第1节工程数据处理

1、第1节工程数据处理在研究交通工程问题的过程中，经常需要处理一系列的工程数据，如研究 信号交叉口性能所采集到的交通流数据；研究单个车辆行驶特性所采集到的gps 数据；城市路网规划与管理中的道路几何数据等。不同类型的数据，处理的方法 和技术是不同的。一般工程数据处理流程如下（图1）：图1工程数据处理流程通常，工程数据的组织和存储方式有三种：临时变量、文件和数据库技术。 三种方式的主要区别在于数据來源和数据量的不同。如果工程数据比较少，需要 交互输入，采用临时变量存储比较简单；如果要处理的数据量比较大，或者数据 之间有某种关系，或者需要同时进行数据的读和写，采用数据库技术比较可靠； 如果要处理的数据

2、来自于其他系统软件，或数据采集设备，且量不是很大，文件 实现则比较容易。文件分为文本文件和二进制文件。文本文件将一切内容都保存为文本，优点 是可以用任何通用的文木编辑器（比如：notepad、word等软件）打开，用户可 以直接编辑、查看文件中的数据，常见的txt、c、dxf文件即为文本文件； 缺点是效率较低。二进制文件屮的数据都以二进制的形式进行存储，优点是效率 较高；缺点是用户需要用特殊的工具才能看到文件内容。实际工程数据处理过程 中，文本文件使用频率较高，冇些数据采集设备，比如车载gps,历史数据就是 以文木文件的格式进行存储的。下面，通过实例来说明工程数据处理过程。例1行车速度既是道路

3、规划设计中的一项重要控制指标，又是车辆运营效 率的一项主要评价指标，对于运输经济、安全、迅捷、舒适具有重要意义。车速 频率是对行车速度进行统计分析的方法之一。表1给出了在某段面采集到的地点 车速观测原始数据，试通过车速频率分布图分析该断而行车速度特性。（注意： 为了调试方便，表中只给出了部分数据。）表1某断面地点车速观测原始数据（km/h）3141382851394542334341513751262334384048333540414346585048474653433339454134332940443735403830534453问题分析该问题属于数据统计范畴，使用图形方式分析数据比较直

4、观。车速频率分 布曲线一般生成过程如下：（1）采集地点车速，将地点车速从小到大进行排序，并找出最大车速和最小车 速。（2）将地点车速以合适的速度间隔进行分组，分组数根据车速的分散程度和样 本数量而定，一般分组数宜在820范围内。分组数确定后，可通过式1 求得区间速度间隔（即组距）。区间速度间隔=（int）最大车速/（最小车速-1）（1）其中，（int）表示对最大车速除以最小车速减1的结果进行取整。（3）计算每个速度区间的屮间值及每组车速出现的频率。（4）用车速分组的中间值为横坐标，分组车速出现的频率为纵坐标生成车速频 率分布曲线。（5）根据车速频率分布曲线得到所需指标。编程思路通用程序设计语言

5、，如c+,数据处理功能较强，编程比较灵活，具有一定 的绘图功能，但图形交互功能较弱;matlab软件提供了大量解决数学问题的工 具箱和函数，在图形交互分析方面功能较强，但数据组织和处理方面不如c+灵 活。因此，编程的基本思路是，将c+语言和matlab软件的优点相结合。车速 频率等基木数据处理由c+语言实现，车速频率分布曲线牛成及分析由matlab 实现。数据在c+和matlab中的导出和导入，由于数据量不是特别大，采用matlab 环境下可以直接运行的ni格式文本文件，而不是数据库进行存储。程序流程如 图2所示。图2地点车速频率处理流程 m格式文木文件的主要作用是在两个不同软件环境之间实现数

6、据的导出和 导入，即不同软件之间的接口功能。因为涉及到c+和matlab z间的接口实现，为了便于读者快速地理解编程 思路，卜面给岀完整的源代码。读者可以根据运行结果，反过來理解文本文件的 作用、数据组织及实现过程。整个程序由3个文件组成,point, h； point, cpp； user. cppo(1) /point.h#ifndef point.h定义点类#define point.h class pointpublic:point();point();void sctpx(doublc x);void setpy(double y);double getpx() const;获取绘图

7、吋的横他标 和纵朋标double getpy() const;private:double px; /绘图时的横坐标 double py; /绘图时的纵坐标；#endif(2) / point.cpp#include"point.hh/构造和析构函数point: :point()point: :point()设置绘图时的横坐标和纵坐标void point:setpx(double x)px=x;void point:setpy(double y)py=y；获取绘图时的横坐标和纵坐标double point:getpx() constreturn px;double point:get

8、py() constreturn py;(3) use匚epp# include<iostream>#include<vector># includc<algorithm># include<fstream>#include"point.h"using namespace std;int main()const int speedlimited=70;double speed,maxspeed,minspeed,upperspeed,lowerspeed;int groupnumber=83nterval;vector<

9、double> vecspeed;vector<double>: iterator templ,temp2;cout«"请输入车辆速度，按ctrl+z结束.”vvendl;地点车速原始数据输入whilc(cin»spccd)if(!(speed>0 && speed<=speedlimited)comvv“数据有课，请重新输入!”；elsevccspccd.push_back(spccd);/原始数据从小到大进行排序sort(vecspeed.begin (),vecspeed.end();找出最大速度、最小速度、组距

10、temp 1 =max_element(vecspeed.begin (),vecspeed.end(); maxspeed=*temp 1;temp2=min_element(vecspeed.begin (),vecspeed.end();minspeed=* temp2; interval=(maxspeed-minspeed)/(groupnumber-l);计算出绘制速度频率分布曲线吋的速度上限和下限 upperspeed=(int)maxspeed+l;lowerspeed=(int)minspeed-1;cout«upperspeed«h h«low

11、erspeed«h m«interval«endl;vector<point> speedpoint;point temppoint;double temp,leftboundary=minspeed,rightboundary=leftboundary+interval; double midspeed;vector<double>:iterator iter;计算速度组小间值(横处标)及分组年速出现的频率(纵坐标)for( int i=0;i !=groupnumber;+i)temp=0; for(iter=vecspeed.begi

12、n();iter!=vecspeed.end();+iter)if( (*iter>=leftboundary) && (*iter<rightboundary)+temp; temppoint.setpy(temp/vecspeed.size()*100); temppoint.setpx(leftboundary+interval/2.0);speedpoint.push_back( temppoint); leftboundary=rightboundary; rightboundary+=interval;观察横坐标和纵坐标值for( vcctor<p

13、oint>:sizc_typc nt=0; nt!=spccdpoint.sizc() ;+nt)cout«nt«m:x:,«speedpoint.at(nt).getpx()«n y:h«speedpoint.at(nt)-getpy()«endl;输出为matlab支持的.m文件，以便于在matlab中进一步分析ofstrcam fout("spccd.mm);if(!fout)cerr«m error unable to open output file! "«endl;return

14、 -1;/横处标fout«n x=for(vector<point>:iterator itera=speedpoint.begin();itera!=speedpoint.end();+itera)fout«(*itcra).gctpx()«"fout«,''，«endl;纵坐标fout«h y=n;for( itera=speedpoint.begin();itera!=speedpoint.end()；4-+itera)fout«(*itera).getpy()«m lf

15、; fout«hn«endl;fout«uplot(x,y)n«endl;fout«hhold onn«cndl;return 0;运行结果编译、运行上述程序，依次输入表1中的数据，结果在源程序的当前路径下生成一个 名为speed.m的matlab文件。启动matlab软件,打开speed.m文件,选择"debug” 菜单下的“run”选项,运行结果如图23所示。图3表1中地点车速频率分布曲线结果分析根据图3,我们可以看出地点车速频率分布的大体规律。此外，我们可以 利用菜单或工具栏提供的功能对图形进行交互操作，比如获取曲线上任意点的坐 标值。在此基础上，还可以进一步对数据进行拟合，并求取该断面85%位行车速 度等技术指标。speed, m文本文件将c+语言灵活、较强的数据处理功能和matlab软件直 观、强大的数值分析功能有力地结合了起來，是连接两个不同软件环境的纽带。 另外，读者还可以将源程序数据输入方式改为文件方式，进行数据的读取。此 功能读者可自行完成。拓展：如果试验数据不需要经过预处理，只是做一次实验分析，则使用matlab更