息，數(shù)據(jù)的多樣性會更強，每個區(qū)域、每段時間，交通信息都會存在各種各樣的數(shù)據(jù)。有結(jié)構(gòu)化明顯的車輛基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，還有一些結(jié)構(gòu)化不明顯數(shù)據(jù)，如圖片、音頻、視頻等高速（Velocity）交通大數(shù)據(jù)具有高速性。交通運行狀態(tài)、交通服務對象、交通運載工具，每時每刻都在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，同時這些數(shù)據(jù)也需要進行快速處理、分析和挖掘，并及時給出反饋信息價值（Value）交通大數(shù)據(jù)中隱藏著巨大價值，但是價值的密度較低，往往需要對龐大的數(shù)據(jù)進行挖掘分析處理，才能獲得需要的信息機遇往往伴隨著挑戰(zhàn)，隨著智能交通技術(shù)的發(fā)展及應用的推廣和深入，智能交通大數(shù)據(jù)發(fā)展同樣面對著巨大挑戰(zhàn)，如表所示。交通大數(shù)據(jù)的背景2.交通大數(shù)據(jù)面臨的挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)概述數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量由于資金缺乏、信息化建設(shè)速度慢、缺乏統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集標準、缺乏各部門之間的協(xié)作機制等問題，導致數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量受到很大的影響數(shù)據(jù)儲存壓力交通大數(shù)據(jù)最突出的特點是“龐大”，采集到的數(shù)據(jù)規(guī)模龐大、類型多，有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化（語音、視頻等）的數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的發(fā)展速度落后于交通大數(shù)據(jù)的更新速度和應用需求數(shù)據(jù)共享利用由于交通大數(shù)據(jù)分散在不同單位和政府部門等，彼此孤立，所以很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，就連交通部門內(nèi)部的數(shù)據(jù)共享也是困難重重數(shù)據(jù)的分析處理由于交通大數(shù)據(jù)數(shù)量規(guī)模龐大、價值密度很低、對時效性處理要求很高等，所以需要根據(jù)不同的應用需求，建立不同的數(shù)據(jù)分析模型，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效深入分析數(shù)據(jù)應用智能交通大數(shù)據(jù)應用群體多，如普通出行者、交通規(guī)劃與管理部門、咨詢機構(gòu)等，如何開發(fā)個性化的智能交通大數(shù)據(jù)應用系統(tǒng)，以滿足不同用戶群體，也是未來交通大數(shù)據(jù)發(fā)展與應用中面臨的挑戰(zhàn)交通使用者是交通系統(tǒng)的服務對象，主要包括行人、乘客、駕駛員以及企業(yè)等。對于交通使用者而言，其主要關(guān)心的是通往目的地的道路交通狀態(tài)信息，如路況信息、擁擠與事件信息、交通管制信息等，并據(jù)此做出合理的出行計劃。交通大數(shù)據(jù)的背景3.交通大數(shù)據(jù)服務的對象用戶對基礎(chǔ)交通信息的需求如表所示。交通大數(shù)據(jù)的背景用戶主體對交通信息的需求駕駛員車輛的誘導信息，如出行前需要了解路網(wǎng)與當前交通狀況信息，選擇最佳出行路線；行駛過程中需要了解動態(tài)交通信息，包括事故、施工、阻塞等，以便調(diào)整路線形式；遇到事故時能夠得到及時救援；提供停車信息等乘客了解到達目的地的各種交通手段、路線、時間、途中的各種服務特種車輛駕駛員提供優(yōu)先通行策略和行駛過程中的誘導信息、安全警告信息和調(diào)度信息車輛所有者車輛收費、管理信息，應通過車輛信息與自動定位、收費裝置完成采集；車輛被盜后應當能夠盡快通過先進的通信手段報警；當車輛在非運行狀態(tài)下發(fā)生意外損壞時，通過車輛自動報警裝置發(fā)出警報行人、非機動車騎行者、摩托車駕駛員通過先進的信號系統(tǒng)，在彎道、路口、狹窄街道等視野受限制區(qū)域，能感知行駛車輛的存在；在上述區(qū)域能感知行駛車輛的速度、轉(zhuǎn)向和變更路線等行駛狀態(tài)或意向；在用戶途中遭遇疾病、盜匪等意外危險事件時，能發(fā)送緊急求救信號并通告所在位置交通管理部門通過監(jiān)控系統(tǒng)實時地對路網(wǎng)進行監(jiān)控；對施工、阻塞以及發(fā)生交通事故，應自動確定地點及路段和車輛，并自動調(diào)度警力前往事故地點進行事故處理；為了能夠保證緊急車輛快速、順利到達事發(fā)地點，提供如路網(wǎng)、路況信息、緊急事件相關(guān)信息，并將道路狀況及時通過信息系統(tǒng)發(fā)布公安機關(guān)通過先進的通信手段或監(jiān)控系統(tǒng)在第一時間獲得車輛被盜、駕駛員人身安全受到威脅等信息，運用定位技術(shù)自動確定出事地點，自動地調(diào)度警力進行處理。對公共運輸設(shè)施、停車場、警車內(nèi)安全（包括警車、公安人員和犯罪嫌疑人）進行監(jiān)視、監(jiān)測，利用通信與感測技術(shù)，通過顯示和預警裝置向公安人員提供足夠的交通信息，幫助其做出最合適的決策用戶對基礎(chǔ)交通信息的需求如表所示。（接上表）交通大數(shù)據(jù)的背景用戶主體對交通信息的需求汽車運輸公司通過監(jiān)控系統(tǒng)了解車輛的運營和客流狀況，及時根據(jù)客流變化調(diào)整調(diào)度；遇到車輛故障及其他緊急事件應發(fā)出報警信號并迅速采取相應措施；當進行危險品運輸時，提供通告、監(jiān)控、路線引導等特殊的安全服務基礎(chǔ)設(shè)施（包括道路、換乘樞紐等）建設(shè)與管理部門提供基礎(chǔ)設(shè)施的位置信息，運用先進的通信和監(jiān)控手段，對可能造成基礎(chǔ)設(shè)施破壞的危險品運輸，提供自動檢測、通告、路線引導等服務，以保障基礎(chǔ)設(shè)施的安全；通過監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控換乘樞紐的運轉(zhuǎn)狀況；對安全隱患發(fā)出警告信號；一旦出現(xiàn)緊急情況，自動報警并自動引導乘客通過緊急通道進行疏散換乘者提供最佳換乘路線，遇有緊急情況應當能夠發(fā)出緊急救援信號；并提供路線引導服務，通過緊急通道迅速撤離消防部門通過先進的通信手段接收消防救援信號，自動定位，引導消防車在第一時間到達火災地點急救中心通過先進的通信手段接收醫(yī)療緊急救援信號，通過緊急救援系統(tǒng)中的自動定位，迅速派出救護車進行緊急醫(yī)療救護交通控制指揮中心（緊急事件管理中心）通過監(jiān)控系統(tǒng)對路網(wǎng)進行實時監(jiān)控；自動檢測緊急事件；通過先進的通信手段接收緊急救援信號，自動確定救援地點，并發(fā)送救援指令迅速組織救援車輛維修公司通過先進的通信手段接收車輛故障信息，自動定位，并迅速提供維修服務1交通大數(shù)據(jù)的應用目錄交通大數(shù)據(jù)的背景2人們在日常出行時經(jīng)常會碰見各種交通相關(guān)的問題，如交通堵塞、找不到公交車站點的位置、不清楚列車的發(fā)車間隔，有效運用交通大數(shù)據(jù)可以很好地解決上述問題。例如，各大地圖導航，將歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、道路情況進行分析，預測從當前地點到達目的地的時間，給用戶提供多種不同組合的選擇，并推薦時間最短的組合。通過對用戶的引導，極大地緩解了交通壓力。常見的交通大數(shù)據(jù)的應用場景如下。交通大數(shù)據(jù)的應用交通大數(shù)據(jù)一個主要應用就是將路面采集數(shù)據(jù)、城市交通參與車輛的GPS數(shù)據(jù)與電子地圖定位導航數(shù)據(jù)進行多元融合和加工，生產(chǎn)出高準確率和高覆蓋率的實時路況信息。對于時效性要求較高的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送，可利用配送管理信息系統(tǒng)，通過交通大數(shù)據(jù)平臺獲取道路、實時路況等信息來管理和指揮在途車輛進行配送。同時客戶也可通過此平臺對車輛和貨物進行查詢并反饋信息。車輛將路況、位置等信息反饋給配送管理信息系統(tǒng)。與此同時，客戶、車輛甚至配送方的數(shù)據(jù)和信息也將通過冷鏈配送管理信息系統(tǒng)和交通大數(shù)據(jù)平臺被公共數(shù)據(jù)云收集。農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流互聯(lián)網(wǎng)租賃自行車可以深入城市角落，彌補其他出行方式的服務空白，其便捷的租還、支付方式和高分布密度等優(yōu)勢，提高了使用者的出行體驗和出行效率，受到廣大用戶的喜愛。然而自20世紀90年代以來，以機動車為導向的城市發(fā)展，逐漸擠壓自行車騎行與停放空間?；ヂ?lián)網(wǎng)租賃自行車的發(fā)展影響著居民的出行行為，也推動著城市規(guī)劃和管理者對城市空間和道路資源的重新認識。同時，互聯(lián)網(wǎng)租賃自行車出行產(chǎn)生的大量基于時間和位置的數(shù)據(jù)為描述和理解城市空間結(jié)構(gòu)提供了新的途徑。因此，有必要通過對騎行大數(shù)據(jù)的時間和空間分析，揭示騎行需求規(guī)律，為城市相關(guān)規(guī)劃建設(shè)、行業(yè)管理部門和運營企業(yè)合作建立科學的投放與管理機制等提供技術(shù)支撐。自行車租賃伴隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車保有率不斷提高，隨之也涌現(xiàn)出了大量的環(huán)境問題、空間問題以及至關(guān)重要的安全問題。數(shù)量龐大的汽車和復雜的駕駛環(huán)境為人工智能的應用提供了海量數(shù)據(jù)。通過布置于車輛上的傳感器收集路面路況信息，利用算法挖掘出有效數(shù)據(jù)，分析駕駛員的駕駛習慣，將其運用到自動駕駛之中可以實現(xiàn)安全高效的通行。汽車自動駕駛隨著中國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，城市人口數(shù)量急劇增加，城市公共交通面臨著前所未有的壓力。城市公共交通具有大容量、低碳環(huán)保等優(yōu)勢，是緩解城市交通壓力，解決城市居民出行問題的最佳選擇。但傳統(tǒng)公交系統(tǒng)存在信息化、智能化水平較低，公交路線規(guī)劃不合理、服務水平較低等缺點，導致城市公交可達性較差，已難以滿足日益發(fā)展的城市出行需求。利用交通大數(shù)據(jù)優(yōu)化公交車站點的設(shè)置，提高了百姓的出行效率和乘車體驗，也提高了城市居民的幸福指數(shù)。公交車站點設(shè)置航空交通具有時效快的優(yōu)勢，對于長距離旅途而言有非常重要的意義，尤其是在目前的社會環(huán)境中，人們生活水平有了進一步的提升，這為航空公司規(guī)模的擴大提供了基礎(chǔ)。為了滿足當前的航空運輸需要，需要對企業(yè)的發(fā)展做升級和優(yōu)化。但是隨著高鐵、動車等鐵路運輸?shù)呐d建，航空公司同樣也受到巨大沖擊。民航的競爭除了中國3大航空公司之間的競爭之外，還將加入新崛起的各類小型航空公司、民營航空公司，甚至國外航空巨頭。航空產(chǎn)品生產(chǎn)過剩，產(chǎn)品同質(zhì)化特征愈加明顯，于是航空公司從價格、服務間的競爭逐漸轉(zhuǎn)向?qū)蛻舻母偁?。通過對航空公司客戶數(shù)據(jù)進