延迟不确定性和其对火车旅行规划的影响的可视化(Visualization of Delay Uncertainty and its Impact on Train Trip Planning: A Design Study)

火车延误的不确定性对火车旅行具有很大的影响。延误可能导致转车时错过连接火车,或到达目的地比预约的时间要晚。面对这种不确定性,旅行者希望预先知道火车可能的延迟。目前,火车旅行规划是基于两站之间的预定的时间。虽然有几种可视化方法可以显示时间不确定性,但没有专门的视觉设计支持行程规划。对于这些问题,我们提出了一个评估视觉设计,延迟火车旅行规划与延迟不确定性可视分析系统。它列出了预定的火车线路连接,预期的火车延误以及它们对到达时间的影响以及错过转车的可能性[1]。

定义:

  1. 火车连接:火车连接由n个火车和n-1个火车之间的连接组成。
  2. 延迟:延迟是实际到达时间剪去预计到达时间
  3. 关键延迟:影响行程安排的延迟(例如比约定的到达时间要晚很多或者错过转车)

一趟车的延迟时间我们无法知道,但是我们可以根据该辆车历史的延迟情况,来预测这辆车的延迟时间。如图1(a)所示,非累积延迟分布表示在某个特定的延迟时间的概率,比如延迟时间为25分钟的概率为0.1;从图1(b)中可以看出,累积延迟时间值得是延迟时间小于或者等于某个值的概率,比如延迟时间小于或等于25分钟的概率为0.25。

图1 延迟的概率密度分布 (a)非累积延迟(b)l累积延迟

图1: 延迟的概率密度分布 (a)非累积延迟(b)累积延迟

我们希望能够在我们的可视化设计中,表示出旅行计划,延迟信息以及关键的延迟。针对这些想法我们制定了我们目标。

  1. 展示火车旅行的信息(例如出发到达时间和连接)
  2. 使用累积和非累积概率来可视化延迟
  3. 表示出火车延迟对于转车的影响
  4. 如果错过计划的转车,展示出可能的备选方案。
  5. 可视化应该很容易理解

图2是为了回答目标2,对于累积延迟我们使用梯度图表示,使用浅色和深色表示概率,对于累积延迟,我们使用一个聚集概率,例如我们可以使用一个5分钟的时间间隔,计算每个时间间隔的概率。

图2: 累积和非累积延迟

当我们使用突出的红色的矩形表示延迟的时候,有时候上一辆车的延迟的部分会和下一个连接的车有重叠,图3讨论了各种设计来解决这个重叠问题,在(a)图中,我们可以看出重叠的部分使得我们无法看清下一趟车的出发部分,在(b)中,我们将延迟的部分只显示一半,但是这种设计使得我们看到表示火车的部分和延迟的部分看起来很突兀,在(c)中,我们使用线来画出一辆车的开始结束部分,但是这种设计使用了额外的线,而且用户理解起来不是那么直接。在我们最终设计 (d)中我们使用梯形表示延迟,这种设计不需要添加额外的可视化元素很直接。

图3: 不同的设计解决重叠

从图3可以看出有一些关键的延迟,图4提供了各种各样的设计来强调这些关键的延迟,在设计(b)中,我们使用浅色表示关键延迟,但是用户可能会曲解为后面的列车被取消了,在(c)中,关键延迟使用红色表示,非关键延迟使用浅蓝色表示,这种表示颜色不一致,用户很难理解,在(d)中,我们使用叹号图标表示关键延迟,用户不太好理解叹号是属于上面还是下面火车的。我们最终的设计师是(e),将叹号表示在火车上,使用突出的红色梯形表示关键的延迟。

图4: 强调关键延迟的设计

如果发生关键的延迟导致我们错过我们计划的下一班火车,我们想要知道还有哪些备选方案可以选择。图5讨论了备选方案的设计。我们使用可能的方案共享最初的同一段火车。在(a)中,我们重复的表示第一段火车,但是这用电冗余,而且会让用户误认为是起始段的火车不一样,在(b),(c)和(d)中重复的火车是用透明的矩形,不表示或者合并在一起,这种不一致的设计使用户比较困惑。在我们最终的设计方案(e)中,我们使用虚线连接备选方案。

图5: 备选方案的设计

图6中列出了三种设计方案,在(a)中是一个火车公司的列车时刻表,(b)是一个软件的界面呀,这个软件与我们的设计很像,只不过使用垂直布局表示,(c)是我们的设计方案。

图6: 3种设计比较

我们设计了一些问题,然后有72明参与实验室会回答每个问题,然后我们查看他们回答的正确率。在图7中,可以看出,前5个问题,4种设计方案的得分差不多,传统方法的得分略高,可能与用户更加习惯有关。在后两个问题传统方法表现的更好,说明我们的方法对时间的表示不上很直接。在图8中,在前两个问题中,4种设计方案的得分差不多,用户的个人经验,使得使用传统方法也能回答出延迟。在后3种方案中。我们的方法更加优异,而且累积概率表现更好。

图7: 3种设计比较

图8: 3种设计比较

这篇文章,针对表示火车延迟提出了丰富的设计方案,并且讨论了每种方法的利弊。

[1] Wunderlich, Marcel, et al. “Visualization of Delay Uncertainty and its Impact on Train Trip Planning: A Design Study.” Computer Graphics Forum. Vol. 36. No. 3. 2017.

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