一種熱力圖的景區(qū)人流量動態(tài)監(jiān)測方法?

冉桂華 楊曄軒 殷浤益 馬云龍 戴璐鸞 李 蝶 楊元維

（1.長江大學 武漢 430100）（2.武漢市國土資源和規(guī)劃信息中心 武漢 430014）

關(guān)鍵字 美麗鄉(xiāng)村；鄉(xiāng)村旅游；熱力圖；動態(tài)監(jiān)測

1 引言

“美麗鄉(xiāng)村”是建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重大歷史任務時提出的“生產(chǎn)發(fā)展、生活寬裕、鄉(xiāng)風文明、村容整潔、管理民主”等具體要求［1］。現(xiàn)今越來越多游客選擇鄉(xiāng)村旅游，在旅游旺季鄉(xiāng)村通常因為人流聚集量過大而引發(fā)一系列問題，一些學者提出基于LBS人口數(shù)據(jù)可視化監(jiān)測系統(tǒng)［2］和基于軌跡停留點空間聚類的景區(qū)熱點分析［3］方法，這類方法通過不同的技術(shù)手段分別實現(xiàn)對人口和景區(qū)熱度的分析，但大多都以單一影像圖或表格等方式進行表達，均未能實現(xiàn)對某一特定對象的動態(tài)監(jiān)測?；诖?，本文提出利用熱力圖對景區(qū)人流量進行動態(tài)監(jiān)測并可視化方法，按不同時節(jié)呈現(xiàn)不同景區(qū)的人流量及時情況。使美麗鄉(xiāng)村游客可以預先了解這些景區(qū)的熱度，制定旅游計劃，并能為鄉(xiāng)村景區(qū)管理部門按人流量配置相應的安保人員及配套設(shè)施提供輔助決策。

2 熱力圖生成原理及關(guān)鍵技術(shù)

熱力圖是以特殊高亮的形式顯示訪客熱衷的頁面區(qū)域和訪客所在地理區(qū)域的圖示，在地圖呈現(xiàn)方面主要是以不同顏色的區(qū)塊疊加在地圖上實時描述人群分布、密度和變化趨勢等［4～5］。利用熱力圖進行表達不僅比普通的點要素更炫目，而且更容易發(fā)現(xiàn)事件的發(fā)生頻率和事件分布密度。

2.1 熱力圖生成原理

canvas是生成熱力圖的必要元素，它是通過Ja?vaScript來繪制2D圖形［6］。渲染熱力圖首先要設(shè)置單點渲染模板，核心方法是canvas的createRadial?Gradient方法，為每個點設(shè)置渲染半徑，由漸變因子確定內(nèi)圓比例，內(nèi)圓與外圓的圓周間進行無色的放射漸變，達到中間透明度高，邊緣透明度低的效果。這個無色且透明度漸變的圓形即為點的模板；然后根據(jù)單點模板繪制全部點，核心方法是canvas的drawImage方法，在每個點的位置按照模板進行繪制，達到重疊部分透明度疊加的效果；再利用canvas的createLinearGradient方法構(gòu)建0～256的調(diào)色板；最后使用canvas的putImageData方法，對繪制的每個點進行著色，獲取繪制的區(qū)域中每個像素，根據(jù)像素的透明度去調(diào)色板中取對應的顏色進行渲染，最后達到熱力圖的效果［7～8］。

2.2 熱力圖關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 動態(tài)監(jiān)測

隨著科技的高速發(fā)展，各個領(lǐng)域都在思考怎么更好地利用高科技產(chǎn)品。為了更好地觀察事物和人的趨向，多使用攝像機、監(jiān)控、傳感器、統(tǒng)計的方式進行動態(tài)監(jiān)測［9～11］。動態(tài)監(jiān)測的用途廣泛，商業(yè)領(lǐng)域可以對動態(tài)監(jiān)測結(jié)果進行分析而做出更好的營銷策略，公共服務領(lǐng)域可以根據(jù)動態(tài)監(jiān)測結(jié)果制定各種應急解決方案更好地保障民眾的安全，群眾可以通過觀察動態(tài)監(jiān)測結(jié)果選擇出行方式等。

傳統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測通常是以影像或者數(shù)據(jù)表的形式來呈現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果，往往不夠簡單易懂。本文是利用熱力圖對景區(qū)人流量進行動態(tài)監(jiān)測，設(shè)置不同時間段的數(shù)據(jù)，然后拖動時間軸或者點擊播放按鈕來控制熱力圖的變化，不同時間節(jié)點將顯示不同的熱力圖。

2.2.2 熱力圖疊加優(yōu)化

熱力圖在疊加多次后，效果較為極端，會有大量數(shù)據(jù)接近峰值的情況，如果不進行優(yōu)化，渲染后就看不出過渡層級的變化。優(yōu)化算法的具體做法是用數(shù)組存儲value值，然后對數(shù)組進行歸一化，將歸一化的結(jié)果重新進行渲染。

數(shù)據(jù)歸一化處理通常被應用于數(shù)據(jù)挖掘方面，其處理指標往往具有不同的量綱和量綱單位，這樣的情況會影響到數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，為了消除指標之間的量綱影響，需要進行數(shù)據(jù)標準化處理，以解決數(shù)據(jù)指標之間的可比性［12～14］。原始數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)歸一化處理后，各指標處于同一數(shù)量級，適合進行綜合對比評價。min-max標準化和Z-score標準化方法是兩種常用的歸一化方法，本文熱力圖選擇的處理方法是前者。min-max標準化也稱為離差標準化，是對原始數(shù)據(jù)的線性變換，使結(jié)果值映射到［0，1］之間［15］。轉(zhuǎn)換函數(shù)式（1）如下：

其中max為樣本數(shù)據(jù)的最大值，min為樣本數(shù)據(jù)的最小值。

3 應用實例

3.1 數(shù)據(jù)準備

在生成美麗鄉(xiāng)村景區(qū)的熱力圖時，需要各大景區(qū)的地理坐標信息，各大景區(qū)的坐標信息是將真實數(shù)據(jù)通過ArcServer發(fā)布成服務以供實驗使用，它是整個實驗過程的基礎(chǔ)部分。六大景區(qū)分別是中國大竹海、荷花山景區(qū)、龍王山景區(qū)、姚家大院、浙北大峽谷、石馬灣漂流。同時為了生成動態(tài)熱力圖，通過jRange滑動選取數(shù)值來控制熱力圖的變化，將一年分成四個節(jié)點，分別是1月、4月、8月、12月，因此需要這幾個月各大景區(qū)的人數(shù)信息，各大景區(qū)1月、4月、8月、12月的實驗人數(shù)信息如表1所示。

表1 各大景區(qū)1月、4月、8月、12月的人數(shù)信息表

3.2 設(shè)計與關(guān)鍵代碼實現(xiàn)

3.2.1 熱力圖的數(shù)據(jù)裝填

數(shù)據(jù)是生成熱力圖的基礎(chǔ)，通過調(diào)用服務查詢到各大景區(qū)的信息并以JSON格式輸出，然后將數(shù)據(jù)裝填到data數(shù)組中?！爸袊笾窈！本皡^(qū)的數(shù)據(jù)信息JSON代碼如下：

attributes：｛count：570｝，//count為人數(shù)

geometry：｛spatialReference：｛wkid：4326｝，type：“point”，x：119.65，y：30.49｝

其他景區(qū)的數(shù)據(jù)信息JSON代碼與上述代碼類似。

3.2.2 熱力圖的可視化

引用heatmap.js實現(xiàn)熱力圖的生成，如果heat?Layer不存在，則需要設(shè)置熱力圖的配置信息，其中包括半徑、漸變色、透明度等。將設(shè)置好配置信息的heatLayer圖層疊加到地圖上，然后通過setData方法將裝有數(shù)據(jù)的data數(shù)組設(shè)置為渲染數(shù)據(jù)。通過heatmap.js計算得出熱力圖，再將熱力圖顯示在地圖上。實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼如下：

this.heatLayer=new HeatmapLayer（｛config：｛“useLocalMaximum”：true，“radius”：40，“gradi?ent”：｛0.45：“rgb（000，000，255）”，0.55：“rgb（000，255，255）”，0.65：“rgb（000，255，000）”，0.95：“rgb（255，255，000）”，1.00：“rgb（255，000，000）”｝｝，“map”：map，“domNodeId”：“heatLayer”，“opacity”：0.85｝）；//設(shè)置配置信息

map.addLayer（this.heatLayer）；//疊加圖層

this.heatLayer.setData（this.data（）［0］）；//設(shè) 置渲染數(shù)據(jù)

this.heatLayer.show（）；//顯示熱力圖

3.2.3 景區(qū)人流量的動態(tài)監(jiān)測

使用jRange滑動選取數(shù)值來控制熱力圖的變化進行景區(qū)人流量的動態(tài)監(jiān)測，可以通過點擊播放按鈕使時間軸向前移動，也可以自行拖動時間軸。時間軸設(shè)有四個節(jié)點，分別為1、4、8、12，時間軸每向前移動到一個節(jié)點，就改變一次熱力圖。如點擊播放按鈕，時間軸移動到末尾節(jié)點時將回到起點并停止變化，熱力圖也變?yōu)橄鄳?，在時間軸移動的過程中可以點擊按鈕暫停變化。

實現(xiàn)時間節(jié)點向前移動一格的關(guān)鍵代碼如下：

$（‘.single-slider’）.jRange（“setValue”，1+par?seInt（currentVal））；

改變熱力圖的關(guān)鍵代碼如下：

var cVal=$（‘.single-slider’）.jRange（“getVal?ue”）；

if（currentVal＜=12）｛

if（（parseInt（currentVal）%4==0）||（parseInt（currentVal）==1））｛

var data=relitu.heatLayer.lastData；

else if..............................................//在此處判斷節(jié)點并裝填對應月份各景區(qū)的人數(shù)數(shù)據(jù)。

relitu.heatLayer.refresh（）；//更新熱力圖

3.3 結(jié)果對比分析

點擊景點熱度按鈕彈出初始熱力圖和時間軸，時間軸上有四個節(jié)點，依次為1、4、8、12，如圖1所示。點擊播放按鈕，時間節(jié)點每向前移動一格，熱力圖就發(fā)生一次變化，如圖2所示。自行拖動時間節(jié)點，每到一格，熱力圖就發(fā)生變化，變?yōu)樵摃r間節(jié)點對應的熱力圖，如圖3所示。

圖1 時間軸

熱力圖渲染顏色從淺到深表示舒適程度從非常舒適到非常擁擠。

圖2 自動播放熱力圖

從圖3可以看出1月和8月的熱力圖渲染顏色相對4月和12月更重一些，表明在1月和8月來此地游覽景點的人數(shù)較多，較為擁擠。在各個月份的熱力圖中由顏色的深淺可以看出六大景區(qū)的舒適程度，顏色越深代表越擁擠，顏色越淺代表越舒適。

圖3 拖動滑動條改變熱力圖

圖3 中拖動滑動條改變熱力圖的實現(xiàn)效果和圖2中利用播放按鈕控制熱力圖的變化的實現(xiàn)效果一樣，兩種不同的方式調(diào)用同樣的方法可以實現(xiàn)一樣的效果。

4 結(jié)語

本文采用熱力圖的方式對景區(qū)人流量進行動態(tài)監(jiān)測并對結(jié)果進行可視化表達，到美麗鄉(xiāng)村旅游的游客可以根據(jù)監(jiān)測結(jié)果預先選擇適宜的景區(qū)和出游時間，同時當?shù)鼐用窨梢愿鶕?jù)游客的喜好發(fā)現(xiàn)更多的商機，從而帶動經(jīng)濟的進步。最重要的是當?shù)匕脖Ｈ藛T可以通過觀察動態(tài)監(jiān)測結(jié)果而更好地確保游客的安全，盡量避免踩踏等突發(fā)事件的發(fā)生。