基于 GIS 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化研究

0 引 言

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是一個國家和地區(qū)最基本、最重要的信息資源，是國家進(jìn)行國民經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控的決策依據(jù)，是社會公眾了解國情國力、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況的主要信息來源。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析可視化表達(dá)方式側(cè)重于圖表分析與概括性的計(jì)算分析，往往忽略或簡化了統(tǒng)計(jì)信息的空間分布特征。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于地理空間數(shù)據(jù)整合多來源、多部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資源，利用 GIS 的空間可視化技術(shù)來表達(dá)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包含的信息已經(jīng)成為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)資源利用的新途徑。

地理信息系統(tǒng)(geographic information system，GIS)是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) [1]。在地理信息系統(tǒng)中，空間信息可視化從表現(xiàn)內(nèi)容上來分，有地圖 (圖形)、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等;從空間維數(shù)上來分有二維可視化、三維可視化、多維動態(tài)可視化等[2]。目前，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、災(zāi)害、環(huán)境監(jiān)測、規(guī)劃、電力、商業(yè)等領(lǐng)域，應(yīng)用日趨廣泛，已形成為一門新興的獨(dú)立產(chǎn)業(yè)[3]。

1 GIS 可視化技術(shù)

可視化，也稱作科學(xué)計(jì)算可視化(visualization in scientifical computer，VISC)，是 20 世紀(jì) 80 年代后期隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興技術(shù)。1987 年美國國家科學(xué)基金會給 VISC 下的定義為：“VISC 是一種計(jì)算方法，它將符號或數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直觀的幾何圖形，便于研究人員觀察其模擬和計(jì)算過程，是用來解釋輸入到計(jì)算機(jī)中的圖像數(shù)據(jù)，并從復(fù)雜的多維數(shù)據(jù)中生成圖像的一種工具”[4]?？茖W(xué)計(jì)算可視化一般包括模擬、預(yù)處理、映射、繪圖、解釋等 5 個過程，可以支持后處理、跟蹤處理、駕馭處理。根據(jù)空間的特點(diǎn)等方面的應(yīng)用與應(yīng)用實(shí)際需要，空間信息可視化完整的過程應(yīng)包括數(shù)據(jù)組織與調(diào)度、靜態(tài)可視化、過程模擬、探索性分析等 4 個過程[5]。

GIS可視化技術(shù)是目前信息領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)技術(shù)，以地理信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地圖學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、信息傳輸學(xué)與地理信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，并通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、多媒體技術(shù)動態(tài)、直觀、形象地表現(xiàn)、解釋、傳輸?shù)乩砜臻g信息并揭示其規(guī)律。地理信息系統(tǒng)的多維可視化是指采用 2.5 維、三維和四維等地圖表現(xiàn)形式來反映地理客觀的多維特征[5]。在 GIS中，地理信息可視化的內(nèi)容主要包括[6]：

(1)地圖數(shù)據(jù)的可視化表示。其最基本的含義是地圖數(shù)據(jù)的屏幕顯示。我們可以根據(jù)數(shù)字地圖數(shù)據(jù)分類、分級特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的視覺變量(如形狀、尺寸和顏色等)，制作全要素或分要素表示的可閱讀的地圖，如屏幕地圖、紙質(zhì)地圖或印刷膠片等。

(2)地理信息的可視化表示。這是利用各種數(shù)學(xué)模型，把各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、觀察數(shù)據(jù)和地理調(diào)查資料等進(jìn)行分級處理，然后選擇適當(dāng)?shù)囊曈X變量以專題地圖的形式表示出來，如分級統(tǒng)計(jì)圖、分區(qū)統(tǒng)計(jì)圖和直方圖等。這種類型的可視化正體現(xiàn)了科學(xué)計(jì)算可視化的初始含義。

(3)空間分析結(jié)果的可視化表示。地理信息系統(tǒng)的一個很重要的功能就是空間分析，包括網(wǎng)絡(luò)分析、緩沖區(qū)分析、疊加分析等，分析的結(jié)果往往以專題地圖的形式來描述。

2 傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化

傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)信息系統(tǒng)其數(shù)據(jù)可視化表達(dá)比較單一，主要通過對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫的指標(biāo)查詢，以二維表格的形式表達(dá)查詢結(jié)果，其數(shù)據(jù)分析結(jié)果的表現(xiàn)方式也比較簡單，主要有報(bào)表、統(tǒng)計(jì)圖表和用文本描述傳統(tǒng)常用統(tǒng)計(jì)分析 (如升序、降序、最大值、最小值、平均值、中值、方差、協(xié)方差標(biāo)準(zhǔn)差、四分?jǐn)?shù)、主成分分析、聚類分析、多元線性分析)的結(jié)果等。其中，報(bào)表是將統(tǒng)計(jì)分析的指標(biāo)或分析結(jié)果以二維表的形式表現(xiàn)出來，由行、列單元表格組成，內(nèi)容包括統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)或分析結(jié)果數(shù)據(jù)，包括文字和圖片，如 Excel 格式的報(bào)表。統(tǒng)計(jì)圖表一般用來表示有關(guān)數(shù)量之間的關(guān)系，以點(diǎn)、線、面等形式來表達(dá)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、變化趨勢等，比單純的二維數(shù)據(jù)表格報(bào)表更加形象具體，使人一目了然，印象深刻。常用的統(tǒng)計(jì)圖有點(diǎn)狀統(tǒng)計(jì)圖、條形統(tǒng)計(jì)圖、折線統(tǒng)計(jì)圖、面積統(tǒng)計(jì)圖、餅狀統(tǒng)計(jì)圖、雷達(dá)統(tǒng)計(jì)圖等。

3 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時空特性

在我國，國家統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是以行政區(qū)位為基本單元來收集的統(tǒng)計(jì)型數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的每個指標(biāo)都有一個地理統(tǒng)計(jì)單元與之對應(yīng)，不同的年份統(tǒng)計(jì)指標(biāo)有所變化而且統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的值也會發(fā)生變化，即統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有統(tǒng)計(jì)指標(biāo)(體系)、時間、空間等屬性，可以概括為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的指標(biāo)維、時間維、空間維 3 個維度[7]，如圖 1 所示。

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