水利數(shù)據(jù)的信息圖展現(xiàn)研究初探

葉 楓，戴陽陽，楊志勇，張 鵬，王志堅

水利數(shù)據(jù)的信息圖展現(xiàn)研究初探

葉 楓1，戴陽陽1，楊志勇1，張 鵬2,3，王志堅1

（1. 河海大學 計算機與信息學院，江蘇 南京 211100；2. 南京市六合區(qū)水利局，江蘇 南京 211500；3. 江蘇省水利工程規(guī)劃辦公室，江蘇 南京 210029）

隨著網(wǎng)絡化的快速發(fā)展及智能移動終端的普及，信息圖因具有直觀、安全等特點，在數(shù)據(jù)可視化、信息傳播等方面起的作用愈加顯著。在概述信息圖的基礎上，介紹制作信息圖的工具，并提出用信息圖展示水利數(shù)據(jù)的具體方法和流程等；結合具體項目，實現(xiàn)水文日報信息圖和匯總水利普查數(shù)據(jù)的魚骨圖。結果表明，相比于傳統(tǒng)的信息展示方式，信息圖更加直觀、圖文并茂，豐富水利信息化數(shù)據(jù)的展現(xiàn)和應用方式，對于防汛防旱、生態(tài)保護等具有重要意義和應用價值。

信息圖；數(shù)據(jù)可視化；數(shù)據(jù)展現(xiàn)；水利數(shù)據(jù)

0 引言

信息圖（Information Graphics）[1]是對信息資料、數(shù)據(jù)或知識的可視化表示，它能通過圖、表、地圖等形式，讓客觀數(shù)據(jù)“講故事”，實現(xiàn)對繁雜信息的提煉并快速、準確地呈現(xiàn)和傳遞，符合云計算、大數(shù)據(jù)時代海量信息快速獲取、交互和共享的需求。例如，各類商場的導視圖、建筑的規(guī)劃圖、氣象勘測圖及街道上的行止標識等，均是超越不同語言和文化的界限傳達人們所需要的信息。隨著高速高帶寬網(wǎng)絡的快速發(fā)展及智能移動終端的普及，信息圖在數(shù)據(jù)可視化、信息傳播等方面起的作用愈加顯著，并已廣泛滲透到人們生活、工作、學習、娛樂等的各個方面。

水利信息化領域屬于數(shù)據(jù)密集型的領域，長期以來積累了豐富的數(shù)據(jù)資源，包括長時間序列的水文、大數(shù)據(jù)規(guī)模的衛(wèi)星影像等數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的信息展示方式缺乏豐富的數(shù)據(jù)展現(xiàn)機制，圖形化較為單調，而表格形式又很復雜，難以讓用戶快捷、直觀地獲取數(shù)據(jù)和信息。因此，若能將水利數(shù)據(jù)資源用信息圖的方式展現(xiàn)，對于防汛防旱、生態(tài)保護、水土保持等具有重要意義和應用價值。具體的應用需求有很多，比如：將水利普查公報、每年的水資源公報以信息圖的形式表現(xiàn)會讓更多的受眾了解水利、水資源狀況；在防汛防旱中，將實時的狀況表現(xiàn)成信息圖形式，將更有利于做出決策。但是，在這方面的研究和應用尚沒有太多成熟的案例。

針對上述問題，在概述信息圖的基礎上，介紹制作信息圖的工具，并提出用信息圖展示水利數(shù)據(jù)的具體流程等；結合項目，設計并實現(xiàn)用于防汛防旱業(yè)務的水文日報信息圖和用于展示水利普查匯總數(shù)據(jù)的魚骨圖。

1 相關工作

信息設計最早起源于 18 世紀中期，當時通過將信息圖表與地圖相結合的設計，找到了霍亂疫情人的位置和源頭[2]。19 世紀 60 年代，信息圖先驅查爾斯 ? 米納德制作了關于拿破侖進攻俄國的戰(zhàn)役信息圖，在有限的空間中表示了法國軍隊的數(shù)量、行動等隨時間的變化狀況，最終說明了整場戰(zhàn)爭失敗的因果關系[3]。另外的經(jīng)典信息圖案例是化學元素周期表和倫敦地鐵交通圖。在化學元素周期表中，不僅可以推斷出化學元素屬性的周期性變化，還可以根據(jù)已知元素的屬性及周期精確地預測未知元素；倫敦地鐵交通圖是 Harry Beck 采用 45° 和 90° 電路布局的風格，以簡潔明了的方式繪制的一幅信息圖[4]。在國內，2008 年汶川地震后，研究人員制作了一張關于地震情況的信息圖，圖中主要顯示經(jīng)歷了強烈的地震強度的大中城市中心位置及其具體城市，這為未來預測地震情況提供了借鑒。從上述例子不難看出，信息圖帶給人的深刻印象很持久和其宣傳效果非常顯著，能讓受眾快捷地獲取數(shù)據(jù)和信息。

對于信息圖的研究，也已有了一些成果。在參考文獻 [3] 中，鄧偉等研究了地圖在信息圖表中的使用方式； Shen Huaping[4]研究了數(shù)據(jù)可視化的分類、發(fā)展，并認為信息圖是廣義的數(shù)據(jù)可視化的分類之一；參考文獻 [5] 分析了將傳統(tǒng)的主題地圖與信息圖的原則和方法相結合的概念和構造機制；在參考文獻 [6] 中，Liu Yuelin 等提出了幾種組合的信息圖設計原則。上述研究為研究信息圖的設計、發(fā)展和應用提供了很好的基礎和思路。由于水利領域數(shù)據(jù)同樣具有實時更新、異構的特性，非常適合使用信息圖展現(xiàn)。但已有的研究直接應用到水利信息化方面尚不成熟，因此研究將信息圖與水利數(shù)據(jù)和業(yè)務相結合，使水利信息化數(shù)據(jù)以更加高效、簡潔的方式呈現(xiàn)，這是非常有意義和應用價值的。

2 信息圖概述

2.1 信息圖特點

信息圖通常具有以下特點：

1）展示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)、信息的展示是信息圖最常見的用途之一。常規(guī)的統(tǒng)計報告中往往堆砌著大量枯燥的表格和文字，而信息圖則能快速、簡潔、直觀地展示報告中的信息要點，讓相關人員及時地獲取信息或數(shù)據(jù)內容，輔助其提高分析效率。

2）易于表達復雜的概念和數(shù)據(jù)內容。信息圖能將復雜的數(shù)據(jù)內容展現(xiàn)為易于理解的圖，這就容易表達復雜的概念和數(shù)據(jù)內容，尤其適合做綜述式的介紹。

3）描述系統(tǒng)工作原理。信息圖常被用于解釋和描述復雜系統(tǒng)或項目背后的工作原理，例如：智能可穿戴設備的組成、一個網(wǎng)站的邏輯層次等。

4）適用于比較分析。信息圖能夠以可視化的方式非常直觀地平行展示數(shù)據(jù)，以此比較雙方的異同，這種比較方式能夠傳遞很多語言無法表達的信息[7]。

5）數(shù)據(jù)安全。信息圖都是以圖表的形式展示，未涉及原始信息數(shù)據(jù)，從而保證信息安全。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展及智能移動終端的日趨普及，信息圖因具有的上述特點，在數(shù)據(jù)可視化、信息傳播等方面起的作用愈加顯著。諸多國內外企業(yè)和單位已經(jīng)采用信息圖的方式進行品牌的構建、年度報告設計、向特定客戶群傳達信息及進行教育，受眾面非常廣，影響力遠超以往。

2.2 常用的信息圖實現(xiàn)工具

Adobe Photoshop（簡稱 PS），是由 Adobe Systems 開發(fā)的圖像處理軟件。PS 主要用于處理以像素所構成的數(shù)字圖像。使用其眾多的編修與繪圖工具，可以有效地開展多樣化的圖片編輯工作。

Adobe Illustrator 是一款矢量繪制圖形設計軟件，被廣泛應用于印刷出版、海報書籍排版、專業(yè)插畫、多媒體圖像處理和互聯(lián)網(wǎng)頁面的制作等方面，也能為線稿提供較高的精度和控制，適合生產(chǎn)任何小型設計到大型的復雜項目。

Visual.ly[8]是一個在線制作信息圖的自動化工具，網(wǎng)站中提供了大量由其他用戶制作的信息圖形和主題模板，方便用戶以此為基礎制作屬于自己的信息圖，并且該工具使用方式簡單，易于上手。

Infogr.am[9]能夠創(chuàng)建免費的交互式圖表和信息圖，該工具是一款面向非設計師的信息圖設計工具。根據(jù)用戶上傳到網(wǎng)站上的數(shù)據(jù)解讀成圖表模式，且允許用戶自定義圖形，以及提供更多智能化界面展示信息。

還有很多的工具適用于不同場景的信息圖制作，受限于篇幅，不一一詳細介紹。表 1 對信息圖常用工具在應用范圍、學習難度、平臺性、交互性等方面做進一步比較。不難看出，不同的工具適用于不同的場景范圍，各具特點，有些工具的學習和應用比較復雜，有些則不適用于網(wǎng)絡化環(huán)境等。

2.3 用信息圖展示水利數(shù)據(jù)流程

制作信息圖的流程是一個從信息（多為數(shù)據(jù)）到圖像的過程。這個過程不僅需要統(tǒng)計基礎，也包括對信息圖的數(shù)據(jù)、素材管理，選擇合適的工具設計和排版，再到最終發(fā)布。水利信息化中的數(shù)據(jù)和業(yè)務類型具有多樣化的特點，所以有必要討論信息圖的實現(xiàn)流程。

表 1 信息圖常用工具對比分析

因此，所提出的用于生成信息圖以展示水利數(shù)據(jù)的流程如下：

1）由水利業(yè)務的用戶向數(shù)據(jù)分析人員描述需求并提供相應的數(shù)據(jù)。

2）根據(jù)用戶需求和數(shù)據(jù)，水利業(yè)務數(shù)據(jù)分析人員提取相應的主題。例如：防汛防旱信息的展示或者水土保持的宣傳等。不同的主題，將決定后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和信息圖的設計方式。

3）圍繞主題，由水利業(yè)務數(shù)據(jù)分析人員對不同的數(shù)據(jù)進行處理。對水文數(shù)據(jù)，水利業(yè)務數(shù)據(jù)分析人員可使用 Excel，Matlab 或者 R 語言等工具對數(shù)據(jù)進行整理、分類、計算和匯總，也可利用 Tableau Public 等工具對數(shù)據(jù)進行深層次的挖掘，分析數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)關系；然后，將處理過的數(shù)據(jù)以 XML 或JSON 的格式進行存儲。對于圖像類型數(shù)據(jù)，需要定義圖片的元數(shù)據(jù)信息、存儲機制等。在該階段中，水利業(yè)務數(shù)據(jù)分析人員要為后續(xù)步驟提供用于實現(xiàn)信息圖的數(shù)據(jù)素材。

4）根據(jù)水利業(yè)務數(shù)據(jù)分析人員完成的數(shù)據(jù)素材，信息圖設計人員選擇相應的工具。諸如 Google Chart Tools，Hohli Charts 等，設計合適的信息圖表現(xiàn)形式。根據(jù)設計的模型，使用 Easel.ly，Visual.ly等相關工具中實現(xiàn)信息圖的編輯與整合，最后利用PS，Illustrator 等美工工具實現(xiàn)信息圖的完善。

5）信息圖設計人員將制作好的信息圖反饋給水利業(yè)務數(shù)據(jù)分析人員，由其核對信息圖是否符合用戶需求、有無缺漏、錯誤描述、數(shù)據(jù)不符等。

6）將信息圖提交給用戶使用或發(fā)布。

該設計過程用 UML 時序圖如圖 1 所示。

3 實例展現(xiàn)

3.1 六合區(qū)水文日報信息圖

圖 1 信息圖制作流程的時序圖

作為長江“黃金水道”段的重要支流，滁河流經(jīng)南京六合區(qū)，沿河兩岸工農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展，它既是六朝古都北大門的名片，也是城市南京綜合發(fā)展的保障。為積極開展防汛防旱工作，六合區(qū)水利局防辦期望以信息圖的形式展現(xiàn)每日的水文日報。所使用的數(shù)據(jù)包括通過第三方 Web 服務獲取的衛(wèi)星云圖、當日天氣狀況、通過傳感器獲取的水文和雨量實時及數(shù)據(jù)庫中積累的長期歷史等數(shù)據(jù)。對于不同數(shù)據(jù)，需要進行不同的處理，實現(xiàn)成用于制作信息圖的素材。例如，衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)的圖片素材，就是先使用 Java API 中的數(shù)據(jù)流機制轉換成二進制流，然后命名為圖片格式的文件；對于歷史水文數(shù)據(jù)，用 eCharts，Easel.ly 等開發(fā)工具實現(xiàn)成水利用戶慣用的數(shù)據(jù)展示方式，并通過程序設置定時器，定時抓取并保持成素材圖片。

接下來，設計水文日報的模板。模板的設計主要使用排版和美工工具，例如 PS 和 Adobe Illustrator。根據(jù)素材圖片的格式、大小，設計出該水文日報的信息圖模板。在準備好圖片素材、生成了日報模板的基礎上，只要很少的工作量，一個水文日報的信息圖就可以生成了。六合測站點 2014 年12 月 24 日的水位日報信息圖如圖 2 所示。該信息圖不僅展現(xiàn)了當日水位與歷史同期水位信息，還包括當日天氣和定時定點生成的衛(wèi)星云圖信息，方便用戶及時掌握多方位的水文信息并有利于公告或者會商，對防汛防旱工作的及時開展著很大的幫助。

3.2 全國匯總水利普查數(shù)據(jù)信息圖

第一次全國水利普查形成我國迄今最為全面細致、完整系統(tǒng)的涉水基礎數(shù)據(jù)資源和規(guī)范權威的水利普查成果。若要有效地、多角度地展示豐富的普查成果，信息圖便凸顯出其獨特的優(yōu)勢，它比傳統(tǒng)的表格和簡單的餅圖、直方圖等，更能直觀形象地描述數(shù)據(jù)的匯總信息，有利于相關人員利用成果資料開展進一步的工作。

圖 2 設計的六合測站點 2014 年 12 月 24 日的水位日報

以河流為紐帶，查閱沿河的水利對象的狀況和相互關系，是非常重要的一種信息匯總方式。魚骨圖適用于表示各個重要要素及其關系，并能進一步分析存在的問題。因此，考慮用魚骨圖的形式表示相關普查數(shù)據(jù)。首先，根據(jù)水利普查[11]收集到的關于長江在全圖行政區(qū)劃下的防洪關聯(lián)指標數(shù)據(jù)，匯總河流、閘（泵）站、水庫等管理對象的信息，并用 JSON 數(shù)據(jù)格式保存數(shù)據(jù)。然后，使用排版和美工工具，設計該信息圖的版面內容。要在魚骨圖中展現(xiàn)的內容分為線條與節(jié)點，線條表示河流信息內容，例如：當前河流治理保護、防洪任務和堤防等長度綜合指標情況；節(jié)點展現(xiàn)的為當前河流上所擁有的防洪工程指標的統(tǒng)計值，有泵站、水閘、水庫及主要防洪問題等。

沿河相關的水利對象數(shù)據(jù)如圖 3 所示，數(shù)據(jù)通過魚骨圖的形式呈現(xiàn)出來，便于用戶直觀地從不同角度查看分析對象數(shù)據(jù)。

圖 3 魚骨圖用于展示水利對象的關聯(lián)性和相關數(shù)據(jù)

4 結語

信息圖已成為互聯(lián)網(wǎng)時代信息有效傳達的強有力工具。在水利信息化領域，使用信息圖展示水利數(shù)據(jù)資源的研究還處于探索階段。本研究用信息圖展示水利數(shù)據(jù)的具體方法和流程等，并實現(xiàn)了水文日報信息圖和匯總水利普查數(shù)據(jù)的魚骨圖的案例，目的是起到拋磚引玉的作用。

水利信息化中的數(shù)據(jù)資源具有領域特色，進一步的研究方向是根據(jù)所應用的數(shù)據(jù)類型，定制開發(fā)出信息圖的動態(tài)組件。

[1] Wikipedia. Infographic[EB/OL]. [2014-10-14]. http://en. wikipedia.org/wiki/Infographic.

[2] 陳雅群. 信息圖表設計的視覺語言研究[J]. 群文天地，2012 (6): 81.

[3] 鄧偉， 盧一波. 地圖，可視化報道的舊瓶新酒——信息圖表中地圖使用的三個層次[J]. 新聞界，2013 (10): 41-45.

[4] Shen Huaping. Exploration on the Data Visualization based on the Case of Infographics[J]. Advanced Materials Research, 2014, 909: 375-378.

[5] He Manli, Xi Tang, Huang YuMing. To Visualize Spatial Data Using Thematic Maps Combined with Infographics [C]//Processing of19th International Conference on Geoinformatics. Shanghai: IEEE Computer Society, 2011: 1-5.

[6] Liu Yuelin,Hao Lili. Information Graphics as A Visual Language [C]// Processing of 11th International Conference on Computer-Aided Industrial Design & Conceptual Design (Volume:1). Yiwu: IEEE Computer Society, 2010: 757-761.

[7] IT 經(jīng)理網(wǎng). 一圖抵萬言：信息圖的五大用途[EB/OL].[2014-11-19]. http://www.ctocio.com/ccnews/13704.html#respond.

[8] Verticalresponse.DIY:5 Free Tools for Creating Killer Infographics[EB/OL]. [2014-11-19]. http://www.verticalresponse.com/blog/diy-5-tools-for-creating-killer-infographics/.

[9] 云圖網(wǎng). 9 個功能強大的信息圖制作網(wǎng)站[EB/OL]. [2014-04-13]. http://yuntuwang.net/xxt/2014-04-13/16.html.

[10] Julie Steele, Noah lliinsky. 數(shù)據(jù)可視化之美[M]. 祝洪凱，李妹芳，譯. 北京：機械工業(yè)出版社，2011: 39-60.

[11] 中華人民共和國水利部，國家統(tǒng)計局. 第一次全國水利普查公報[R]. 北京：中國水利水電出版社，2013.

Preliminary Study for Data Infographics Presentation of Water Domain Using Information Graphics

YE Feng1, DAI Yangyang1, YANG Zhiyong1, ZHANG Peng2,3, WANG Zhijian1
(1. College of Computer and Information, Hohai University, Nanjing 211100, China；2. Water Conservancy Bureau of Liuhe District, Nanjing 211500, China；3. Hydraulic Engineering Planning Office of Jiangsu, Nanjing 210029, China)

With the rapid development of networks and the popularity of smart mobile terminals, security and so on, infographics play an increasingly significant role in data presentation and information dissemination because of its visualization. Based on the overview of infographics, after introducing the tools for implementing infographics, the paper presents the method and processes of developing infographics for water conservancy business data. Combining with the specific projects, the infographic for daily hydrological information and the fishbone diagram for summarizing the national water census data are implemented for data presentation. The results show that compared with the traditional approaches of the data presentation, the infographics are more visual and illustrated, which enrich the way of presentation and application of water conservancy data. It is meaningful and valuable for flood control and drought, and ecological protection.

infographics; datavisualization; data presentation; water conservancy data

TV39

A

1674-9405(2015)03-0005-05

2015-02-27

江蘇水利科技項目“‘智慧河流’研究及其在六合滁河管理中的應用”（2013025）；國家科技支撐計劃項目數(shù)字流域關鍵技術（2013BAB05B00）；基于物聯(lián)網(wǎng)的流域信息獲取技術研究（2013BAB05B01）。

葉 楓（1980－），男，山東濟南人，講師，從事云計算、水利領域大數(shù)據(jù)研究。