Tài liệu Trực quan hóa bản đồ không gian thời gian mạng xe buýt

UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT NGÔ THỊ NGỌC DỊU TRỰC QUAN HÓA BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN MẠNG XE BUÝT CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SỸ BÌNH DƯƠNG – 2019 UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT NGÔ THỊ NGỌC DỊU TRỰC QUAN HÓA BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN MẠNG XE BUÝT CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG THÔNG TIN MÃ SỐ: 8480104 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. TRẦN VĨNH PHƯỚC BÌNH DƯƠNG – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Ngô Thị Ngọc Dịu, với mã số học viên 1694801040005, là học viên cao học lớp CH16HT, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, trƣờng Đại học Thủ Dầu Một, tỉnh Bình Dƣơng, chuyên ngành Hệ thống thông tin. Tôi xin cam đoan luận văn “Trực quan hóa bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt” là do tôi nghiên cứu, tìm hiểu và phát triển dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Trần Vĩnh Phƣớc, không phải sự sao chép từ các tài liệu, công trình nghiên cứu của ngƣời khác mà không ghi rõ trong tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Bình Dương, ngày 09 tháng 3 năm 2019 ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian tham gia khóa học, dƣới sự giảng dạy nhiệt tình của quý Thầy/Cô, tôi đã bổ sung đƣợc rất nhiều kiến thức về chuyên môn cũng nhƣ kỹ năng trong cuộc sống... Qua bài báo cáo này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới quý Thầy/Cô đã trực tiếp truyền đạt kiến thức cho tôi thông qua lớp Cao học Hệ thống thông tin. Đồng thời, tôi xin cảm ơn Lãnh đạo trƣờng Đại học Thủ Dầu Một, Lãnh đạo khoa Kỹ thuật – Công nghệ đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành khóa học này. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trần Vĩnh Phƣớc. Thầy luôn nhiệt tình chỉ dạy, định hƣớng, truyền nhiệt huyết cho tôi về học tập và nghiên cứu khoa học. Thầy đã giúp đỡ tôi có sự chuẩn bị kỹ càng cả về mặt tâm lý cũng nhƣ kiến thức thực hiện luận văn tốt nghiệp và hƣớng dẫn trực tiếp cho tôi hoàn thành báo cáo này. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới ba mẹ, chồng con luôn ở bên tôi, động viên, ủng hộ và giúp đỡ tôi có thêm động lực để hoàn thành khóa học. Tôi xin cảm ơn quý Thầy/Cô khoa Kỹ thuật – Công nghệ đã nhiệt tình giúp đỡ, hƣớng dẫn, góp ý cho báo cáo này. Tôi cũng xin cảm ơn các anh chị em, bạn bè học viên lớp Cao học Hệ thống thông tin đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện báo cáo này. Trân trọng cảm ơn! Bình Dương, ngày 09 tháng 3 năm 2019 Học viên thực hiện Ngô Thị Ngọc Dịu iii TÓM TẮT Xe buýt là phƣơng tiện giao thông công cộng đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các thành phố. Bản đồ xe buýt hiện hành của một thành phố cung cấp thông tin của những tuyến xe buýt giúp hành khách có thể sử dụng để tìm kiếm những chuyến đi từ nơi này đến nơi khác. Tuy nhiên, bản đồ xe buýt hiện hành chỉ hiển thị dữ liệu không gian mà không hiển thị thông tin về thời gian nên gây khó khăn cho hành khách trong việc lên lịch trình cho một chuyến đi. Ngoài ra, tại một số thành phố lớn, mật độ các tuyến xe buýt đƣợc hiển thị dày đặc trên bản đồ. Điều này ảnh hƣởng đến việc sử dụng bản đồ của ngƣời dùng xe buýt do bản đồ có tính trực quan không cao. Bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt áp dụng khối không gian – thời gian (STC) để hiển thị quỹ đạo tuyến theo vị trí không gian mặt đất kết nối các trạm xe buýt theo tuyến và quỹ đạo chuyến nối các ví trí không gian – thời gian của các trạm là điểm tham chiếu trạm buýt và thời gian chuyến xe qua trạm. Trên thực tế, mạng xe buýt thành phố có nhiều tuyến, mỗi tuyến đƣợc hiển thị bởi một quỹ đạo tuyến và nhiều quỹ đạo chuyến. Do đó, khi hiển thị bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt, màn hình dày đặc và không phân biệt đƣợc trạm, quỹ đạo tuyến, quỹ đạo chuyến của các tuyến. Luận văn “Trực quan hóa bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt” xây dựng phƣơng pháp và qui trình tích hợp biến thị giác vào bản đồ không gian – thời gian xe buýt để nâng cao tính trực quan của bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt. Với phƣơng pháp này, biến thị giác màu đƣợc tích hợp với các phần tử của từng tuyến, các phần tử của biến ký hiệu đƣợc tích hợp với các lớp dấu hiệu trạm, lớp dấu hiệu quỹ đạo tuyến, lớp dấu hiệu quỹ đạo chuyến. Ngoài ra, do tính chất đồng dạng của các quỹ đạo chuyến của một tuyến, luận văn đã áp dụng phƣơng pháp trừu trƣợng hóa để hiển thị một quỹ đạo chuyến cho một tuyến, các quỹ đạo chuyến khác trong cùng tuyến có thể phát sinh từ quỹ đạo chuyến đại diện của tuyến. Phƣơng pháp này đã nâng cao tính chọn lọc, tính phối iv hợp, tính thứ tự, và tính định lƣợng. Ngoài ra, phƣơng pháp trừu tƣợng hóa các quỹ đạo chuyến đã khắc phục sự hạn chế về kích thƣớc của màn hình vì độ dài biến thời gian giảm sau khi trừu tƣợng hóa. v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................... ii LỜI CẢM ƠN .......................................................................................... iii TÓM TẮT ................................................................................................ iv MỤC LỤC ............................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ............................................................ viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................ ix Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ............................................................. 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................... 1 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ..................................................................... 4 1.3 ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG .............................................................. 5 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................ 5 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................ 5 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU................ 6 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM ................................................................. 6 2.1.1 Dữ liệu .................................................................................... 6 2.1.2 Không gian ............................................................................. 6 2.1.3 Thời gian ................................................................................ 7 2.1.4 Đối tượng, đối tượng di chuyển ............................................. 7 2.1.5 Dữ liệu di chuyển ................................................................... 9 2.2 TRỰC QUAN HÓA .................................................................... 10 2.2.1 Trực quan hóa là gì? ............................................................ 10 2.2.2 Trực quan hóa dữ liệu là gì? ............................................... 11 2.2.3 Tại sao phải trực quan hóa dữ liệu? ................................... 11 2.2.4 Trực quan hóa dữ liệu không gian – thời gian ................... 12 2.3 CẢM NHẬN CỦA THỊ GIÁC CON NGƯỜI ........................... 12 2.3.1 Cảm thụ trực quan .............................................................. 12 vi 2.3.2 Khả năng của thị giác con người ......................................... 13 2.4 BIẾN TRỰC QUAN ................................................................... 15 2.4.1 Biến phẳng............................................................................ 16 2.4.2 Biến thị giác .......................................................................... 16 2.5 TÍNH CHẤT TRỰC QUAN ...................................................... 18 Chương 3 BIỂU DIỄN TRỰC QUAN MẠNG LƯỚI XE BUÝT ........ 21 3.1 BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN .................................. 21 3.2 BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN BIỂU DIỄN MẠNG XE BUÝT ............................................................................................ 22 3.3 BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN MỘT TUYẾN XE BUÝT .................................................................................................. 25 3.3.1 Mô tả..................................................................................... 25 3.3.2 Quy trình thực hiện ............................................................. 26 3.4 BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN NHIỀU TUYẾN XE BUÝT .................................................................................................. 28 3.4.1 Mô tả..................................................................................... 28 3.4.2 Quy trình thực hiện ............................................................. 30 Chương 4 NÂNG CAO TÍNH TRỰC QUAN CỦA BẢN ĐỒ KHÔNG GIAN – THỜI GIAN MẠNG XE BUÝT .............................................. 35 4.1 GIẢM ĐỘ DÀY CỦA MÀN HÌNH ........................................... 35 4.2 TÍCH HỢP BIẾN THỊ GIÁC .................................................... 37 4.2.1 Nâng cao tính trực quan của bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt ................................................................................... 37 4.2.2 Tích hợp biến thị giác .......................................................... 38 Chương 5 KẾT LUẬN............................................................................ 45 5.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC.............................................................. 45 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... 47 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Xe buýt ....................................................................................... 1 Hình 1.2: Sơ đồ các tuyến xe buýt tỉnh Bình Dƣơng................................... 2 Hình 2.3: Các ký hiệu trong không gian ..................................................... 7 Hình 2.4: Quy luật tam giác của Peuquet [18] ............................................ 8 Hình 2.5: Quy luật tam giác của Andrienko [19] ........................................ 9 Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống cảm nhận trực quan [8]..................................... 14 Hình 2.7: Biến phẳng ............................................................................... 16 Hình 2.8: Tính chọn lọc của biến hình dạng ............................................. 18 Hình 2.9: Tính phối hợp của biến hình dạng ............................................. 19 Hình 2.10: Tính thứ tự của biến kích thƣớc .............................................. 19 Hình 2.11: Tính định lƣợng, độ dài biến của biến phẳng .......................... 20 Hình 3.12: Bản đồ xe buýt không gian – thời gian dành cho tuyến i ......... 22 Hình 3.13: Bản đồ biểu diễn đƣờng đi của xe buýt với 1 chuyến .............. 25 Hình 3.14: Quy trình lựa chọn xe buýt với trƣờng hợp một chuyến .......... 27 Hình 3.15: Bản đồ biểu diễn đƣờng đi của xe buýt với 2 chuyến .............. 29 Hình 3.16: Bản đồ biểu diễn đƣờng đi của xe buýt với 3 chuyến .............. 30 Hình 3.17: Quy trình lựa chọn xe buýt với trƣờng hợp 2 chuyến .............. 31 Hình 3.18: Quy trình lựa chọn xe buýt với trƣờng hợp 3 chuyến .............. 33 Hình 4.19: Quỹ đạo tuyến, chuyến trƣớc và sau khi giảm độ dày ............. 36 Hình 4.20: Bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt đƣợc trực quan hóa ................................................................................................................. 44 viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Biến thị giác ............................................................................. 17 Bảng 4.2: Tập biến ký hiệu....................................................................... 40 Bảng 4.3: Tập biến màu ........................................................................... 41 Bảng 4.4: Giao của các lớp dấu hiệu trực quan ......................................... 41 Bảng 4.5: Tích hợp biến thị giác với các lớp dấu hiệu trực quan .............. 43 ix Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, các loại phƣơng tiện giao thông công cộng đa phần đều có sẵn lộ trình, lịch trình nhƣ metrol, tàu lửa, tàu điện, tàu tốc hành... Trong số đó, xe buýt là phƣơng tiện giao thông công cộng đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các thành phố ở nƣớc ta và một số nƣớc khác. Ở nƣớc ta, ngƣời dân sử dụng xe buýt để di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác với nhiều mục đích khác nhau. Đó có thể là học sinh, sinh viên đi xe buýt đến trƣờng; công chức, viên chức đến cơ quan làm việc; công nhân đến nhà máy lao động hay ngƣời dân đi chơi, đi tham quan thành phố... Xe buýt vừa là phƣơng tiện phổ biến, tiện lợi vừa là phƣơng tiện an toàn, hiện đại mà chi phí lại rất phổ thông nên xe buýt đƣợc xem là phƣơng tiện công cộng đáp ứng đƣợc nhu cầu di chuyển và phù hợp với mọi ngƣời dân (Hình 1.1). Hình 1.1: Xe buýt 1 Trung bình ở các thành phố lớn có hàng trăm tuyến xe buýt chạy mỗi ngày nên ngƣời dùng xe buýt sẽ gặp khó khăn trong việc làm thế nào để đón đúng xe buýt của tuyến và chờ đúng trạm dừng mà xe buýt của tuyến sẽ đi qua. Vì vậy, bản đồ xe buýt sẽ là chìa khóa giúp ngƣời dùng xe buýt dễ dàng hơn trong hành trình di chuyển bằng xe buýt của mình. Bản đồ xe buýt của một thành phố hết sức cần thiết đối với ngƣời dùng xe buýt nhƣ học sinh, sinh viên, cán bộ công chức viên chức, công nhân, ngƣời đi đƣờng, ngƣời đi tham quan thành phố... Nói chung, bản đồ xe buýt không chỉ cần thiết đối với ngƣời dân mà còn rất hữu ích đối với cả khách du lịch. Ngƣời dùng xe buýt sử dụng bản đồ xe buýt để tìm kiếm chuyến đi theo nhu cầu cá nhân của họ. Nhìn vào bản đồ xe buýt, ngƣời dùng có thể lựa chọn tuyến xe buýt và xác định đƣợc vị trí các trạm đón, trả hành khách phù hợp với mình nhất (Hình 1.2). Hình 1.2: Sơ đồ các tuyến xe buýt tỉnh Bình Dương (nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Danh_sách_tuyến_xe_buýt_Bình_Dương) 2 Hầu hết, bản đồ xe buýt hiện hành đƣợc tạo từ bản đồ du lịch hoặc bản đồ đƣờng bộ bằng cách vẽ thêm các quỹ đạo xe buýt, các trạm dừng và các ga xe buýt của các tuyến xe buýt. Trên bản đồ, nhiều quỹ đạo xe buýt đƣợc vẽ dày đặc dọc theo nhiều đoạn đƣờng. Điều này làm cho ngƣời dùng gặp khó khăn khi sử dụng vì tính trực quan của bản đồ không cao trong việc chọn tuyến và kết hợp giữa các tuyến với nhau [6]. Ngoài ra, bản đồ xe buýt hiện nay vẫn chƣa đáp ứng đƣợc cho hành khách trong việc lên lịch trình cho một chuyến đi vì bản đồ không cung cấp thông tin về thời gian. Nhìn vào bản đồ này, hành khách chỉ biết đƣợc thông tin về không gian địa lý nhƣ vị trí ga khởi hành, vị trí các trạm dừng và vị trí ga đến của xe buýt. Bản đồ này gây khó khăn cho hành khách trong việc lựa chọn chuyến xe buýt phù hợp do thiếu thông tin về thời gian xe khởi hành, thời gian xe ghé các trạm dừng hay thời gian xe đến ga đến. Để phục vụ hành khách đi xe buýt, thành phố Hồ Chí Minh, Hà Nội, Đà Nẵng đã phát triển nhiều trang web biểu diễn các tuyến xe buýt trên bản đồ không gian để chỉ thị các trạm, quỹ đạo tuyến của các tuyến xe buýt, nhƣ: http://xe-buyt.com/ban-do-xe-buyt, http://thuthuat123.com/ban-do-cac-tuyen-xebuyt-tp-ho-chi-minh-moi-nhat/ hoặc những áp dụng tìm đƣờng đi bằng xe buýt trên điện thoại nhƣ: https://fptshop.com.vn/tin-tuc/thu-thuat/huong-dan-timtuyen-xe-buyt-cuc-don-gian-bang-google-maps-66256 v.v… Tất cả những trang web cung cấp thông tin về mạng xe buýt có điểm chung là sử dụng bản đồ không gian 2D chỉ thị vị trí mặt đất, không chỉ thị thời gian trên bản đồ. Thời gian của các chuyến xe buýt trong một tuyến đƣợc chỉ thị nhƣ một bảng dữ liệu trình bày thời điểm đi từ trạm cuối này và thời điểm đến một trạm cuối khác. Một số trang web có công cụ cung cấp thông tin về lộ trình đi xe buýt từ một trạm này đến một trạm khác. Cho đến nay, chƣa tìm thấy trang web nào áp dụng khối không gian – thời gian để biểu diễn mạng xe buýt nhƣ một bản đồ không gian – thời gian. Kể từ khi đƣợc đề xuất bởi Hagerstrand 1970 [1, 2], khối không gian – thời gian (space-time cube) đƣợc nhiều tác giả sử dụng nhƣ mô hình biểu diễn dữ liệu của các đối tƣợng di chuyển (dữ liệu di chuyển) [3, 4]. Đặc trƣng của khối 3 không gian – thời gian là biểu diễn quan hệ giữa vị trí không gian và vị trí thời gian của đối tƣợng di chuyển. Nói cách khác, mỗi đối tƣợng trong khối không gian – thời gian đƣợc chỉ định bởi vị trí không gian và thời gian tƣơng ứng. Trong đó, mỗi đối tƣợng sử dụng một khoảng thời gian để di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác. Đối với xã hội, xe buýt là phƣơng tiện giao thông công cộng. Về phƣơng diện kỹ thuật, xe buýt là một đối tƣợng di chuyển có thể đƣợc biểu diễn trong khối không gian – thời gian. Đối với một thành phố có nhiều tuyến xe buýt khác nhau, quỹ đạo không gian và quỹ đạo không gian – thời gian của các tuyến xe buýt biểu diễn trong khối không gian – thời gian nhƣ một bản đồ không gian – thời gian của mạng xe buýt. Bản đồ không gian – thời gian của mạng xe buýt giúp ngƣời dùng xe buýt có thể tự thiết kế cho mình một lộ trình đi thích hợp khi biết địa điểm đến, thời gian đến và địa điểm đi [5]. Khi sử dụng một bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt của một thành phố có nhiều tuyến xe buýt khác nhau, ngƣời dùng khó phân biệt đƣợc các hợp phần của tuyến này với tuyến khác, cũng nhƣ khó phối hợp đƣợc các hợp phần của cùng một tuyến. Hiện tƣợng này là do độ dày đặc màn hình và tính chọn lọc cũng nhƣ tính phối hợp của bản đồ biểu diễn trực quan mạng xe buýt không cao. Về phƣơng diện kỹ thuật, tính trực quan của bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt có thể đƣợc cải thiện bằng cách tích hợp biến thị giác vào bản đồ một cách thích hợp [6]. 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Mục tiêu chính của đề tài “Trực quan hóa bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt” là nâng cao tính trực quan của bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt bằng cách tích hợp biến thị giác vào bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt. 4 1.3 ĐỐI TƯỢNG ÁP DỤNG - Bản đồ không gian – thời gian mạng xe buýt; - Khả năng cảm nhận bằng thị giác của con ngƣời. 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Bản đồ không gian - thời gian mô phỏng 1 tuyến xe buýt; - Bản đồ không gian - thời gian mô phỏng 2 tuyến xe buýt; - Bản đồ không gian - thời gian mô phỏng 3 tuyến xe buýt. 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp hình học: Phƣơng pháp hình học đƣợc dùng để biểu diễn các hợp phần của bản đồ mạng xe buýt; - Phương pháp đại số: Phƣơng pháp đại số đƣợc dùng để tích hợp biến thị giác với bản đồ mạng xe buýt; - Phương pháp tra cứu tài liệu: Phƣơng pháp tra cứu tài liệu đƣợc dùng để nghiên cứu khả năng cảm nhận bằng thị giác của con ngƣời; - Phương pháp phân tích: Phƣơng pháp phân tích đƣợc dùng để phân lớp các hợp phần của bản đồ mạng xe buýt; - Phương pháp tổng hợp: Phƣơng pháp tổng hợp đƣợc áp dụng để kết hợp các hợp phần của một tuyến xe buýt và của toàn mạng xe buýt. 5 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ TRỰC QUAN HÓA DỮ LIỆU 2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 2.1.1 Dữ liệu Dữ liệu là những giá trị của các biến định tính hay định lƣợng. Dữ liệu đƣợc đo đạc, thu thập, báo cáo và phân tích để làm quyết định. Ví dụ: anh A mời anh B chiều nay đi uống cà phê. Anh A phải cung cấp đầy đủ thông tin nhƣ uống ở đâu, vào thời điểm nào, quán đó có rộng rãi sạch sẽ không... Nếu có đầy đủ thông tin thì anh B mới đƣa ra quyết định là có đồng ý đi hay là không. Dữ liệu có 2 tính chất là tính đầy đủ và tính chắc chắn. Tính đầy đủ của dữ liệu là phải đầy đủ, không đƣợc thiếu. Ví dụ: chúng ta muốn lấy dữ liệu về thời tiết thì phải lấy dữ liệu cả ngày và đêm. Tính chắc chắn của dữ liệu là dữ liệu phải đƣợc đối sánh với thực tế, phải là dữ liệu có thật, nếu sử dụng dữ liệu không có thật sẽ rất khó chính xác. 2.1.2 Không gian Không gian là một phạm trù triết học chỉ hình thức tồn tại của vật thể ở vị trí nhất định, kích thƣớc nhất định và ở một khung cảnh nhất định trong mối quan hệ với những vật thể khác. Không gian luôn gắn liền với thời gian và vật thể. Không gian có tính khách quan, tính vĩnh cửu vô tận, tính thứ tự (Đông – Tây – Nam – Bắc) và không gian luôn có 3 chiều. Điểm (Points) là một tọa độ trong không gian không có kích thƣớc. Các điểm trong không gian không bao giờ liên tục mà luôn có khoảng cách. Trong trực quan hóa, điểm có thể đƣợc biểu diễn bằng các dấu hiệu trực quan khác nhau nhƣ dấu chấm, hình tròn, hình vuông, hình tam giác... với kích thƣớc phù hợp (Hình 2.3). 6 Đƣờng (Lines) là một dạng trên mặt phẳng có chiều dài có thể đo đƣợc nhƣng không có chiều rộng. Trong trực quan hóa, đƣờng đƣợc biểu diễn bởi các dạng đƣờng khác nhau nhƣ đƣờng thẳng, đƣờng cong, đƣờng gấp khúc... Đƣờng có thể đƣợc dùng để biểu diễn đƣờng giao thông, đƣờng dây điện, đƣờng ranh giới... (Hình 2.3). Vùng (Areas) là phần mặt phẳng đƣợc giới hạn bởi đƣờng cong khép kín. Trong trực quan hóa, các vùng khác nhau đƣợc biểu diễn bởi các dấu hiệu trực quan khác nhau. Vùng có thể đƣợc dùng để biểu diễn các khu vực địa lý có diện tích nhƣ tỉnh, quốc gia, vùng nông thôn, vùng hành chính... (Hình 2.3). Points Lines Areas Hình 2.3: Các ký hiệu trong không gian 2.1.3 Thời gian Thời gian là một khái niệm trực giác, mọi ngƣời đều nhận biết thời gian nhƣng không thể thấy, không thể sờ đƣợc. Thời gian thay đổi liên tục và tự nhiên. Các đơn vị đo thời gian đƣợc các hệ thống lịch tính theo sự chuyển động của mặt trời, hoặc mặt trăng, hoặc cả mặt trời và mặt trăng. Thời gian đƣợc cảm nhận thông qua các đơn vị đo thời gian nhƣ năm, tháng, ngày, giờ, phút, giây,... 2.1.4 Đối tượng, đối tượng di chuyển Đối tƣợng là các thực thể rời rạc có đƣờng biên giới. Một đối tƣợng không gian (spatio-tempral object) đƣợc kết hợp bởi những hạt không gian – thời gian mà mỗi hạt là một đơn vị lớn nhất có tính đồng nhất về không gian và thời gian. 7 Năm 1994, Peuquet đƣa ra quy luật của một tam giác gồm 3 đỉnh: What (cái gì) – Where (ở đâu) – When (khi nào) (Hình 2.4). Khi chúng ta xác định đƣợc 2 trong 3 yếu tố thì sẽ xác định đƣợc yếu tố còn lại. Chẳng hạn, chúng ta xác định đƣợc một vật cụ thể đang tồn tại ở một vị trí nhất định thì chúng ta sẽ xác định đƣợc thời gian mà vật đó đang tồn tại ở vị trí trên. Hoặc khi ta xác định đƣợc một vật cụ thể đang tồn tại vào thời điểm nhất định nào đó thì ta sẽ biết đƣợc vật đó đang ở đâu. Ngƣợc lại, khi ta xác định đƣợc một vật có thời gian và vị trí xác định thì chúng ta sẽ biết đƣợc đó là vật gì. What (Cái gì) Where (Ở đâu) When (Khi nào) Hình 2.4: Quy luật tam giác của Peuquet [18] Đến năm 2003, Andrienko cải biên thành tam giác gồm 3 đỉnh: Đối tƣợng – Vị trí – Thời gian (Hình 2.5). Một đối tƣợng đƣợc xác định vị trí mà không xác định đƣợc thời gian, ngƣời ta gọi đối tƣợng đó là đối tƣợng không gian. Một đối tƣợng đƣợc xác định thời gian mà không xác định đƣợc không gian, ngƣời ta gọi đối tƣợng đó là đối tƣợng thời gian. Một đối tƣợng xác định đƣợc cả thời gian và vị trí, ngƣời ta gọi đối tƣợng đó là đối tƣợng không gian – thời gian. Đối tƣợng không gian là một thực thể tồn tại trên mặt đất mà vị trí đƣợc xác định nhƣng không xác định đƣợc thời gian. Đối tƣợng không gian – thời gian là một thực thể tồn tại trên mặt đất mà vị trí không gian đƣợc xác định, vị trí thời gian đƣợc xác định. 8 Đối tƣợng di chuyển là một đối tƣợng không gian – thời gian mà khi thời gian thay đổi thì vị trí không gian thay đổi. Nhƣ vậy, đối tƣợng di chuyển cũng là đối tƣợng không gian – thời gian nhƣng vị trí của nó thay đổi theo thời gian. Hay nói cách khác, một thực thể muốn di chuyển từ nơi này đến nơi khác thì phải tốn một khoảng thời gian. Đối tượng Đối tượng không gian Vị trí Đối tượng thời gian Đối tượng không gian thời gian / Đối tượng di chuyển Thời gian Hình 2.5: Quy luật tam giác của Andrienko [19] 2.1.5 Dữ liệu di chuyển Dữ liệu di chuyển là một ánh xạ (hàm) từ thời gian đến vị trí (tại một thời điểm, một thực thể chỉ tồn ở một vị trí nhất định). Dữ liệu di chuyển mô tả sự di chuyển của đối tƣợng di chuyển, khi đối tƣợng di chuyển thì vị trí thay đổi theo thời gian. Theo GIS thời gian, dữ liệu có thể là một bộ dữ liệu . Về mặt kỹ thuật, dữ liệu di chuyển của đối tƣợng di chuyển đƣợc ghi theo nhiều phƣơng pháp khác nhau nhƣ ghi theo thời gian, ghi theo vị trí, ghi theo sự thay đổi hay ghi theo sự việc xảy ra... - Phương pháp ghi dựa trên thời gian: Các vị trí của đối tƣợng đƣợc ghi lại ở các khoảng thời gian đều nhau hoặc theo chu kỳ thời gian hoặc vào các khoảng thời gian đặc biệt. Ví dụ: xe chạy đƣợc 15 phút ghi nhận lại vị trí của xe, cứ nhƣ vậy lặp lại cho các 15 phút tiếp theo cho tới khi kết thúc cuộc hành trình; 9 - Phương pháp ghi dựa trên vị trí: Thời điểm đƣợc ghi lại khi đối tƣợng di chuyển đến vị trí đã xác định trƣớc. Ví dụ: khi xe buýt tới mỗi trạm dừng của xe buýt thì ghi nhận lại thời gian đến; - Phương pháp ghi theo sự thay đổi: Ghi nhận lại các đặc điểm của đối tƣợng khi có sự thay đổi. Ví dụ: trong quá trình xe chạy bình thƣờng nhƣng đến một chỗ nào đó xe cần tăng tốc lên hoặc nó rẽ trái, rẽ phải hoặc trọng lƣợng của xe bị tụt giảm xuống thì ghi nhận lại thời gian, vị trí, thuộc tính khi xẩy ra sự thay đổi; - Phương pháp ghi theo sự kiện: Ghi nhận lại các sự kiện xẩy ra trong quá trình di chuyển của đối tƣợng. Ví dụ: xe đang chạy mà bị bắn tốc độ thì ghi nhận lại thời gian, đặc điểm của xe khi sự kiện xẩy ra; - Phương pháp ghi tổng hợp: Ghi nhận lại các dữ liệu liên quan đến đối tƣợng di chuyển nhƣ thời gian, vị trí, thuộc tính của đối tƣợng bằng cách kết hợp 4 phƣơng pháp kể trên. Tùy theo mục tiêu ghi dữ liệu lại của từng bài toán mà ta có thể áp dụng phƣơng pháp ghi nào cho phù hợp, đôi lúc ta cần kết hợp nhiều phƣơng pháp ghi cho một bài toán. Dữ liệu di chuyển của xe buýt trong đề tài này đƣợc áp dụng phƣơng pháp ghi theo vị trí. Bởi vì các trạm dừng xe buýt (bus stops) là cố định, tức vị trí biết trƣớc nên xe đến trạm là ghi, xe chạy không cần ghi. Thời điểm xe khởi hành tại ga khởi hành đƣợc ghi nhận. Thời điểm xe ghé qua các trạm dừng đƣợc ghi nhận. Thời điểm xe đến ga đến cũng đƣợc ghi nhận. 2.2 TRỰC QUAN HÓA 2.2.1 Trực quan hóa là gì? Trực quan hóa là sử dụng hình ảnh để minh họa hay biểu diễn dữ liệu giúp con ngƣời hiểu đƣợc dữ liệu một cách thực tế hơn. Trực quan hóa làm cho con ngƣời, sự thông minh của con ngƣời đóng góp vào quá trình biến đổi dữ liệu 10