Trajetória Análise de Dados para Estudo de Atividade pedonal espaço-tempo

Feng Qi; Fei Du

doi:10.3791/50130

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Resumo
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Resumo

Um conjunto de métodos de processamento espaço-temporais são apresentados para analisar os dados trajetória humana, como a coletados através de um dispositivo GPS, com a finalidade de modelagem de pedestres espaço-tempo atividades.

Resumo

É bem reconhecido que o movimento humano nas dimensões espaciais e temporais tem influência directa sobre a transmissão da doença ^1-3. Uma doença infecciosa normalmente se espalha através do contato entre indivíduos infectados e suscetíveis em seus espaços de atividades sobrepostas. Portanto, a informação da mobilidade actividade diária pode ser usado como um indicador para medir a exposição a factores de risco de infecção. No entanto, uma grande dificuldade e, portanto, a razão para a falta de estudos de transmissão de doenças infecciosas em escala micro surgem da falta de dados detalhados de mobilidade individual. Anteriormente, no transporte e pesquisa de turismo dados detalhados de espaço-tempo de atividade, muitas vezes dependiam da técnica de diário de tempo-espaço, o que requer que os sujeitos ativamente registrar suas atividades no tempo e no espaço. Isso é altamente exigente para os participantes e colaboração dos participantes afeta muito a qualidade dos dados ^4.

Modernotecnologias como GPS e comunicações móveis, tornaram possível a recolha automática de dados da trajetória. Os dados coletados, no entanto, não é o ideal para a modelagem de humanos no espaço-tempo atividades, limitada pelas precisões de dispositivos existentes. Também não existe qualquer ferramenta prontamente disponível para o processamento eficiente dos dados para o estudo do comportamento humano. Apresentamos aqui um conjunto de métodos e uma interface de desktop integrado ArcGIS visual baseada nas análises de pré-processamento e espaço-temporal de dados da trajetória. Nós fornecemos exemplos de como esse tratamento pode ser usado para modelar humanos espaço-tempo atividades, especialmente com erro ricos em dados da trajetória de pedestres, que poderiam ser úteis em estudos de saúde pública, como a modelagem de doenças infecciosas de transmissão.

O procedimento apresentado inclui pré-processamento de segmentação trajetória, caracterização espaço de actividade, da densidade e visualização, e alguns outros métodos de análise exploratória. Pré-processing é a limpeza de dados ruidosos trajectória primas. Apresentamos uma interativo interface pré-processamento visual, bem como um módulo automático. Segmentação trajetória ⁵ envolve a identificação das partes interna e externa do pré-processados de espaço-tempo faixas. Mais uma vez, a segmentação interativa visual e segmentação automática são suportadas. Segmentados espaço-tempo trilhas são então analisados para obter características de um espaço de actividade, como a atividade de estimativa de densidade raio etc e visualização são usados para examinar grande quantidade de dados de trajetória para modelar pontos quentes e interações. Nós demonstrar tanto o mapeamento da superfície densidade ⁶ e renderização densidade volume ^7. Nós também incluímos um par de outras análises de dados exploratórios (EDA) e visualizações ferramentas, como suporte ao Google Earth e animação análise de conexão. O conjunto de analítica, bem como métodos visuais apresentados neste artigo podem ser aplicadas a todos os dados de trajetória para sritmo tempo de estudos de atividade.

Protocolo

1. Obtendo dados

Trajetória de dados podem ser coletados com o GPS de navegação com GPS, aplicações de rastreamento de telefones inteligentes, bem como o A-GPS (GPS assistido) dispositivos como a empregada em nosso estudo, um dispositivo rastreador comercial criança.
Dados da trajetória geralmente é salvo em termos de tempo de latitude e longitude registros. Um intervalo de tempo desejado deve ser definido com base nas necessidades de aplicação. Muitas vezes, o intervalo mais freqüente é desejado para estudos do espaço-tempo de atividade.
Converter os dados em valores separados por vírgula, ou. Csv com colunas separadas para ID de registro, latitude, longitude e tempo, respectivamente. Em seguida, converter os arquivos. CSV em comumente usados Sistemas de Informação Geográfica (SIG) de formato de arquivo (ou seja, ESRI shapefile ^8).
Carregar em um shapefile de polígonos de construção e outro do limite da área de estudo com o analisador de trajetória. Defina o "extrusão" dos edifícios adequadamente para um di 3Dsplay e definir a "extrusão" e "transparência" da camada limite corretamente para exibir um cubo ^{espaço-tempo-6, 9,} com x, y dimensões representando o espaço ea dimensão z representa o tempo.

2. Pré-processamento

Duas opções estão disponíveis para pré-processamento dos dados ruidosos trajetória primas. Pode-se escolher entre a lista suspensa do menu de pré-processamento.
Se "Interativo" é escolhido, uma projeção 2D da trajetória 3D é criado para facilitar a visualização e seleção. Manipular a exibição em 3D para analisar a trajetória prima no espaço e no tempo. Identificação de erros nos dados com base na forma, velocidade e / ou da topologia dos segmentos de calha. Normalmente pontos de trilha (vértices) com alta velocidade irrealistas ou mudança de direção abrupta significar erros. Selecione e removê-los das trajetórias originais. Selecione e removê-los a partir de qualquer trajetória do 3D ou sua projeção 2D.
Um conjunto de pontos de trilha com espetado shapes (Figura 1) espacialmente e uma longa duração temporalmente significar erros que são mais possivelmente causadas por locais fechados onde o sinal de GPS é fraco. Se um grupo desses pontos é selecionada, o programa pode calcular o centróide espaço-temporal dos pontos selecionados e ajustar a faixa de passar pelo centróide.
Alternativamente, se "Automático" é escolhido a partir do menu de pré-processamento, defina a entrada e locais de saída, bem como parâmetros empíricos que determinam a velocidade anormal elevada e viragem brusca de pontos. O programa pesquisa entre os dados da trajetória carregados e executa automaticamente com base em um algoritmo que imita a abordagem detecção visual de erros.

3. Segmentação de trajetória e Caracterização Espaço Ativo

Segmentação trajetória requer a camada de construção, para garantir que o arquivo forma edifício é carregado.
Clique na ferramenta de segmentação na barra de ferramentas para iniciar a função.Ajuste a entrada e saída de e localizado o ficheiro de forma de construção como a camada de referência. Use os nomes de construção para rotular a trajetória segmentada. O algoritmo identifica segmentos interiores baseado em conjunto ou por defeito critérios tais como velocidade, duração, etc, de pontos de trilha, bem como a topologia espacial com relação aos edifícios.
Clique na atividade ferramenta de sumarização espaço para carregar em trajetórias segmentados e calcular atributos sumárias selecionados para caracterizar um espaço de actividade, tais como raio total da atividade, raio em um determinado período de tempo, a relação do tempo total gasto dentro de casa contra ao ar livre, e assim por diante.
Os atributos podem ser exportados para uma planilha para utilização de modelagem quantitativa.

4. Mapeamento de Superfície densidade

Superfície de densidade mostra a densidade de atividades no espaço com a dimensão temporal desabou. Três opções estão disponíveis a partir da lista drop-down do menu de mapeamento de densidade de superfície.
Se a opção 'densidade de pontos da trilha' é selecionado, preencha a caixa de diálogo com informações de entrada e saída e optar por exibir ou em 3D ou 2D. Todos os vértices a partir dos dados de trajectória são utilizadas para calcular as densidades de kernel dos pontos. Figura 2 mostra uma superfície de densidade.
Se "densidade caminho Track 'é selecionado, o algoritmo calcula e exibe densidade de caminhos individuais viajou (Figura 3).
Se a opção 'densidade Re-amostrados ponto' é selecionado, o algoritmo de re-amostragem dos dados da trajetória usando um intervalo de tempo definido e mapas a densidade de pontos distribuídos uniformemente no tempo. Esta opção é projetado para dispositivos de rastreamento que coletam pontos de rastreamento em intervalos de tempo irregulares devido à variação de sensibilidade dos dispositivos sob várias condições físicas ou trajetórias segmentados. Figura 4 mostra as superfícies de densidade 2D e 3D de trajetórias segmentados.
Se 'Temporal foco' é selecionado para umny das opções acima, temporal ¹⁰ de focagem pode ser realizado para examinar os padrões de atividade em períodos de tempo diferentes. Por exemplo, superfícies de densidade de atividade em horários diferentes em um dia pode ser visualizado para facilitar a identificação de pontos quentes ao longo do tempo (Figura 5).

5. Estimativa de volume e densidade Volume Rendering

Visualização volumétrica densidade usa a noção de um cubo de espaço-tempo como na visualização de trajetórias. O núcleo de visualização tal é a desagregação do espaço em voxels ^11. Nossa abordagem para visualizar o volume primeira densidade estima volume de densidade em voxels individuais através da contagem do número de faixas de espaço-tempo que se cruzam com os voxels. Pode-se clicar em "cálculo de volume Densidade" no menu de visualização densidade de volume para essa etapa.
As mesmas três opções estão disponíveis para visualização volumétrica densidade como para a visualização da superfície densidade.
'Volume rendering' clique em Avançar para iniciar a interface de visualização 3D de volume para renderização interativa de volume ^12. Ao definir o número de divisões ao longo de cada eixo, pode-se analisar os clusters em diferentes escalas. A z-fator é usado para definir o exagero vertical para melhor visualização. A camada de referência, tais como os edifícios podem ser carregados para ajudar a visualização, bem. Os resultados do processamento de volume pode ser ajustado por meio da manipulação interactivamente a função de transferência, que controla o mapeamento de densidade de cor. (Figura 6).

6. Outros exploratórios Análise de Dados (EDA) e Visualizações

Um procedimento está disponível para criar série de animação a ser exibido no Google Earth. Em "outros", clique em "Exportar para o KML para a EDA" para aceder a este procedimento. Ele cria um arquivo de ¹³ kml que se abre no Google Earth para animação interativa da trajetória.
Pode-se seguir a trajetória de travel o ambiente em tempo de deslocamento ao longo da linha do tempo no Google Earth.
Um procedimento está disponível para visualizar as conexões entre os locais de interesse através de "análise de ligação". Por exemplo, conexões entre diferentes edifícios em um campus universitário são derivados de dados da trajetória segmentados que foram coletados pelos alunos (Figura 7).
Com base nas ligações derivadas, tais como hotspots esses edifícios com o maior tráfego de saída ou de entrada e hubs que ligam os lugares mais traficadas podem ser identificados.