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如何用 Python 绘制车辆行程累计距离-时间折线图(含停驶平段)

陌瑶姑娘_7674

陌瑶姑娘_7674

发布时间:2026-02-03 14:38:01

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来源于php中文网

原创

如何用 Python 绘制车辆行程累计距离-时间折线图(含停驶平段)

本文详解如何基于时间序列数据,绘制一条连续的累计距离-时间曲线,准确反映行驶(斜线)、停驶(原始答案中的“平段”实为行程间静止期)、停驶(水平线)及行程起止点,解决多趟行程拼接不连贯、时间解析错误等常见问题。

在交通轨迹分析或车队调度可视化中,常需将离散的行程记录(如 Trip_Start、Trip_end、Travel distance)转化为连续的时间-累计距离曲线:行驶阶段呈上升斜线(距离随时间增加),行程间隔期呈水平线(距离不变,即车辆静止)。原始代码因未正确构建时间-距离对应点序列,导致图形断裂、逻辑错位。下面提供一套健壮、可扩展的实现方案。

✅ 核心思路:构造分段线性时间序列点

我们需要将每趟行程拆解为两个关键事件点:

  • 起点:(Trip_Start, 当前累计距离)
  • 终点:(Trip_end, 当前累计距离 + 本趟距离)

同时,为体现“行程间停驶”,需在上一趟终点与下一趟起点之间插入一个隐式静止段——即在 (Trip_end, 累计距离) 和 (下一趟 Trip_Start, 同一累计距离) 之间画水平线。因此,完整点序列为:

python-parallelization
python-parallelization

将顺序 Python 代码转换为并行/并发实现,用于在需要并行化 Python 代码、提升性能时使用。

下载
[ (t0_start, 0),
  (t0_end,   d0),
  (t1_start, d0),   ← 停驶开始(距离不变)
  (t1_end,   d0+d1),
  ... ]

✅ 完整可运行代码(支持任意多趟行程)

import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
from datetime import datetime
import numpy as np

# 示例数据(建议使用 DataFrame,便于扩展)
df = pd.DataFrame({
    'veh_ID': [102, 102],
    'Trip_ID': [1, 2],
    'Trip_Start': ['08:00', '11:00'],
    'Trip_end': ['10:00', '11:10'],
    'Travel distance': [12, 1]
})

def plot_cumulative_distance(df, time_col_start='Trip_Start', time_col_end='Trip_end', 
                             dist_col='Travel distance', title='Journey Plot'):
    # ✅ 步骤1:按出发时间排序,确保时序正确
    df = df.sort_values(by=time_col_start).reset_index(drop=True)

    # ✅ 步骤2:将时间字符串转为 matplotlib 可识别的数值(单位:小时),支持跨日可扩展为 datetime
    def time_to_hours(t_str):
        h, m = map(int, t_str.strip().split(':'))
        return h + m / 60.0

    times_start = df[time_col_start].apply(time_to_hours)
    times_end   = df[time_col_end].apply(time_to_hours)

    # ✅ 步骤3:构建 x(时间)和 y(累计距离)坐标点列表
    xs, ys = [], []

    cumulative = 0.0
    for i, row in df.iterrows():
        t_start = times_start.iloc[i]
        t_end   = times_end.iloc[i]
        dist    = float(row[dist_col])

        # 行程起点:(t_start, cumulative)
        xs.append(t_start)
        ys.append(cumulative)

        # 行程终点:(t_end, cumulative + dist)
        xs.append(t_end)
        ys.append(cumulative + dist)

        # 更新累计距离(用于下一段)
        cumulative += dist

        # ✅ 关键:若非最后一趟,添加停驶过渡点 —— 下一趟开始前保持距离不变
        if i < len(df) - 1:
            next_t_start = times_start.iloc[i + 1]
            xs.append(next_t_start)
            ys.append(cumulative)  # 距离不变,形成水平线

    # ✅ 步骤4:绘图(使用 line plot 自动连接所有点)
    plt.figure(figsize=(10, 5))
    plt.plot(xs, ys, marker='o', markersize=4, linewidth=2, color='#2E86AB')

    # ✅ 可选:标注行程起止点(增强可读性)
    for i, (x, y) in enumerate(zip(xs, ys)):
        if i % 2 == 0 and i < len(xs)-1:  # 每趟起点(偶数索引)
            plt.annotate(f'Start {i//2+1}', (x, y), textcoords="offset points", 
                        xytext=(0,10), ha='center', fontsize=9, color='darkblue')
        elif i % 2 == 1:  # 每趟终点(奇数索引)
            plt.annotate(f'End {i//2+1}', (x, y), textcoords="offset points", 
                        xytext=(0,-15), ha='center', fontsize=9, color='crimson')

    # ✅ 设置坐标轴与标题
    plt.xlabel('Time (hours from 00:00)', fontsize=11)
    plt.ylabel('Cumulative Distance (km)', fontsize=11)
    plt.title(title, fontsize=13, fontweight='bold')
    plt.grid(True, alpha=0.3)
    plt.xticks(np.arange(0, 25, 1))  # 每小时刻度
    plt.tight_layout()
    plt.show()

# 调用绘图函数
plot_cumulative_distance(df)

⚠️ 注意事项与进阶提示

  • 时间格式鲁棒性:当前示例仅处理 HH:MM。若含日期(如 '2024-05-20 08:00'),应改用 pd.to_datetime() 并以 matplotlib.dates 模块处理 X 轴。
  • 多车区分:对 veh_ID 分组后循环调用该函数,并用不同颜色/图例区分。
  • 性能优化:大数据量时,避免 for 循环构建点;可用 np.repeat + np.concatenate 向量化生成 xs/ys。
  • 视觉增强:可对行驶段用实线、停驶段用虚线,或用 plt.fill_between() 高亮活动区间。

该方法确保曲线物理意义清晰、数学连续、视觉直观,是时间序列行程可视化的核心范式。

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