plot4gmns：面向通用建模网络范式（GMNS）的快速可视化【v0.1.1】

一款面向通用建模网络范式（GMNS）的快速可视化工具

1. 标准数据框架

制定一套标准的数据框架，可实现不同类型的交通基础设施在同一张网上进行可视化及建模、促进多样化运输服务数据的整合，为综合交通底层数据库构建与上层网络设计提供支撑。在OpenStreetMap（OSM）地图服务与Python第三方依赖包的支持下，用户可快速获取基于通用建模网络范式（GMNS）的多模式交通网络数据，开展更深层次的交通科研工作。关于表述数据框架的介绍，建议阅读下边这篇文章：
通用数据范式助力交通融合发展【结尾彩蛋附交通网络数据集】

2. 标准数据框架下的生态

目前通用建模网络范式（GMNS）下的生态产品包括但不限于以下几个层面：

2.1 数据解析

osm2gmns
功能： 导出多类型交通网络数据
作者： Jiawei Lu, Xuesong (Simon) Zhou
主页： https://pypi.org/project/osm2gmns/

osm2rail
功能： 导出铁路网络数据
作者： Jiawei Lu, Qian Fu, Zanyang Cui, Dr. Junhua Chen
主页： https://pypi.org/project/osm2rail/

2.2 数据处理

grid2demand
功能： 基于路网上或研究范围内的活动点生成小区间的出行需求
作者： AjLi, ASU Trans+AI Lab
主页： https://pypi.org/project/grid2demand/

path4gmns
功能： 在多模式交通网络中寻找最短路，执行交通分配
作者： jdlph, xzhou99
主页： https://pypi.org/project/path4gmns/

2.3 数据可视化

NeXTA4GMNS
功能： 据根据个体出行路径实现交通仿真模拟
作者： xzhou99
主页： https://github.com/asu-trans-ai-lab/NeXTA4GMNS/tree/gh-pages/release

plot4gmns
功能： 针对上述工具导出数据提供快速可视化方案
作者： Dr. Junhua Chen, Zanyang Cui, Xiangyong Luo
主页： https://pypi.org/project/plot4gmns/

3. 标准数据框架下的可视化

目前plot4gmns更新到了v0.1.1版本，为用户提供针对osm2gmns和grid2demand的快速可视化功能。关于osm2gmns和grid2demand的教程可参考以下文章：

【上新了】出行需求从哪来？Grid2demand六行代码帮你搞定！

【神器】你想要的交通网络数据，三行代码搞定！

这里以grid2demand的输出文件为例，介绍由plot4gmns提供的快速可视化方案。在开始前应准备好以下文件（grid2demand的输出文件夹）：

3.1 基础语法

Step 1：安装

pip install plot4gmns

Step 2：读取并生成多模式交通网络

import plot4gmns as p4g
mnet = p4g.generate_multi_network_from_csv(r'./datasets')

参数说明：

• input_dir：必传参数，网络数据文件路径；

返回值：

• MultiNet：多模式网络实例，用于后续绘图。同时，在当前工作路径生成一个名为 ‘p4g_fig_results’的文件夹，并保存了一个html文件，该文件是基于 ‘keplergl’ 的web端可视化文件，双击打开后用户可探索更多操作。

Step 3：显示不同模式网络数据

cf = p4g.show_network_by_modes(mnet=mnet)
cf.show()

网络模式类型：‘bike’, ‘walk’, ‘auto’, ‘railway’

参数说明：

• ment：必传参数，多模式网络实例（Step2的返回值）；
• modes：可选参数，需要展示的网络模式集合，以list形式传入，默认值为 ‘all’，表示展示所有网络模式；
• fig_obj：可选参数，绘图画板，用于堆叠绘图，默认为 ‘None’（后续介绍具体用法）；
• isSave2png：可选参数，是否保存绘图结果，more为 ‘True’。

返回值：

• Figure：matplotlib的figure实例，可调用show函数显示绘图结果，也可作为参数传入，用于堆叠绘图；同时，绘图结果将以png文件保存在‘p4g_fig_results’文件夹中。

Step 4：选择性展示网络node

cf = p4g.show_network_by_node_types(mnet=mnet,osm_highway=['traffic_signals','crossing'])
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• osm_highway：必传参数，需要展示的网络节点类型集合，以list形式传入；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 5：选择性展示网络link

cf = p4g.show_network_by_link_types(mnet=mnet,link_types=['secondary','footway'])
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• link_types：必传参数，需要展示的网络弧类型集合，以list形式传入；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 6：展示特定长度的网络弧

cf = p4g.show_network_by_link_length(mnet=mnet,min_length=10,max_length=50)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• min_length：必传参数，需要展示的最短网络弧，以int形式传入；
• max_length：必传参数，需要展示的最长网络弧，以int形式传入；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 7：展示特定自由流速度的网络弧

cf = p4g.show_network_by_link_free_speed(mnet=mnet,min_free_speed=10,max_free_speed=40)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• min_free_speed：必传参数，需要展示的网络弧最小行驶速度，以int形式传入；
• max_free_speed：必传参数，需要展示的网络弧最大行驶速度，以int形式传入；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 8：展示特定车道数的网络弧

cf = p4g.show_network_by_link_lanes(mnet=mnet,min_lanes=2,max_lanes=4)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• min_lanes：必传参数，需要展示的网络弧最少车道数，以int形式传入；
• max_lanes：必传参数，需要展示的网络弧最多车道数，以int形式传入；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述
  

Step 9：展示网络弧车道数分布

cf = p4g.show_network_by_link_lane_distribution(mnet=mnet)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 10：展示网络弧容量分布

cf = p4g.show_network_by_link_capacity_distribution(mnet=mnet)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述
  

Step 11：展示网络弧自由流速度分布

cf = p4g.show_network_by_link_free_speed_distribution(mnet=mnet)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述
  

Step 12：展示特定的POI类型

cf = p4g.show_network_by_poi_types(mnet=mnet,poi_type=['public','industrial'])
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• poi_type：必传参数，需要展示的POI集合，以 str/list 形式传入；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述
  

Step 13：展示网络POI需求吸引量分布

cf = p4g.show_network_by_poi_attraction_distribution(mnet=mnet)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 14：展示网络POI需求发生量分布

cf = p4g.show_network_by_poi_production_distribution(mnet=mnet)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• fig_obj：同上；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 15：展示网络OD需求矩阵

cf = p4g.show_network_demand_matrix_heatmap(mnet)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• annot：可选参数，是否显示数据标签，默认为 ‘False’；；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

Step 16：展示网络OD需求分布

cf = p4g.show_network_by_demand_OD(mnet=mnet,load_network=True)
cf.show()

参数说明：

• ment：同上；
• load_zone：可选参数，是否显示网格化交通小区，默认为 ‘True’；
• load_network：可选参数，是否显示交通网络，默认为 ‘False’；
• isSave2png：同上。

返回值：

• 同上，不再赘述

3.2 进阶语法

‘MultiNet’ 一定程度上支持用户根据自己的需要对图像尺寸、node、link、poi等相关绘图属性进行设置。具体参数如下表。

另外默认条件下node，link，poi都会被绘制，用户也可通过设置以下参数来取消某些网络元素，以突出感兴趣的部分：

Step 17：隐藏网络node

mnet.node_loaded = False
cf = p4g.show_network_by_link_lane_distribution(mnet=mnet)
cf.show()

Step 18：堆叠绘图

mnet.node_loaded = False
mnet.POI_loaded = False
cf = p4g.show_network_by_link_lane_distribution(mnet=mnet)
mnet.link_loaded = False
mnet.POI_loaded = True
cf = p4g.show_network_by_poi_attraction_distribution(mnet,fig_obj=cf)
cf.show()

Step 19：自定义绘图属性

mnet.style.node_style.size = 3
mnet.style.link_style.linecolor = 'blue'
mnet.style.poi_style.facecolor = 'yellow'
cf = p4g.show_network_by_modes(mnet=mnet)
cf.show()