智慧城市建设中的交通数据分析与可视化python+Matplotlib

import pandas as pd import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import seaborn as sns from reportlab.lib.pagesizes import letter from reportlab.pdfgen import canvas

1. 数据模拟生成 (1000条数据)* roads = ['A路', 'B路', 'C路', 'D路', 'E路'] times = ['08:00-10:00', '17:00-19:00'] dates = pd.date_range(start='2024-01-01', periods=30, freq='D') # 模拟30天的数据

随机生成数据* data = [] for date in dates: for time in times:

  for road in roads:
      num_vehicles = np.random.randint(100, 500)  # 车辆数目
      signal_cycle = np.random.randint(60, 120)  # 信号灯周期
      avg_speed = np.random.randint(30, 60)  # 平均车速
      accidents = np.random.randint(0, 3)  # 交通事故数量
      data.append([date, road, time, num_vehicles, signal_cycle, avg_speed, accidents])

模拟了一个包含多个道路、多个时段、多个日期的交通数据集。 roads、times 和 dates 定义了数据的维度，而每条记录表示在某个时间段、某个道路上的交通情况。 num_vehicles、signal_cycle、avg_speed 和 accidents 分别模拟了该时段该路段的车辆数量、信号灯周期、平均车速和交通事故数。

• 将数据转换为DataFrame* df = pd.DataFrame(data, columns=['日期', '道路', '时间段', '车辆数目', '信号灯周期', '平均车速', '交通事故数'])

• 1. 数据分析* df['交通事故率'] = df['交通事故数'] / df['车辆数目'] # 计算交通事故率

road_summary = df.groupby(['日期', '道路', '时间段']).agg({

'车辆数目': 'sum',
'平均车速': 'mean',
'交通事故数': 'sum',
'交通事故率': 'mean'

}).reset_index() 交通事故率：这里计算了每条记录的交通事故率，即 交通事故数 / 车辆数目，这一指标能有效反映事故的频发程度。 聚合数据：按日期、道路和时间段对数据进行分组，并对每个组别进行汇总： sum：对 车辆数目 和 交通事故数 进行求和。 mean：对 平均车速 和 交通事故率 计算均值。 最终得到的 road_summary DataFrame 包含了按道路、时间段和日期汇总的车流量、车速、事故数等信息。

• 1. 数据可视化*
• 4.1 设置字体（避免中文显示问题）* plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] # 设置支持中文的字体 plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决负号显示问题 通过设置 plt.rcParams，确保了生成的图表能够正确显示中文字符，同时避免了负号显示问题。

• 4.2 城市主要道路的车流量热力图* plt.figure(figsize=(10, 6)) heatmap_data = road_summary.pivot_table(index='道路', columns='时间段', values='车辆数目', aggfunc='sum') sns.heatmap(heatmap_data, annot=True, cmap='YlGnBu', fmt='d') plt.title('城市主要道路车流量热力图') plt.xlabel('时间段') plt.ylabel('道路') plt.tight_layout() plt.savefig('traffic_heatmap.png') # 保存为PNG文件 plt.close() 通过热力图 (heatmap) 展示不同道路和时间段的车流量。 使用 pivot_table 来转化数据，index 是道路，columns 是时间段，values 是车辆数目。 annot=True 表示在每个格子中显示具体数值，cmap='YlGnBu' 选择了颜色映射。

• 4.3 交通高峰时段的车流量趋势图* plt.figure(figsize=(10, 6)) high_traffic = road_summary.groupby(['时间段'])['车辆数目'].sum() high_traffic.plot(kind='line', marker='o', color='b') plt.title('交通高峰时段车流量趋势图') plt.xlabel('时间段') plt.ylabel('总车流量') plt.grid(True) plt.tight_layout() plt.savefig('traffic_peak_times.png') # 保存为PNG文件 plt.close() 绘制了交通高峰时段的车流量趋势图，以时间段为 X 轴，总车流量为 Y 轴。 通过 groupby 汇总每个时间段的车流量，并绘制折线图。

• 4.4 各道路的事故分布图* plt.figure(figsize=(10, 6)) sns.barplot(data=road_summary, x='道路', y='交通事故数', hue='时间段') plt.title('各道路事故分布图') plt.xlabel('道路') plt.ylabel('交通事故数') plt.tight_layout() plt.savefig('traffic_accident_distribution.png') # 保存为PNG文件 plt.close() 使用 barplot 绘制每条道路在不同时间段的事故数分布。 通过 hue='时间段' 参数，按时间段分不同颜色。

4.5 信号灯周期与车流量的关系曲线图 plt.figure(figsize=(10, 6)) sns.scatterplot(data=df, x='信号灯周期', y='车辆数目', hue='道路', style='时间段') plt.title('信号灯周期与车流量之间的关系') plt.xlabel('信号灯周期 (秒)') plt.ylabel('车辆数目') plt.legend(title='道路') plt.tight_layout() plt.savefig('signal_cycle_traffic_flow.png') # 保存为PNG文件 plt.close() 绘制了信号灯周期与车辆数目之间的散点图。 每个点代表一个记录，hue='道路' 按道路分色，style='时间段' 按时间段区分点的样式。

• 1. 生成CSV文件* df.to_csv('traffic_data.csv', index=False, encoding='utf-8') 将生成的数据保存为 CSV 文件，方便后续分析或存档。

• 1. 生成PDF报告* def generate_pdf_report(): c = canvas.Canvas("analysis_report.pdf", pagesize=letter) width, height = letter
     • 设置标题* c.setFont("Helvetica-Bold", 16) c.drawString(30, height - 40, "交通数据分析报告")
     • 添加数据分析过程* c.setFont("Helvetica", 12) c.drawString(30, height - 80, "1. 数据生成与清洗：") c.drawString(30, height - 100, " - 生成了包含交通流量、信号灯周期、车速和事故数等数据。") c.drawString(30, height - 120, " - 对异常值进行了处理，确保数据质量。")

     c.drawString(30, height - 140, "2. 数据分析：") c.drawString(30, height - 160, " - 按道路和时间段汇总数据，计算了车流量、车速和交通事故率。") c.drawString(30, height - 180, " - 发现高峰时段和高事故率区域。") c.drawString(30, height - 200, "3. 优化建议：") c.drawString(30, height - 220, " - 在高流量时段适当延长信号灯周期。") c.drawString(30, height - 240, " - 在事故高发区域加强交通管理。")

     • 添加图片（可视化图表）* c.drawImage("traffic_heatmap.png", 30, height - 450, width=500, height=300) c.drawImage("traffic_peak_times.png", 30, height - 780, width=500, height=300) c.drawImage("traffic_accident_distribution.png", 30, height - 1110, width=500, height=300) c.drawImage("signal_cycle_traffic_flow.png", 30, height - 1440, width=500, height=300)
     • 关闭并保存PDF* c.save()

     使用 reportlab 库创建了一个 PDF 报告。 报告包含标题、分析过程、优化建议和图表。 图表通过 drawImage 方法嵌入到 PDF 中。 最终报告被保存为 analysis_report.pdf

generate_pdf_report()

# 7. 提供优化建议 high_accident_areas = road_summary[road_summary['交通事故率'] > 0.01] peak_traffic_times = road_summary[road_summary['车辆数目'] > 400]

print("高风险事故区域（事故率 > 1%）:") print(high_accident_areas[['日期', '道路', '时间段', '交通事故率']])

print("\n高峰时段交通流量:") print(peak_traffic_times[['日期', '道路', '时间段', '车辆数目']]) 根据分析结果，提供了两种优化建议： 高风险事故区域（事故率大于 1%），需要加强交通管理。 高峰时段交通流量较大，可能需要调整信号灯周期等交通控制措施。 # 假设建议：在高流量时段适当延长信号灯周期，并且在事故高发区域加强交通管理。

signal_cycle_traffic_flow.png

traffic_accident_distribution.png

traffic_heatmap.png

traffic_peak_times.png

样例.pdf