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1、基于GIS的统计数据可视化技术研究与实践摘要GIS可视化技术是当前信息领域中广泛应用的一项技术，实现了文本、 图形图像信息相结合的定位、查询、检索模式，信息表达形象化、直观化, 操作简便等特点，把GIS技术可视化引入统计数据领域，有助于综合管理 和分析复杂的信息数据，给统计领域数据的管理和利用提供更有效的技术 手段。【关键词】GIS统计数据可视化1统计可视化技术的发展1.1传统的统计数据可视化统计数据可视化是指用图形、报表等方式将数据的分布、趋势直观地 展现出来，这样就需耍一种有效的可视化方法。传统的统计数据可视化方 法主要有两种：报表和统计图形。报表是将要统计分析的事物或指标以表格的形式列出
2、来，以代替烦琐 文字描述的一种表现形式，由行和列单元格组成，可以在单元格中填写文 字和插入图片。通过报表可以看到详细的统计数据，数据准确但是具有可 视化结果不够宜观等缺点。统计图形是用点、线、血的位置、升降或大小来表达统计资料数量关 系的一种陈列形式，并以各种图形方式（如柱形图、条形图、折线图、饼 图等）直观的显示出来。从统计图中可以明显地看出统计数据的变化趋势, 具有直观、明确、易于接受等优点，已经被广泛采用,但是统计图表的动 态生成在网页中实现比较麻烦，需要借助组件以及一些相关技术进行编程 才能实现。1.2基于GTS的统计数据可视化GIS可视化技术是当前信息领域中广泛应用的一项技术。它具有
3、人性 化设计界面风格，实现了文本、图形图像信息相结合的定位、查询、检索 模式，信息表达形象化、直观化，操作简便等特点。基于GIS的统计数据可视化表现就是把已经获取的各种地理空间数据 和属性数据以及统计数据，经过空间可视化模型的计算分析，转化成可以 被人们视觉感知的计算机图形或图像，实现对统计数据库内容以及与之相 关的图、表进行形象化、直观化的表达，其表达形式可以是统计图形或者 专题图。1.3统计数据与GIS的可视化技术结合随着国家信息化的发展，由于统计数据的庞人，分散，复杂，多维等 特征，对统计数据的分析和利用带来很大的难度。而把GIS可视化技术与 统计数据相结合，把统计数据转化成形象化，直观
4、化的表达方式，能让不 同的层次的用户更加容易的阅读和理解数据。本文在GIS的可视化技术的 基础上，探索适合统计数据的可视化系统构建和实现，为研制统计领域数 据可视化提供参考范例。2基于GIS的统计数据可视化处理步骤如图1,基于GIS的统计数据可视化系统由三部分组成：可视化预处理，可视化图形生成，可视化展现。2.1可视化预处理可视化预处理模块主要包含两个部分：一个是各省市区划空I可数据 库，用于提供地理信息；另一个是统计数据规整以及统计数据空间化处理 模块，用于提供与地理信息关联后的统计数据。统计数据空间化首先需对统计数据进行预处理，根据行政区划来收集 统计型数据，每个指标都有一个地理统计单元与
5、之对应，不同的年份统计 指标有所变化而且统计指标的值也会发生变化，即统计数据有统计指标 （体系）、时间、空间等属性，可以概括为统计数据的时间维度、指标维 度、空间维度3个维度。以温室气体统计数据为例，如图2温室气体统计 数据的维度划分。统计数据的时间维度体现在指标所反映的时间跨度上， 通常我们采用的时间尺度包括：年、季度和月、旬、口等。统计数据的指 标维度主要是指标的分类，每个指标类中包含各种各样的指标。在这个维 度，可以指定为温室气体排放类型，如工业排放、建造业、口常生活、机 动车和其他各个方面，也可以把指标为度定为温室气体的组成，包括：二 氧化碳（C02）、氧化亚氮（N20）、甲烷（CH4
6、）、氢氟氯碳化物（CFCs, HFCs, HCFCs）.全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）O在空间维度上，可以把 不同的行政级别区域作为度量单位，也可以把同一行政级别的不同区域作 为度量单位，如省级可分为江苏省，浙江省等。在统计数据的可视化中， 推荐以时间、地区、指标作为统计的3个维度，进行数据统计和处理。2.2可视化图形生成基于GIS的统计数据可视化生成主要包含两种类型，一是生成单元索的可视化图形，指仅选择一个统计指标，在GIS地图上对各地区统计指标 在某个时间点的数值进行可视化表达，同时支持对该指标的历史数据形成 动态可视图形。二是生成多元素的可视化图形，指以统计指标和时间点的 组
7、合作为查询要索，在GIS地图上以图表的方式展示出各地区的统计数据 情况。两种不同类型的可视化生成流程如图3所示。2.3可视化展现可视化展现分为两种，一种是统计图表，如各省份原煤消费量的饼状 图等；另一种是GIS专题图，如各省份在地图原煤消费量的展现。根据用 户的选择，可视化表达可以使用其中一种或者二者结合的方式展示内容。对于常见的统计图形不再赘述。对于GTS专题图的统计数据展现，通 过集成GIS组件，对各种数据源进行空间统计分析，采用GIS颜色渲染方 法实现数据的可视化功能。对各种专题图类型，GIS组件通常会提供一套颜色方案，可以为专题 图的所有专题图子项的颜色渲染提供一个配色方案，同时会根据
8、专题图子 项的个数来合理分配每一个子项一个渲染颜色。一般支持三种类型的颜色 方案，分别是一种颜色的深浅的渐变，两种颜色Z间的渐变和多种颜色Z 间的渐变。推荐采用两种渐变方式的结合，即一种颜色的由浅变深，然后 颜色深度达到某种程度即进行颜色之间的渐变。如首先确定整体色调分为 两个等级即蓝色和红色，区间范围分别是0到1和1到2,再对区间内进 行局部的色彩设计，如颜色深度随统计数据的变人而变大，在标准单位1 内从蓝色由浅变深，超过标准1则颜色从红由浅变深，这样即可通过直观 的通过颜色变化分辨出数值变化的趋势。 3统计数据可视化应用3.1统计数据分布系统提供不同等级的统计对象信息的空间定位，从而可以详
9、细地展 示满足条件的某统计现象的空间分布状态与规律。依托GIS直观的地理信 息展示方式，使用地图的形式展现各类指标的数值分布。在用户选定指标 和时间后，用地图展现该指标在全国各地区的分布情况，并使用不同的颜 色进行区分，同时用户可调整色值的区间调整区域的数据显示范围。当用 户选中某地区时，可查阅选中指标在选中地区的历史数据趋势，若为省级 或地市级地区，则可下钻到下一行政级别的区域进行数据的显示。3. 2统计数据变迁通过在地图上用不同深浅的颜色表示数值的大小，随着时间变动展示 不同地区的指标数据变迁轨迹。用户也可以自定义时间区间，以某个固定 的时间单位如年、月、周等进行数据迁移图层的自动播放。在
10、播放时，用 户可以选择在某时间上暂停，查阅该年份的各地区指标具体数据。3.3统计数据对比通过在地图上选择多个地区，指定某项指标后可在地图上进行可视化 的数据对比分析。数值的大小可通过颜色的深浅来判断，同时在地图旁生 成图表用来对比数据，如用户可以选择折线图、饼图、柱状图等。3. 4统计数据Top N分析首先选定需分析的指标和时间，然后在地图上可对不同行政级别的地 区如省、市等进行数据统计排序，根据汇总计算后的结果显示数值最人的 N个地区或者数值最小的N各地区。每个地区以一个点在地图上显示，用 颜色深浅和形状大小代表数值大小，排名越靠前点的形状越大颜色越深。4基于GIS的统计数据可视化的应用前景
11、研究表明，人类获得的关于外在世界的信息80%以上是通过视觉通道获得的，因此统计数据的查询就是要提供象人眼一样的直觉的、交互的和 反应灵敏的可视化环境。可见，发展基于GIS的统计数据可视化技术具有 重耍的意义。4. 1在企业管理领域的应用基于GIS的数据可视化技术的广泛应用，使企业管理领域有了新的手 段。一些可视化软件相继出现，如GIS与企业ERP系统的应用，把统计数 据、地图和思维完美地结合起来，把传统的数据库数据带入到可视化空间, 可以弥补统计工作中数据分析的局限性，使管理人员置身于自然和社会环 境中从而使企业管理走上一个新台阶。用户在系统投入后认为，系统为 数据分析和辅助决策提供了有效支撑
12、，大大降低了人为主观因索的影响， 大幅度地提高了工作效率。4.2 GIS统计数据可视化应用构件为了推广和促进基于GTS的统计数据可视化，可以把统计数据可视化 应用封装成构件，其功能包括基于GIS的统计数据查询，在地图上显示数 据分布和历史数据变迁轨迹，对比不同地区的统计指标数据，按TOP N展 示满足条件的地区等。以这种构件复用的方式，来缩减开发统计数据可视 化应用的成本，进一步推动基于GIS的统计数据可视化技术的应用。4.3国产化的应用解决方案由于GIS系统涉及大量国家地理等敏感信息，而且国外软硬件系统存 在严重的安全隐患，所以设计国产化的GIS应用解决方案也是一项紧迫的 任务。可以在基于国
13、产的基础软硬件对开源的GIS系统进行二次开发，解 决国产GTS应用的安全性和适配性问题，形成了国产化的应用解决方案， 为GIS的统计数据可视化技术的应用进一步奠定基础。5总结基于GTS的统计数据可视化技术正在快速发展，它与虚拟现实技术、 大数据挖掘、数字地球、经济趋势等前沿学科领域都有着紧密的联系。如 何有效处理和解释这些包含大量信息的统计数据将是一个巨大挑战，同时 这也是基于GIS的统计数据可视化技术潜在的巨大机会。参考文献1 郭群勇统计数据的Web表达研究J.计算机工程与设计，2006 (08)2 唐泽圣，周佳玉，李新友计算机图形学基础M北京:清华大学 出版社，2003.3 张欣，王尔琪，陈国雄GIS中地图配色、显示优化策略与方法实 践C.中国科学院地理信息技术自主创新论坛暨SuperMap GTS技术人会 论文集，2009.4 Mccormick B II, Thomas A D, Maxine D B, etc Visualizal.ion in Scientific Computiong, Computer Graphics, 1987, 21 (6).5 蔡国林，李永树，孙美玲.GIS可视化技术在ERP中的应用研究J 计算机工程与应用，2006 (36)作者单位 江苏擎天信息科技有限公司江苏省南京市211800
