基于GIS的京津冀統(tǒng)計年鑒可視化表達

楊 佟，張利輝，馬嘉蓉，楊東虎，于新朋，許寶潔，游婷婷

（天津城建大學地質與測繪學院，天津300384）

京津冀一體化是國家確立的一項重大經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，京津冀城市群是新的經(jīng)濟增長極，是當下社會關注的熱點.統(tǒng)計年鑒是開展京津冀協(xié)同發(fā)展研究的數(shù)據(jù)基礎，可視化讓數(shù)據(jù)分析更加便捷，更直觀地獲取知識.在具體的可視化實現(xiàn)方面，包括傳統(tǒng)的醫(yī)學、天文地理和新興的社會媒體等各個領域，國內外仍在繼續(xù)進行深入的研究.

目前國內地理信息可視化新技術研究熱點主要集中在虛擬現(xiàn)實技術、增強現(xiàn)實技術、自適應地理信息可視化技術以及地理信息全息顯示技術4 個方面[1].在國外許多大型企業(yè)、科研機構都會有相關部門進行數(shù)據(jù)可視化研究，如數(shù)字圖書館.媒體和政府機構也對掌握的數(shù)據(jù)進行可視化分析，如犯罪地圖.互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，掌握了大量用戶活動信息、用戶關系網(wǎng)或語料庫的網(wǎng)站，比如Digg，F(xiàn)riendFeed，F(xiàn)lickr 或大型電子商務網(wǎng)站等，都開展實驗性的可視化項目.

但目前，數(shù)據(jù)可視化技術的發(fā)展仍存在一些局限性.鑒于數(shù)據(jù)可視化有很高端的技術要求，只有技術人員才能發(fā)現(xiàn)價值，用戶群僅限于數(shù)據(jù)可視化領域的專家和技術人員.同時，地理空間數(shù)據(jù)可視化平臺對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理的技術還不夠完善[2].然而，在信息化時代，需要進行可視化數(shù)據(jù)應用的人群迅速擴大，促進了更加智能的數(shù)據(jù)可視化工具的出現(xiàn).較新的技術工具允許非技術用戶在不必學習如何使用復雜的模型和多媒體軟件的情況下，能夠對任意學科進行數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn).

1 京津冀統(tǒng)計年鑒可視化的必要性

京津冀統(tǒng)計年鑒是反映北京、天津、河北國民經(jīng)濟和社會發(fā)展情況的最具權威性的資料.早期統(tǒng)計年鑒資料主要以紙質圖書為主，近些年提供了電子版本，主要是文字和圖表的形式，同時應用多年數(shù)據(jù)信息，整理工作繁瑣，數(shù)據(jù)不能與研究區(qū)域直接關聯(lián)，圖表表達不夠直觀.而數(shù)據(jù)可視化技術能夠縮短用戶獲取數(shù)據(jù)時間，同時使用戶有效地發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的復雜關系，更利于人們對信息的接受[3].比起使用純文本數(shù)據(jù)，可視化技術更能幫助用戶理解和應用數(shù)據(jù).通過對京津冀地區(qū)統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)可視化，可以很直觀看出行業(yè)、人口、資源利用等信息，還可以對將來的人口老齡化、行業(yè)發(fā)展等進行預測，對社會經(jīng)濟和國民發(fā)展會起到積極作用[4].本論文主要研究國民經(jīng)濟和社會發(fā)展相關數(shù)據(jù)的專題圖表達及統(tǒng)計年鑒信息數(shù)據(jù)的空間信息化，為京津冀協(xié)同發(fā)展的科研、政策制定、宏觀決策等提供數(shù)據(jù)支撐.

京津冀統(tǒng)計年鑒系列數(shù)據(jù)的可視化，可使用戶更直觀地分析其近年來各個方面的發(fā)展變化，從而能更好預測未來幾年的變化，其提供了一種非常清晰的溝通方式使用戶能夠更快、更方便地理解和處理信息，為社會各界提供了豐富的信息資源[5].作為人們了解信息的窗口，為更好地傳播信息，服務大眾，統(tǒng)計年鑒可視化勢在必行.

本文基于GIS 平臺和專題地圖的表達方法，來研究國民經(jīng)濟和社會發(fā)展相關數(shù)據(jù)，采用動態(tài)與靜態(tài)相結合的方法進行可視化表達，實現(xiàn)地圖與統(tǒng)計數(shù)據(jù)的集成表達，使統(tǒng)計年鑒資料應用簡單、方便、直觀、形象.

2 專題分類

由于3 個地區(qū)的統(tǒng)計年鑒各章節(jié)目錄大體一致，但河北年鑒涉及的領域更多，3 個地區(qū)的年鑒數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，為了方便形成對比，選取京津冀共有的指標進行整合分類.依據(jù)國民經(jīng)濟行業(yè)分類標準，從行政、人口、國民經(jīng)濟、人民生活、固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)、批發(fā)和零售業(yè)及住宿和餐飲業(yè)、對外經(jīng)濟貿易和旅游等這些方面進行區(qū)縣制圖的劃分，如表1 所示.從人口、國民經(jīng)濟、固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)、能源生產(chǎn)和消費、資源環(huán)境和公共設施、財政、農業(yè)等方面進行省市制圖的劃分，如表2 所示.

表1 以區(qū)縣尺度劃分的專題指標

表2 以省市尺度劃分的專題指標

3 構建京津冀年鑒數(shù)據(jù)庫

從時間尺度來說，京津冀統(tǒng)計年鑒分別開始記載于1980 年，1983 年和1985 年，年鑒跨度非常大，時間序列長；從空間尺度上，年鑒記載的內容十分豐富，大到國民經(jīng)濟、固定資產(chǎn)投資，小到人口就業(yè)、衛(wèi)生環(huán)境，以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，所包含的數(shù)據(jù)量大，方便管理，作為數(shù)據(jù)支撐，便于其他人進行各項研究.

對于海量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對其建立數(shù)據(jù)庫，不僅能減少數(shù)據(jù)冗余，還便于數(shù)據(jù)的管理.基于制定的專題，按照不同的時空尺度來構建京津冀年鑒數(shù)據(jù)庫[6].由于政策、法規(guī)等原因，行政區(qū)劃的空間范圍會發(fā)生某些變化，空間范圍發(fā)生變化之后，為了實現(xiàn)空間范圍和屬性的統(tǒng)一，就需要在時間尺度上，對空間數(shù)據(jù)重新進行劃分，也就是需要構建新的時間尺度的時空數(shù)據(jù)庫.例如，2009 年天津市調整部分行政區(qū)劃，撤銷天津市漢沽區(qū)、塘沽區(qū)、大港區(qū)，設立天津市濱海新區(qū).1986 年河北省定縣撤縣設市，改名為定州市.以區(qū)縣尺度劃分時，天津市薊縣和寧河縣在2015—2016 年的統(tǒng)計年鑒里改名為天津市薊州區(qū)和寧河區(qū)，與2012—2014 年的統(tǒng)計年鑒不一致.所以以2012—2014年和2015—2016 年分別對其進行分期構建數(shù)據(jù)庫.在建立數(shù)據(jù)庫之前，先收集了京津冀統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)和基礎地理數(shù)據(jù).在設計專題屬性時，根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展狀況選出具有代表性的專題要素，并且基于數(shù)據(jù)盡可能完備的原則進行數(shù)據(jù)庫的建立，如圖1 所示.

圖1 構建京津冀年鑒數(shù)據(jù)庫流程圖

對于專題屬性的變化，按時間尺度對空間進行劃分.同一個時間尺度按省市和區(qū)縣對3 個地方進行專題屬性的設計.在統(tǒng)一不同地區(qū)相同指標的字段名時，區(qū)縣的命名方式采用“拼音首字母_年份”，省市的命名采用“拼音首字母_0_年份”，對于拼音首字母縮寫相同的兩個字段，區(qū)縣按“英文_ 年份”進行命名，省市按“英文_0_年份”命名.例如，“MANRK_ 年份”代表區(qū)縣級別的男性人口，“WOMANRK_年份”代表區(qū)縣級別的女性人口，“CZRK_0_年份”代表省市級別的常住人口，“CITY_0_年份”代表省市級別的城鎮(zhèn)人口.具體的命名規(guī)則如表3 所示.

表3 字段命名規(guī)則

4 專題圖的表達

4.1 靜態(tài)表達

專題地圖內容分為底圖信息和專題信息，統(tǒng)計信息是專題信息的重要組成部分.京津冀統(tǒng)計數(shù)據(jù)包含了3 個地區(qū)豐富的信息資源，涉及了人口、資源、農業(yè)等方方面面.對繁多的數(shù)據(jù)進行可視化表達，能更直觀地反映地區(qū)的社會經(jīng)濟信息.而科學性和美觀性是衡量專題地圖表達的重要因素.因此，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和專題內容對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的指標類型進行篩選，選擇合適的可視化方法進行表達[7].

基于省市和區(qū)縣級別，采用底色填充和定點符號法來對各個省市及區(qū)縣進行分類.采用底色法時，遵從顏色由深至淺、冷暖變化，給人以視覺上的連續(xù)性.采用定點符號法時，設計不同的形狀、紋理、尺寸和顏色來表示空間實體的地理位置、分類信息等.例如：對于北京市，采用紅色五角星來突出它的重要性.

對于多個統(tǒng)計區(qū)域的數(shù)據(jù)，采用的是分區(qū)統(tǒng)計圖法[8].統(tǒng)計單元采用不同高度或角度的圖形來顯示分量的差別.基于區(qū)縣尺度，對于京津冀常住人口數(shù)這一專題要素，采用的是柱狀圖的分區(qū)統(tǒng)計圖法.分別對2012—2014 年和2015—2016 年的常住人口數(shù)據(jù)進行制圖，依據(jù)柱狀圖的高矮就可以度量近幾年京津冀地區(qū)常住人口數(shù)的差異，從圖上可看出近幾年來京津冀常住人口數(shù)漲勢平穩(wěn)，如圖2-3 所示.對于房地產(chǎn)開發(fā)投資數(shù)據(jù)，北京市的房地產(chǎn)開發(fā)投資在2012—2015年呈上升趨勢，在2016 年略有下降.天津市和河北省的房地產(chǎn)開發(fā)投資呈穩(wěn)步上升趨勢（見圖4）.

圖2 2012—2014 年京津冀常住人口數(shù)專題圖

圖3 2015—2016 年京津冀常住人口數(shù)專題圖

圖4 2012—2016 年京津冀房地產(chǎn)開發(fā)投資專題圖

對于分布不均勻的專題要素[9]，例如人口分布、資源分布、專利申請量專題圖，衛(wèi)生機構數(shù)量等，采用點值法、分級色彩、分級符號、比例符號等幾種方法來表現(xiàn).基于區(qū)縣尺度，對于專利申請量數(shù)據(jù)采用點值法，用點的聚集程度來體現(xiàn)3 個地區(qū)的學術發(fā)展狀況（見圖5）.由圖5 可知北京各區(qū)的專利申請數(shù)最多，可推知北京地區(qū)的學術研究比其他兩個地區(qū)發(fā)展迅速.這幾種數(shù)量顯示方法既可表示專題要素的分布，又可表示專題要素的數(shù)量指標.

對于周期性發(fā)生變化的專題要素，如水文的季節(jié)變化、氣候變化、降水量等，可采用定位圖表法[10].定位圖表法是把某些地點的統(tǒng)計資料，用圖表形式描繪在地圖的相應位置上，以表示該地某種專題要素的變化.另外，也可做成趨勢圖，如折線圖、面積圖、卡吉圖等，來表現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)在時間上的波動變化，以及預測未來的可能趨勢[11].

圖5 2016 年京津冀專利申請量專題圖

4.2 動態(tài)表達

運用動畫技術制作地圖，也是可視化方面研究的一個重要內容.動態(tài)地圖分為時間動態(tài)地圖和非時間動態(tài)地圖兩種.制作時間動態(tài)地圖時，通過增加時間序列，使得與時間有關的專題屬性隨著時間的變化而變化.時間動態(tài)地圖能使用戶更加直觀地理解時空數(shù)據(jù).時間動態(tài)地圖只隨時間改變而非時間動態(tài)地圖是由于一些其他因素變化而變化，如位置、屬性的變化.動態(tài)地圖能夠更好地調度用戶的視覺感受，好的視覺感受對事物的認知更加有幫助[12].由于在紙質材料上難以顯示動畫效果，所以截取了兩幀用于展示，如圖6-7 所示.基于區(qū)縣數(shù)據(jù)，選取全社會固定資產(chǎn)投資這一專題，采用分級色彩的方法來顯示京津冀地區(qū)全社會固定資產(chǎn)投資量的變化趨勢.顏色越深，則全社會固定資產(chǎn)投資量越多，顏色越淺，則全社會固定資產(chǎn)投資量越少.用動態(tài)效果進行展示，更能直觀反映出京津冀地區(qū)全社會固定資產(chǎn)投資近年來的動態(tài)變化.

圖6 2013 年京津冀全社會固定資產(chǎn)投資

圖7 2016 年京津冀全社會固定資產(chǎn)投資

5 結 語

本文研究了京津冀統(tǒng)計年鑒可視化表達方法，通過專題分類，對各個專題內容進行可視化制圖，從而提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)在各個行業(yè)領域的利用率.但仍然存在部分數(shù)據(jù)缺失或3 個地區(qū)的專題指標不統(tǒng)一的問題，目前采用的方法是把所有數(shù)據(jù)放在一起，加以對比，進行細致篩選后選取了所需的數(shù)據(jù).

總之，通過對京津冀統(tǒng)計年鑒歷史系列數(shù)據(jù)的可視化的研究，揭示出京津冀地區(qū)近幾年各方面的發(fā)展現(xiàn)狀，為相關部門提供宏觀調控和相關決策的依據(jù).