地圖制圖技術(shù)中統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化問題的研究

梁杰旺

（廣西壯族自治區(qū)地圖院，南寧 530023）

1 引言

隨著信息時代的到來，大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)需要以直觀的方式展示在地圖上，以幫助人們更好地理解和分析數(shù)據(jù)。然而，隨著數(shù)據(jù)量的不斷增加和多樣性的不斷提高，傳統(tǒng)的地圖制圖技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代社會對數(shù)據(jù)可視化的需求。因此，深入研究地圖制圖領(lǐng)域中與統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化有關(guān)的問題，探索更有效、直觀、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)可視化方法，對于推動地圖制圖技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

2 研究價值

2.1 豐富地圖表現(xiàn)形式和拓展功能

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化的研究可以豐富地圖制圖技術(shù)，拓展更多的表達(dá)形式和功能，使地圖呈現(xiàn)更加豐富多樣的內(nèi)容。采用不同的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，如熱力圖、流向圖、等級符號圖、條帶圖等，有助于更好地展示統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使地圖更具吸引力和信息量。

2.2 擴(kuò)大地圖應(yīng)用領(lǐng)域

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化的研究對于將地圖應(yīng)用于更廣泛領(lǐng)域具有積極的推動作用。通過歸納適用于不同類別統(tǒng)計數(shù)據(jù)的可視化方法并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，不僅能吸引地圖專業(yè)人員的參與，還有助于拓展其他領(lǐng)域從業(yè)者對地圖制圖技術(shù)的運(yùn)用[1]。例如，在醫(yī)療領(lǐng)域，地圖可以用來呈現(xiàn)疾病傳播的趨勢和熱點(diǎn)區(qū)域；在市場研究中，地圖可用于展示銷售數(shù)據(jù)的空間分布情況和市場潛力；在環(huán)境保護(hù)方面，地圖能清晰展現(xiàn)自然資源的分布以及瀕臨滅絕物種的分布情況。這種擴(kuò)展地圖應(yīng)用領(lǐng)域的趨勢，為各行各業(yè)提供了更為實(shí)用和直觀的工具，從而促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

2.3 提高地圖制圖效率

統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化的研究有助于提高地圖制圖的效率。隨著數(shù)據(jù)量的增大和復(fù)雜性的提高，傳統(tǒng)手工繪制地圖的方式已經(jīng)不太適應(yīng)現(xiàn)代社會的需求。通過自動化和智能化的數(shù)據(jù)可視化工具和算法，地圖制圖的時間和精力可以大大減少。這些工具可以幫助工作人員快速地從龐大的數(shù)據(jù)集中提取有用信息，并自動化地生成地圖表達(dá)形式。這不僅可以加快地圖制作的速度，還可以減少因?yàn)槿藶殄e誤而導(dǎo)致的問題，提高制圖的準(zhǔn)確性和一致性。

3 功能需求分析

3.1 數(shù)據(jù)功能

在可視化系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)中，功能需求分析至關(guān)重要。系統(tǒng)應(yīng)具備靈活的數(shù)據(jù)訪問功能，允許用戶選擇不同的統(tǒng)計數(shù)據(jù)文件，如Excel、CSV 等，并能對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和選取，以滿足用戶在可視化過程中的需求。數(shù)據(jù)預(yù)處理也應(yīng)被充分考慮，以確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性。此外，用戶應(yīng)能夠在交互式界面中對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和交互，以便更好地控制地圖容量和維持?jǐn)?shù)據(jù)的可視化效果。

3.2 圖表設(shè)計功能

圖表設(shè)計功能在可視化系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵的角色。用戶應(yīng)具有自由設(shè)計圖表樣式的能力，包括顏色、字體、形狀等，以滿足多樣化的審美取向和信息表達(dá)需求。除了預(yù)設(shè)的可視化模板，用戶還應(yīng)能夠創(chuàng)建自定義模板，以適應(yīng)特定領(lǐng)域或個性化需求。同時，對于復(fù)雜數(shù)據(jù)的可視化要求，系統(tǒng)應(yīng)支持多樣化的高級圖表類型。

3.3 統(tǒng)計制圖功能

統(tǒng)計制圖功能對于實(shí)現(xiàn)自動化和快速生成可視化圖表至關(guān)重要。系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)用戶選擇的數(shù)據(jù)和可視化方式，自動生成相應(yīng)的統(tǒng)計圖表，簡化用戶操作流程。為了方便用戶，系統(tǒng)還應(yīng)提供可視化模板庫，其中包含多種常用的數(shù)據(jù)可視化方式和樣式，供用戶選擇使用。這樣，用戶可以快速獲取合適的模板進(jìn)行制圖。

3.4 糾錯功能

在實(shí)現(xiàn)功能需求的過程中，糾錯功能至關(guān)重要。系統(tǒng)應(yīng)對用戶輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性驗(yàn)證，防止因用戶錯誤輸入導(dǎo)致制圖錯誤。當(dāng)用戶的操作存在潛在錯誤或不合理設(shè)計時，系統(tǒng)應(yīng)能及時發(fā)出警告或提供錯誤提示信息，幫助用戶糾正錯誤，避免生成錯誤的可視化結(jié)果。通過滿足這些功能需求，可視化系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁└咝А㈧`活、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)可視化服務(wù)，助力用戶更好地展現(xiàn)和分析數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)更有意義的數(shù)據(jù)可視化結(jié)果。

4 可視化流程

可視化流程是對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖制圖的關(guān)鍵過程。首先，用戶加載所需的統(tǒng)計數(shù)據(jù)文件通常為Excel 表格文件，并通過交互式界面選擇需要用于可視化的數(shù)據(jù)。接著，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析和預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)清洗、處理缺失數(shù)據(jù)等，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可用性。在數(shù)據(jù)映射階段，系統(tǒng)將統(tǒng)計數(shù)據(jù)映射到圖形的屬性上，如位置、顏色、大小等。通過合理的數(shù)據(jù)映射，分類信息和數(shù)值信息得以在可視化圖形中得到準(zhǔn)確而生動的表達(dá)，幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)的含義和關(guān)聯(lián)[2]。然后，系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇的可視化方法和數(shù)據(jù)映射結(jié)果，繪制對應(yīng)的圖形，如散點(diǎn)圖、條形圖等。精確的繪圖使得數(shù)據(jù)的分布和趨勢得以清晰地展示，幫助用戶更好地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)規(guī)律。最后，系統(tǒng)添加輔助信息，如圖例、標(biāo)題、坐標(biāo)標(biāo)記等，提高圖表的易讀性和解釋性。這些輔助信息有助于用戶理解圖表的含義，加深對數(shù)據(jù)的認(rèn)識。通過以上流程，統(tǒng)計數(shù)據(jù)得以在地圖中完成可視化，生成一張易讀且具有表達(dá)力的圖表。這樣的可視化圖形使得數(shù)據(jù)更具洞察力和表現(xiàn)力，可以幫助用戶更好地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)背后的規(guī)律和趨勢，為決策和分析提供有力支持。

5 統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

5.1 定點(diǎn)符號法

定點(diǎn)符號法是一種常用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化方法，用于展示空間實(shí)體的分布情況，并傳達(dá)其地理位置、分類信息以及數(shù)量特征。這一方法在文化設(shè)施、功能設(shè)施、自然資源分布等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其核心在于確定符號的形狀、尺寸和位置，從而有效地傳達(dá)信息。以下是實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)符號法的步驟概述。

步驟1：符號設(shè)計要素的確定

在使用定點(diǎn)符號法時，首要任務(wù)是確定符號的設(shè)計要素，包括其形狀和顏色。符號可以分為幾何符號、藝術(shù)符號和文字符號，如圖1 所示。幾何符號采用規(guī)則的幾何圖案，通過不同的組合、排列和填充效果來區(qū)分不同屬性。象形符號則模擬實(shí)際對象的形狀，便于直觀識別。而文字符號則從對象中提取代表性的文字進(jìn)行設(shè)計。符號的設(shè)計需要充分了解各制圖對象，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行比較和創(chuàng)造，以確保符號的表達(dá)能力和有效性。

圖1 定點(diǎn)符號

步驟2：用戶自定義符號的支持

為了滿足用戶的個性化需求，系統(tǒng)提供了符號自定義功能。用戶可以在平面制圖軟件中設(shè)計符號模板，然后將其導(dǎo)入系統(tǒng)。在系統(tǒng)中，用戶可以選擇圖層和圖元對象的名稱，系統(tǒng)會查詢相應(yīng)圖層中的圖元對象并應(yīng)用于符號變量。這種方式使用戶能夠自由選擇符號樣式，無須受限于預(yù)設(shè)符號模板。

步驟3：空間數(shù)據(jù)展示

定點(diǎn)符號法的實(shí)現(xiàn)能夠直觀地展示統(tǒng)計數(shù)據(jù)在空間上的分布情況。符號的形狀、顏色和尺寸可以傳達(dá)不同屬性的信息[3]。通過準(zhǔn)確的符號定位和地理位置匹配，確保地圖表達(dá)的準(zhǔn)確性。這種方法使得統(tǒng)計數(shù)據(jù)更易于理解和分析，為用戶提供了直觀、清晰的可視化結(jié)果，從地理角度更好地理解數(shù)據(jù)。

為了更具體地說明定點(diǎn)符號法的應(yīng)用，以某地區(qū)醫(yī)療設(shè)施的分布情況為例。首先，確定不同類型醫(yī)療設(shè)施的符號設(shè)計要素，如醫(yī)院用方形符號，診所用圓形符號，并為不同屬性設(shè)定不同顏色[4]。其次，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求，自定義醫(yī)療設(shè)施的符號樣式，例如，在平面制圖軟件中設(shè)計一個代表診所的特定形狀。最后，系統(tǒng)將根據(jù)地理數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地定位這些醫(yī)療設(shè)施，通過符號的形狀和顏色傳達(dá)其類型和屬性信息，幫助用戶更好地理解醫(yī)療設(shè)施的空間分布情況。

總之，定點(diǎn)符號法作為一種統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化方法，能夠有效傳達(dá)空間分布情況和屬性信息，為用戶提供直觀清晰的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式。通過合理的符號設(shè)計和用戶自定義支持，定點(diǎn)符號法在不同領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

5.2 分級統(tǒng)計圖法

分級統(tǒng)計圖法是另一種常見的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化方法，其目的在于將數(shù)據(jù)按照特定規(guī)則分成不同級別，并通過采用不同顏色或樣式來區(qū)分這些級別，以展示數(shù)據(jù)的分布情況及特征。這一方法遵循兩種分級規(guī)則：一種是根據(jù)科學(xué)準(zhǔn)則進(jìn)行分級，即當(dāng)數(shù)據(jù)變化引起質(zhì)的變化時進(jìn)行劃分；另一種是基于數(shù)據(jù)分布特點(diǎn)，按照“最小級內(nèi)差異，最大級間差異”的原則對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。

步驟1：分級規(guī)則的選擇與設(shè)定

在分級統(tǒng)計圖法的應(yīng)用中，首要的一步是選擇和設(shè)定適合數(shù)據(jù)特點(diǎn)的分級規(guī)則，包括確定分級的方式，如等間距界限、等差遞增間隔、等比遞增界限等，以及為每個級別分配恰當(dāng)?shù)念伾驑邮?，以便清晰區(qū)分[5]。

步驟2：數(shù)據(jù)的預(yù)分級和展示

系統(tǒng)將根據(jù)選定的分級規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)分級，并通過DataGridVew 控件展示這些預(yù)分級結(jié)果。用戶可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)和調(diào)整，以確保分級的合理性和可視化效果。同時，PictureBox 控件可用于實(shí)時呈現(xiàn)數(shù)據(jù)在分級區(qū)間內(nèi)的位置，幫助用戶更好地觀察每個分級區(qū)間內(nèi)數(shù)據(jù)的數(shù)量。

步驟3：底色填充和顏色映射設(shè)計

底色填充是分級統(tǒng)計圖法中的重要環(huán)節(jié)，它將統(tǒng)計數(shù)據(jù)的地理信息映射到圖表上，并在整個制圖區(qū)域內(nèi)展示數(shù)據(jù)分布[6]。為了設(shè)計有效的分級顏色，需要考慮邏輯的準(zhǔn)確性、顏色的連續(xù)性和層次性，以確保圖表在表達(dá)數(shù)據(jù)分布時更具可讀性。

為了具體展示分級統(tǒng)計圖法的應(yīng)用，以某地區(qū)人口分布為例。如圖2 所示，首先，選擇適當(dāng)?shù)姆旨壱?guī)則，如按人口數(shù)量劃分為低、中、高3 個級別，然后為每個級別指定不同的顏色。接下來，系統(tǒng)根據(jù)這些規(guī)則對人口數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)分級，通過DataGridVew 控件展示預(yù)分級結(jié)果，供用戶調(diào)整。PictureBox控件可實(shí)時顯示數(shù)據(jù)在分級區(qū)間內(nèi)的位置，以便用戶觀察數(shù)據(jù)的空間分布。

圖2 分級統(tǒng)計圖法流程

分級統(tǒng)計圖法是一種有效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化方法，通過分級和顏色映射，可以清晰地展示數(shù)據(jù)的分布情況和特征。以某地區(qū)人口分布為例，可以看到分級統(tǒng)計圖法在實(shí)際數(shù)據(jù)可視化中的應(yīng)用，有助于用戶更好地理解和分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)。通過合理選擇分級規(guī)則和精心設(shè)計顏色映射，分級統(tǒng)計圖法為數(shù)據(jù)可視化提供了高效直觀的方式，使用戶能夠更好地理解和分析數(shù)據(jù)。

6 結(jié)語

地圖制圖技術(shù)中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化仍面臨著一些挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)量的處理、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的精確表達(dá)等。未來的研究可以進(jìn)一步探索改進(jìn)算法，提高數(shù)據(jù)處理效率和表達(dá)精度。同時，結(jié)合人工智能等新技術(shù)，探索更加智能化的數(shù)據(jù)可視化方法也是一個有意義的方向?？傮w而言，本研究為地圖制圖技術(shù)領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)用方法。