如何找出GPS海拔数据开始单调递增的时间戳？

问题背景 #

我有一个包含Altitude列的DataFrame，初始阶段受GPS信号波动影响，海拔基本保持稳定；当携带GPS设备登山移动时，海拔会持续上升。需要找到海拔开始持续向上变化的时间戳，但简单的“大于”比较不可行，因为初始阶段存在信号波动。

示例数据如下：

import pandas as pd
import numpy as np
 
df_GPS = pd.DataFrame([['2024-06-21 06:22:38', 605.968389],
                     ['2024-06-21 06:22:39', 606.009398],
                     ['2024-06-21 06:22:40', 605.630573],
                     ['2024-06-21 06:22:41', 605.476367 ],
                     ['2024-06-21 06:22:42', 605.322161],
                     ['2024-06-21 06:22:43', 605.268389],
                     ['2024-06-21 06:22:44', 605.559398],
                     ['2024-06-21 06:22:45', 606.630573],
                     ['2024-06-21 06:22:46', 607.476367 ],
                     ['2024-06-21 06:22:47', 609.322161],
                    ], columns=['time', 'Altitude'])

理想结果为时间戳2024-06-21 06:22:43，从此处开始海拔单调上升。但我的代码存在问题：

start_move = df_GPS.loc[df_GPS['Altitude'] == df_GPS["Altitude"].is_monotonic_increasing, 'time'] 
print(start_move)    

错误分析 #

你的代码核心错误在于对is_monotonic_increasing的理解偏差：

• df_GPS["Altitude"].is_monotonic_increasing返回的是单一布尔值，仅表示整个Altitude列是否整体单调递增（示例数据中该值为False，因为前几行存在波动）
• 你用df_GPS['Altitude'] == 这个布尔值，本质是把海拔数值和True/False（对应数值1/0）做比较，完全不符合逐行判断递增趋势的逻辑，因此得到的结果毫无意义。

正确解法 #

要找到持续递增的起始点，我们需要逐行判断相邻海拔的变化，定位最后一次非递增的位置，其对应的时间就是持续上升的起始点：

import pandas as pd

df_GPS = pd.DataFrame([['2024-06-21 06:22:38', 605.968389],
                     ['2024-06-21 06:22:39', 606.009398],
                     ['2024-06-21 06:22:40', 605.630573],
                     ['2024-06-21 06:22:41', 605.476367 ],
                     ['2024-06-21 06:22:42', 605.322161],
                     ['2024-06-21 06:22:43', 605.268389],
                     ['2024-06-21 06:22:44', 605.559398],
                     ['2024-06-21 06:22:45', 606.630573],
                     ['2024-06-21 06:22:46', 607.476367 ],
                     ['2024-06-21 06:22:47', 609.322161],
                    ], columns=['time', 'Altitude'])

# 计算相邻行的海拔差值，标记是否递增（后一行 >= 前一行）
df_GPS['is_increasing'] = df_GPS['Altitude'].diff() >= 0

# 找到最后一次出现非递增的索引
last_non_increase_idx = df_GPS[df_GPS['is_increasing'] == False].index[-1]
# 获取对应的时间戳
start_move_time = df_GPS.loc[last_non_increase_idx, 'time']

print(start_move_time)
# 输出：2024-06-21 06:22:43

说明 #

• diff()方法计算当前行与前一行的海拔差值，>=0用于标记当前行是否比前一行高（或相等）
• 找到最后一个非递增的位置，对应的时间就是持续上升的起始点（因为之后所有行都保持递增）
• 如果需要严格递增（后一行必须高于前一行），只需将>=0改为>0即可

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Swawa