Luận văn Biểu diễn và phân tích trực quan dữ liệu di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu

Nội dung tài liệu: Luận văn Biểu diễn và phân tích trực quan dữ liệu di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu

1. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ TRỊNH BIỂU DIỄN VÀ PHÂN TÍCH TRỰC QUAN DỮ LIỆU DI CHUYỂN CỦA Ô TÔ VẬN TẢI XĂNG DẦU LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH Thành phố Hồ Chí Minh - 2021
2. BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- LÊ TRỊNH BIỂU DIỄN VÀ PHÂN TÍCH TRỰC QUAN DỮ LIỆU DI CHUYỂN CỦA Ô TÔ VẬN TẢI XĂNG DẦU Chuyên ngành : Hệ Thống Thông Tin. Mã số : 8480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS TRẦN VĨNH PHƯỚC Thành phố Hồ Chí Minh – 2021
3. i LỜI CAM KẾT Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, xuất phát từ nhu cầu thực tế trong quá trình học tập cao học, cũng như nhu cầu biểu diễn và phân tích trực quan của công ty vận chuyển xăng dầu. Dữ liệu sử dụng trong nghiên cứu được thu thập tại công ty vận chuyển xăng dầu. Trong quá trình nghiên cứu của luận văn, các tài liệu trích dẫn và tham khảo có nguồn gốc rõ ràng. Kết quả của luận văn nghiên cứu và ứng dụng biểu diễn và phân tích trực quan dữ liệu di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu là trung thực. Tác giả luận văn Lê Trịnh
4. ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn “Biểu diễn và phân tích trực quan dữ liệu di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu”. Tôi đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, hướng dẫn từ phía các Thầy Cô, các cá nhân và tổ chức sau: Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS. Trần Vĩnh Phước, Thầy đã hết lòng tận tình hướng dẫn và hỗ trợ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS. Trương Nguyên Vũ – Viện trưởng viện Cơ học và Tin học ứng dụng thuộc Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã hỗ trợ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám đốc Học Viện, phòng Đào tạo sau Đại học, các Thầy, Cô trong Khoa Công nghệ Thông tin và Viễn thông, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Cơ học và Tin học Ứng dụng đã tạo mọi điều kiện và môi trường học tập, nghiên cứu tốt nhất. Cuối cùng tôi xin cảm ơn đến các bạn cùng lớp ITT18A02 và lớp ITT18B02 đã luôn chia sẻ, trao đổi, thảo luận trong quá trình học tập và nghiên cứu. Trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn Lê Trịnh
5. iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng điều khiển ............................................................................................. 13 Bảng 3.1 Bảng các đặc tính và vị trí của ô tô VTXD theo thời gian ............................. 18 Bảng 3.2 Danh sách biển báo trực quan và ý nghĩa ...................................................... 20 Bảng 4.1.1 Bảng cơ sở dữ liệu của ô tô vận tải xăng dầu thứ nhất ............................... 27 Bảng 4.1.2 Các biển báo trên lộ trình di chuyển của ô tô VTXD thứ nhất ................... 40 Bảng 4.2.1 Bảng cơ sở dữ liệu của ô tô vận tải xăng dầu thứ hai ................................. 48 Bảng 4.2.2 Các biển báo trên lộ trình di chuyển của ô tô VTXD thứ hai ..................... 57
6. iv DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Tư duy trực quan hóa dữ liệu ........................................................................... 4 Hình 2.2 Biểu đồ cột đứng, cột ngang ............................................................................. 4 Hình 2.3 Biểu đồ đường mức độ biến động dữ liệu theo thời gian ................................. 5 Hình 2.4 Biểu đồ đường Pareto chart .............................................................................. 5 Hình 2.5 Biểu đồ đường tròn ........................................................................................... 6 Hình 2.6 Biểu đồ phân tán ............................................................................................... 6 Hình 2.7 Biểu đồ Bubble ................................................................................................. 7 Hình 2.8 Biểu đồ Area ..................................................................................................... 7 Hình 2.9 Biểu đồ thác nước ............................................................................................. 8 Hình 2.10 Biểu đồ hình phểu ........................................................................................... 8 Hình 2.11 Biểu đồ nhiệt ................................................................................................... 9 Hình 2.12 Biểu đồ Box-plot .......................................................................................... 10 Hình 2.13 Bảng đồ map trong thư viện folium ............................................................. 14 Hình 3.1 Phần mềm inkscape 1.0 thiết kế các biểu báo trực quan ................................ 19 Hình 3.2 Mô hình hệ thống giám sát ô tô VTXD .......................................................... 23 Hình 3.3 Khai báo các thư viện trong code của phần mềm giám sát ............................ 24 Hình 3.4 Màn hình chính của phần mềm giám sát ........................................................ 25 Hình 4.1.1 Màn hình chính của phần mềm giám ô tô VTXD thứ nhất ......................... 27 Hình 4.1.2 Trực quan hoá 10 bộ dữ liệu gần nhất của xe ô tô VTXD thứ nhất trên hình khối không gian-thời gian nhiều chiều .......................................................................... 30 Hình 4.1.3 Vị trí (P) trên không gian 3 chiều được kéo thẳng lên đường thẳng đưa về không gian 2 chiều ......................................................................................................... 31 Hình 4.1.4 Biểu diễn trọng lượng theo vị trí ................................................................. 32 Hình 4.1.5 Biểu diễn trọng lượng theo vị trí ................................................................. 32 Hình 4.1.6 Biểu diễn nhiên liệu theo vị trí .................................................................... 33 Hình 4.1.7 Biểu diễn tốc độ theo vị trí .......................................................................... 34 Hình 4.1.8 Biểu diễn trọng lượng, nhiên liệu, tốc độ và thời gian theo vị trí và ước lượng khoảng cách giữa các vị trí liên tiếp nhau ..................................................................... 34 Hình 4.1.9 Biểu diễn nhiên liệu của ô tô VTXD theo ước lượng quảng đường (phân rã từ hình 4.1.8) ................................................................................................................. 35 Hình 4.1.10 Biểu diễn tốc độ của ô tô VTXD theo ước lượng quảng đường (phân rã từ hình 4.1.8) ...................................................................................................................... 36 Hình 4.1.11 Biểu diễn trọng lượng, nhiên liệu, tốc độ và vị trí theo thời gian ............. 37
7. v Hình 4.1.12 Biểu diễn trọng lượng, nhiên liệu, tốc độ và vị trí theo thời gian. Biểu diễn trong khoảng thời gian từ “10:02:00” đến “10:31:00” .................................................. 38 Hình 4.1.13 Mục trích xuất dữ liệu và lộ trình di chuyển của ô tô VTXD ................... 38 Hình 4.1.14 Biểu diễn lộ trình di chuyển của ô tô VTXD thứ nhất .............................. 39 Hình 4.1.15 Vị trí đầu tiên của ô tô VTXD thứ nhất ..................................................... 41 Hình 4.1.16 Vị trí của ô tô VTXD dừng không biến động trọng lượng và nhiên liệu. . 41 Hình 4.1.17 Vị trí của ô tô VTXD dừng không biến động trọng lượng và nhiên liệu .. 42 Hình 4.1.18 Vị trí của ô tô VTXD có biến động về trọng lượng .................................. 42 Hình 4.1.19 Vị trí của ô tô vận tải xăng đầu thứ nhất đang chạy biến động về nhiên liệu ....................................................................................................................................... 43 Hình 4.1.20 Vị trí ô tô VTXD dừng tại Xã Hoà Khánh Tây, Đức Hoà, Long An ........ 44 Hình 4.1.21 Vị trí của ô tô VTXD biến động về trọng lượng ....................................... 44 Hình 4.1.22 Vị trí của ô tô có biến động nhiên liệu tại đường Đức Lập Hạ, Xã Đức Lập Hạ, Đức Hoà, Long An .................................................................................................. 45 Hình 4.1.23 Vị trí của ô tô VTXD được hệ thống giám sát cuối cùng.......................... 46 Hình 4.1.24 Dữ liệu di chuyển của ô tô VTXD dạng file HTML ................................. 46 Hình 4.1.25 Dữ liệu di chuyển của ô tô VTXD dạng file Excel ................................... 47 Hình 4.2.1 Màn hình chính của HTGS đang chọn ô tô VTXD thứ hai ......................... 47 Hình 4.2.2 Trực quan hoá 10 bộ dữ liệu gần nhất của xe ô tô VTXD thứ hai trên hình khối không gian-thời gian nhiều chiều .......................................................................... 52 Hình 4.2.3 Vị trí (P) trên không gian 3 chiều được kéo thẳng lên đường thẳng đưa về không gian 2 chiều ......................................................................................................... 53 Hình 4.2.4 Biểu diễn trọng lượng, nhiên liệu, tốc độ theo ước lượng quảng đường .... 53 Hình 4.2.5 Biểu diễn thời gian theo ước lượng quảng đường ....................................... 54 Hình 4.2.6 Biểu diễn trọng lượng, nhiên liệu, tốc độ và vị trí theo thời gian ............... 55 Hình 4.2.7 Mục trích xuất dữ liệu và lộ trình di chuyển của ô tô VTXD ..................... 55 Hình 4.2.8 Biểu diễn trực quan lộ trình di chuyển của ô tô VTXD thứ hai .................. 56 Hình 4.2.9 Vị trí của ô tô VTXD thứ hai cung cấp xăng dầu cho khách hang và nạp nhiên liệu cho ô tô. .................................................................................................................. 58 Hình 4.2.10 Dữ liệu di chuyển của ô tô VTXD thứ hai dạng file HTML ..................... 58 Hình 4.2.11 Dữ liệu di chuyển của ô tô VTXD dạng file Excel ................................... 59
8. vi Mục lục LỜI CAM KẾT .................................................................................................................i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................. iii DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................................iv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ............................................................................................. 1 1.1 Đặt vấn đề .............................................................................................................. 1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................. 1 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 1 1.4 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................... 1 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 3 2.1 Lý thuyết về trực quan hoá ........................................................................................ 3 2.2 Các tài liệu nghiên cứu phương pháp trực quan ...................................................... 10 2.3 Trực quan hoá dữ liệu di chuyển bằng ngôn ngữ lập trình python ......................... 11 2.3.1 Thư viện Matplotlib .......................................................................................... 11 2.3.2 Thư viện Pandas ................................................................................................ 11 2.3.3 Thư viện numpy ................................................................................................ 12 2.3.4 Thư viện tKinter ................................................................................................ 12 2.3.5 Thư viện folium ................................................................................................. 14 2.3.6 Thư viện Pillow (PIL Fork)............................................................................... 15 2.3.7 Ứng dụng geopy ................................................................................................ 15 2.3.8 Tkhtmlview ....................................................................................................... 15 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT .................................................. 16 3.1 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................... 16 3.2.1 Các loại biến và mô tả ....................................................................................... 16 3.2.2 Phương pháp biểu diễn các đặc tính và vị trí theo thời gian ............................. 18 3.2.3 Thiết kế và mô tả các biển báo trực quan ......................................................... 19 3.2.4 Các công thức toán học liên quan giữa các biến ............................................... 20 3.2 Mô hình hệ thống giám sát ô tô vận tải xăng dầu .................................................... 23 3.3 Xây dựng phần mềm cho hệ thống giám sát ........................................................... 24 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG GIÁM SÁT DỮ LIỆU DI CHUYỂN CỦA Ô TÔ VẬN TẢI XĂNG DẦU .................................................................................................................. 27 4.1 Hệ thống giám sát của ô tô vận tải xăng dầu thứ nhất ............................................. 27
9. vii 4.1.1 Phần mềm giám sát ô tô VTXD thứ nhất .......................................................... 27 4.1.2 Dữ liệu ô tô vận tải xăng dầu thứ nhất .............................................................. 27 4.1.3 Trực quan hoá sự di chuyển của ô tô VTXD thứ nhất ...................................... 30 4.1.3.1 Biểu diễn trực quan thời gian, vị trí và các đặc tính của ô tô VTXD trên hình khối không gian – thời gian nhiều chiều................................................................. 30 4.1.3.2 Biểu diễn trực quan các đặc tính theo vị trí của ô tô VTXD thứ nhất ........ 31 4.1.3.3 Biểu diễn trực quan các đặc tính và thời gian của ô tô VTXD thứ nhất theo ước lượng quảng đường .......................................................................................... 34 4.1.3.4 Biểu diễn trực quan các đặc tính và vị trí của ô tô VTXD theo thời gian .. 36 4.1.4 Trực quan hoá sự di chuyển của ô tô VTXD thứ nhất trên google map ........... 38 4.1.5 Trích xuất dữ liệu di chuyển của ô tô VTXD ....................................................... 46 4.2 Hệ thống giám sát của ô tô vận tải xăng dầu thứ hai ............................................... 47 4.2.1 Phần mềm giám sát ô tô VTXD thứ hai ............................................................ 47 4.2.2 Dữ liệu ô tô vận tải xăng dầu thứ hai ................................................................ 48 4.2.3 Trực quan hoá sự di chuyển của ô tô VTXD thứ hai ........................................ 51 4.2.3.1 Biểu diễn trực quan thời gian, vị trí và các đặc tính của ô tô VTXD trên hình khối không gian – thời gian nhiều chiều................................................................. 51 4.2.3.2 Biểu diễn trực quan các đặc tính theo vị trí của ô tô VTXD thứ hai .......... 52 4.2.3.3 Biểu diễn trực quan các đặc tính và thời gian của ô tô VTXD thứ hai theo ước lượng quảng đường .......................................................................................... 53 4.2.3.4 Biểu diễn trực quan các đặc tính và vị trí của ô tô VTXD theo thời gian .. 54 4.2.4 Trực quan hoá sự di chuyển của ô tô VTXD thứ hai trên google map ............. 55 4.2.5 Trích xuất dữ liệu di chuyển của ô tô VTXD thứ hai ....................................... 58 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................................. 60 5.1 Kết quả nghiên cứu đạt được ............................................................................... 60 5.2 Hướng phát triển .................................................................................................. 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 62
10. 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Xuất phát từ tình hình thực tế tình trạng bất thường do hao hụt nhiên liệu, trọng lượng chở hay pha chế xăng dầu của xe chở xăng dầu trên tuyến đường di chuyển từ công ty đến các trạm xăng dầu trên địa bàn tỉnh Bà rịa -Vũng tàu mà chủ công ty xăng dầu không rõ nguyên nhân. Đề tài nghiên cứu “Biểu diễn và phân tích trực quan dữ liệu di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu” hiển thị các giá trị của dữ liệu thu thập được bằng những hình ảnh đồ hoạ và bản đồ map theo thời gian thực. Người dùng quan sát những hình ảnh đồ hoạ hiển thị trên màn hình máy tính để phân tích, xử lý thông tin, nhận định, và tiên đoán được những hoạt động của xe chở xăng dầu. Người quản lí hay chủ phương tiện nhìn vào hình ảnh hiển thị này dễ dàng phát hiện những vị trí bất thường theo thời gian thực như vị trí xe bồn dừng, ví trí xe bồn có biến động về nhiên liệu hoặc có biến động về trọng lượng xăng dầu chở, xe bồn chạy quá tốc độ cho phép, trọng lượng chở vượt qua mức cho phép, 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Luận văn “Biểu diễn và phân tích trực quan dữ liệu di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu” sử dụng các kỹ thuật trực quan hoá để biểu diễn và phân tích các giá trị dữ liệu ghi được trong suốt lộ trình di chuyển của ô tô vận tải xăng dầu. 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Xe bồn chở xăng dầu trong tỉnh Bà rịa - Vũng tàu và các tỉnh thành lân cận Bà rịa – Vũng tàu của công ty vận tải xăng dầu; các thuộc tính biểu diễn gồm thời gian, vị trí và các đặc tính như trọng lượng xăng dầu chở, nhiên liệu và tốc độ của ô tô vận tải xăng dầu. 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp đại số: Phương pháp được dùng để xác định các tập dữ liệu của các biến dữ liệu, các tập vị trí của xe, các tập vị trí của xe xảy ra bất thường trong suốt lộ trình di chuyển theo thời gian,...