使用TransBigData包进行出租车GPS数据处理

使用示例中的样例数据集在github仓库中，链接为：https://github.com/ni1o1/transbigdata/tree/main/docs/source/gallery

下面我们介绍如何使用TransBigData包，调用其中的函数实现对出租车GPS数据的快速处理。

首先我们引入TransBigData包，并读取数据:

import transbigdata as tbd
import pandas as pd
import geopandas as gpd
#读取数据
data = pd.read_csv('TaxiData-Sample.csv',header = None)
data.columns = ['VehicleNum','Time','Lng','Lat','OpenStatus','Speed']
data

	VehicleNum	Time	Lng	Lat	OpenStatus	Speed
0	34745	20:27:43	113.806847	22.623249	1	27
1	34745	20:24:07	113.809898	22.627399	0	0
2	34745	20:24:27	113.809898	22.627399	0	0
3	34745	20:22:07	113.811348	22.628067	0	0
4	34745	20:10:06	113.819885	22.647800	0	54
...	...	...	...	...	...	...
544994	28265	21:35:13	114.321503	22.709499	0	18
544995	28265	09:08:02	114.322701	22.681700	0	0
544996	28265	09:14:31	114.336700	22.690100	0	0
544997	28265	21:19:12	114.352600	22.728399	0	0
544998	28265	19:08:06	114.137703	22.621700	0	0

544999 rows × 6 columns

#读取区域信息
import geopandas as gpd
sz = gpd.read_file(r'sz/sz.shp')
sz.crs = None
sz.plot()

数据预处理

TransBigData包也集成了数据预处理的常用方法。其中，tbd.clean_outofshape方法输入数据和研究范围区域信息，筛选剔除研究范围外的数据。而tbd.clean_taxi_status方法则可以剔除的载客状态瞬间变化的记录。在使用预处理的方法时，需要传入相应的列，代码如下：

#数据预处理
#剔除研究范围外的数据
data = tbd.clean_outofshape(data, sz, col=['Lng', 'Lat'], accuracy=500)
#剔除出租车数据中载客状态瞬间变化的记录
data = tbd.clean_taxi_status(data, col=['VehicleNum', 'Time', 'OpenStatus'])

数据栅格化

以栅格形式表达数据分布是最基本的表达方法。GPS数据经过栅格化后，每个数据点都含有对应的栅格信息，采用栅格表达数据的分布时，其表示的分布情况与真实情况接近。如果要使用TransBigData工具进行栅格划分，首先需要确定栅格化的参数（可以理解为定义了一个栅格坐标系），参数可以帮助我们快速进行栅格化:

#栅格化
#定义范围，获取栅格化参数
bounds = [113.6,22.4,114.8,22.9]
params = tbd.grid_params(bounds,accuracy = 500)
params

(113.6, 22.4, 0.004872390756896538, 0.004496605206422906)

取得栅格化参数后，将GPS对应至栅格，由LONCOL与LATCOL两列共同指定一个栅格:

#将GPS栅格化
data['LONCOL'],data['LATCOL'] = tbd.GPS_to_grids(data['Lng'],data['Lat'],params)

统计每个栅格的数据量:

#集计栅格数据量
datatest = data.groupby(['LONCOL','LATCOL'])['VehicleNum'].count().reset_index()

生成栅格的地理图形，并将它转化为GeoDataFrame:

#生成栅格地理图形
datatest['geometry'] = tbd.gridid_to_polygon(datatest['LONCOL'],datatest['LATCOL'],params)
#转为GeoDataFrame
import geopandas as gpd
datatest = gpd.GeoDataFrame(datatest)

绘制栅格测试是否成功:

#绘制
datatest.plot(column = 'VehicleNum')

出行OD提取与集计

使用tbd.taxigps_to_od方法，传入对应的列名，即可提取出行OD:

#从GPS数据提取OD
oddata = tbd.taxigps_to_od(data,col = ['VehicleNum','Time','Lng','Lat','OpenStatus'])
oddata

	VehicleNum	stime	slon	slat	etime	elon	elat	ID
427075	22396	00:19:41	114.013016	22.664818	00:23:01	114.021400	22.663918	0
131301	22396	00:41:51	114.021767	22.640200	00:43:44	114.026070	22.640266	1
417417	22396	00:45:44	114.028099	22.645082	00:47:44	114.030380	22.650017	2
376160	22396	01:08:26	114.034897	22.616301	01:16:34	114.035614	22.646717	3
21768	22396	01:26:06	114.046021	22.641251	01:34:48	114.066048	22.636183	4
...	...	...	...	...	...	...	...	...
57666	36805	22:37:42	114.113403	22.534767	22:48:01	114.114365	22.550632	5332
175519	36805	22:49:12	114.114365	22.550632	22:50:40	114.115501	22.557983	5333
212092	36805	22:52:07	114.115402	22.558083	23:03:27	114.118484	22.547867	5334
119041	36805	23:03:45	114.118484	22.547867	23:20:09	114.133286	22.617750	5335
224103	36805	23:36:19	114.112968	22.549601	23:43:12	114.089485	22.538918	5336

5337 rows × 8 columns

对提取出的OD进行OD的栅格集计,并生成GeoDataFrame

#栅格化OD并集计
od_gdf = tbd.odagg_grid(oddata,params)
od_gdf.plot(column = 'count')

出行OD小区集计

TransBigData包也提供了将OD直接集计到小区的方法

#OD集计到小区（在不传入栅格化参数时，直接用经纬度匹配）
od_gdf = tbd.odagg_shape(oddata,sz,round_accuracy=6)
od_gdf.plot(column = 'count')

#OD集计到小区（传入栅格化参数时，先栅格化后匹配，可加快匹配速度，数据量大时建议使用）
od_gdf = tbd.odagg_shape(oddata,sz,params = params)
od_gdf.plot(column = 'count')

基于matplotlib的地图绘制

tbd中提供了地图底图加载和比例尺指北针的功能。使用plot_map方法添加地图底图，plotscale添加比例尺和指北针:

#创建图框
import matplotlib.pyplot as plt
import plot_map
fig =plt.figure(1,(8,8),dpi=80)
ax =plt.subplot(111)
plt.sca(ax)
#添加地图底图
tbd.plot_map(plt,bounds,zoom = 12,style = 4)
#绘制colorbar
cax = plt.axes([0.05, 0.33, 0.02, 0.3])
plt.title('count')
plt.sca(ax)
#绘制OD
od_gdf.plot(ax = ax,vmax = 100,column = 'count',cax = cax,legend = True)
#绘制小区底图
sz.plot(ax = ax,edgecolor = (0,0,0,1),facecolor = (0,0,0,0.2),linewidths=0.5)
#添加比例尺和指北针
tbd.plotscale(ax,bounds = bounds,textsize = 10,compasssize = 1,accuracy = 2000,rect = [0.06,0.03],zorder = 10)
plt.axis('off')
plt.xlim(bounds[0],bounds[2])
plt.ylim(bounds[1],bounds[3])
plt.show()

出租车轨迹的提取

使用tbd.taxigps_traj_point方法，输入数据和OD数据，可以提取出轨迹点

data_deliver,data_idle = tbd.taxigps_traj_point(data,oddata,col=['VehicleNum', 'Time', 'Lng', 'Lat', 'OpenStatus'])
data_deliver

	VehicleNum	Time	Lng	Lat	OpenStatus	Speed	LONCOL	LATCOL	ID	flag
427075	22396	00:19:41	114.013016	22.664818	1	63.0	85.0	59.0	0.0	1.0
427085	22396	00:19:49	114.014030	22.665483	1	55.0	85.0	59.0	0.0	1.0
416622	22396	00:21:01	114.018898	22.662500	1	1.0	86.0	58.0	0.0	1.0
427480	22396	00:21:41	114.019348	22.662300	1	7.0	86.0	58.0	0.0	1.0
416623	22396	00:22:21	114.020615	22.663366	1	0.0	86.0	59.0	0.0	1.0
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
170960	36805	23:42:31	114.092766	22.538317	1	66.0	101.0	31.0	5336.0	1.0
170958	36805	23:42:37	114.091721	22.538349	1	65.0	101.0	31.0	5336.0	1.0
170974	36805	23:42:43	114.090752	22.538300	1	60.0	101.0	31.0	5336.0	1.0
170973	36805	23:42:49	114.089813	22.538099	1	62.0	101.0	31.0	5336.0	1.0
253064	36805	23:42:55	114.089500	22.538067	1	51.0	100.0	31.0	5336.0	1.0

190492 rows × 10 columns

data_idle

	VehicleNum	Time	Lng	Lat	OpenStatus	Speed	LONCOL	LATCOL	ID	flag
416628	22396	00:23:01	114.021400	22.663918	0	25.0	86.0	59.0	0.0	0.0
401744	22396	00:25:01	114.027115	22.662100	0	25.0	88.0	58.0	0.0	0.0
394630	22396	00:25:41	114.024551	22.659834	0	21.0	87.0	58.0	0.0	0.0
394671	22396	00:26:21	114.022797	22.658367	0	0.0	87.0	57.0	0.0	0.0
394672	22396	00:26:29	114.022797	22.658367	0	0.0	87.0	57.0	0.0	0.0
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
64411	36805	23:53:09	114.120354	22.544300	1	2.0	107.0	32.0	5336.0	0.0
64405	36805	23:53:15	114.120354	22.544300	1	1.0	107.0	32.0	5336.0	0.0
64390	36805	23:53:21	114.120354	22.544300	1	0.0	107.0	32.0	5336.0	0.0
64406	36805	23:53:27	114.120354	22.544300	1	0.0	107.0	32.0	5336.0	0.0
64393	36805	23:53:33	114.120354	22.544300	1	0.0	107.0	32.0	5336.0	0.0

312779 rows × 10 columns

对轨迹点生成载客与空载的轨迹

traj_deliver = tbd.points_to_traj(data_deliver)
traj_deliver.plot()

traj_idle = tbd.points_to_traj(data_idle)
traj_idle.plot()

轨迹可视化

TransBigData包也依托于kepler.gl提供的可视化插件提供了一键数据整理与可视化的方法

使用此功能请先安装python的keplergl包

pip install keplergl

将轨迹数据进行可视化：

tbd.visualization_trip(data_deliver)