Datenvisualisierung mit Matlab II

by Paul Balzer on 29. September 2011

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Die Variante, die Daten über ein Videobild zu legen, ist ähnlich, wie mit Kanonen auf Spatzen zu schießen. Das sieht zwar schön aus, aber ist sehr viel Aufwand. Oft reicht es auch aus, die Daten in Diagrammen darzustellen.

Geschwindigkeit-Strecke-3D

Im Folgenden möchte ich zeigen, wie man Daten aus einer Datei in anschauliche Diagramme verpackt und automatisiert abspeichert.

Datenaufzeichnung

Die Daten sind aus der gleichen Quelle, wie im Artikel “Datenvisualisierung mit Matlab”.

Matlab Script zum Erstellen von Diagrammen aus Excel Datei

Das Script ließt Werte aus einer Excel Datei, erstellt verschiedene Diagramme und speichert diese in Druckqualität als .PNG Datei ab. Die Bearbeitung dauert ca. 10s, je nach CPU. Das zeigt, wie überlegen Mathworks Matlab im Vergleich zu Tabellenkalkulationsprogrammen wie Excel ist, wenn es um die Auswertung von Messdaten geht.

1. Excel Datei öffnen und Variablen in Workspace legen

clear all, close all, clc
%% open data file
[filename,path] = uigetfile('*.xls', 'Load XLS File');

if (isequal(filename, 0))
	return;													% cancel
end

data = xlsread(fullfile(path,filename));

%% Variablen Fahrdynamik
t   = data(:,1); %Zeit in s
v   = data(:,2); %Geschwindigkeit in km/h
ay  = data(:,3); %Querbeschleunigung in g
ax  = data(:,4); %Längsbeschleunigung in g
yaw = data(:,5); %Fahrtrichtung in Grad
vv  = data(:,6); %Vertical Speed in km/h
nu  = data(:,7); %Anzahl Satelitten
B   = data(:,8); %Breitengrad in min
L   = data(:,9); %Längengrad in min
s   = data(:,10);%Weg in m
R   = data(:,12);%Kurvenradius in m

dt  = diff(t);
dt  = dt(1);     %Abtastzeit der Daten

%% Filtern um Hochfrequenten Anteil weg zu bekommen
ayf = filter(ones(1,10)/10,1,ay);
yawf = filter(ones(1,10)/10,1,yaw);

%% Rundenzeiten aus Messschrieb
lap0 = 150; %Einführungsrunde
lap1 = lap0 + 136.1;
lap2 = lap1 + 135.8;
lap3 = lap2 + 133.1;
lap4 = lap3 + 134.5;
lap5 = lap4 + 133.9;

% Runde definieren
start = find(t>lap1,1,'first');
stop  = find(t>lap2,1,'first');

% Rundenzeiten berechnen für Diagramme
rundenzeit = t(stop)-t(start);
min = fix(rundenzeit/60);
sek = rundenzeit - min*60;
rundenzeit = [num2str(min) ':' num2str(sek)];

2. Diagramm Querbeschleunigung über Zeit

Querbeschleunigung-Zeit

%% Querbeschleunigung
figure(1)
line(t(start:stop),ayf(start:stop).*9.81,'Color','red','LineWidth',3)
grid on
xlim([t(start) t(stop)])
ylim([-15 15])
title(['Eurospeedway BMW M3 HotLap: ' rundenzeit])
xlabel('Zeit [s]')
ylabel('Querbeschleunigung [m/s²]')
print(gcf,'-dpng','-r300','Querbeschleunigung-Zeit.png')

3. Diagramm Querbeschleunigung über Strecke

Querbeschleunigung-Strecke

%% Querbeschleunigung über Strecke
figure(2)

    aymaxindex = find(ayf(start:stop)>1.2)+start;

    % Beschleunigungssignal einfügen
    for i=start:1:stop
        ll = -ayf(i)./30;    % Skalierung

        dL = L(i+5)-L(i);
        dB = B(i+5)-B(i);

        ld = atan2(dL,dB); % Richtungswinkel bestimmen
        ld = ld+pi/2; % Senkrechte dazu

        %farbe = abs(ayf(i))/max(ayf); %normieren auf max g
        line([B(i) (B(i)+ll*cos(ld))],[L(i) (L(i)+ll*sin(ld))],...
            'color',[1 0 0],'LineWidth',5)

    end

    aymaxindex = find(ayf(start:stop)>1.2)+start;
    for i=start:1:stop % nochmal Maxima einfügen
        if (i==4289)||(i==4460)||(i==4657)||(i==5170)||(i==5359) %dort sind hohe ay
                text('Position',[B(i) L(i)-0.05],'HorizontalAlignment','center',...
                    'String',{'\uparrow'; [num2str(round(9.81*ayf(i)*100)/100) 'm/s²']})
        end
    end
    %Kurs überlagern
    line(B(start:stop),L(start:stop),'LineWidth',4,'color','black')
    axis off
    title(['Eurospeedway BMW M3 HotLap: ' rundenzeit])
    legend('Querbeschleunigung','location','Southoutside')
print(gcf,'-dpng','-r300','Querbeschleunigung-Strecke.png')

4. Diagramm Geschwindigkeit über Zeit

Geschwindigkeit-Zeit

%% Geschwindigkeit
figure(3)
line(t(start:stop),v(start:stop),'LineWidth',2)
grid on
xlim([t(start) t(stop)])
ylim([0 200])
title(['Eurospeedway BMW M3 HotLap: ' rundenzeit])
xlabel('Zeit [s]')
ylabel('Geschwindigkeit [km/h]')
print(gcf,'-dpng','-r300','Geschwindigkeit-Zeit.png')

5. Diagramm Geschwindigkeit über Strecke

Geschwindigkeit-Strecke

%% Geschwindigkeit über Strecke
figure(4)
    % Geschwindigkeitssignal einfügen
    for i=start:1:stop
        ll = -v(i)./3000;    % Skalierung

        dL = L(i+5)-L(i);
        dB = B(i+5)-B(i);

        ld = atan2(dL,dB); % Richtungswinkel bestimmen
        ld = ld+pi/2; % Senkrechte dazu

        %farbe = abs(ayf(i))/max(ayf); %normieren auf max g
        line([B(i) (B(i)+ll*cos(ld))],[L(i) (L(i)+ll*sin(ld))],...
            'color',[0 0 1],'LineWidth',5)

    end
    %Kurs überlagern
    line(B(start:stop),L(start:stop),'LineWidth',4,'color','black')
    axis off
    title(['Eurospeedway BMW M3 HotLap: ' rundenzeit])
    legend('Geschwindigkeit','location','Southoutside')
print(gcf,'-dpng','-r300','Geschwindigkeit-Strecke.png')

6. Diagramm Geschwindigkeit über Strecke in 3D

Geschwindigkeit-Strecke-3D

%% Geschwindigkeit über Strecke 3D
figure(5);
    h=stem3(B(start:2:stop),L(start:2:stop),v(start:2:stop),...
        'fill','MarkerSize',2,'MarkerFaceColor',[0 0 1],'Color',[.8 .8 .8]);
    hold on

    view(143,60)

    %Kurs überlagern
    line(B(start:10:stop),L(start:10:stop),'LineWidth',4,'color','black')

    title(['Eurospeedway BMW M3 HotLap: ' rundenzeit])
    legend('Geschwindigkeit','location','Southoutside')
    set(gca,'XTicklabel',[],'YTicklabel',[]);
    grid on
    box off
print(gcf,'-dpng','-r300','Geschwindigkeit-Strecke-3D.png')
close all;

Animation

Wenn man den view Befehl noch etwas variiert, kann man das Diagramm auch noch animieren:

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