統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖中的可視化表達

張寒梅，廖小韻，陳重遠，徐漢卿

（1.湖北省地圖院，湖北 武漢 430071）

統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖中的可視化表達

張寒梅1，廖小韻1，陳重遠1，徐漢卿1

（1.湖北省地圖院，湖北 武漢 430071）

針對如何將統(tǒng)計數(shù)據(jù)中隱藏的信息在專題地圖上直觀簡潔地表達，探討了統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖中可視化的工作流程，從信息傳遞和視覺感受的角度，闡述了美觀、清晰、易讀的視覺感受對提高專題信息傳遞有效性的影響，并根據(jù)專題地圖設(shè)計制作中的典型案例，闡述了設(shè)計中需要關(guān)注圖形符號的選擇，確定與讀者視覺感受匹配的分級數(shù)，選擇體現(xiàn)專題現(xiàn)象之間差異的分級界限，并探討了有效的方法。

可視化；圖形選擇；分級數(shù)；分級界限

地圖是空間信息數(shù)據(jù)可視化的載體，在大千世界中，凡具有空間特征的信息資料及事物現(xiàn)象，都可用專題地圖的形式來表達[1-3]。用地圖語言來完成統(tǒng)計數(shù)據(jù)到地圖圖形的轉(zhuǎn)換，也就是統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖中可視化的過程，這一過程賦予了統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間分布特征，甚至還可以賦予專題感情色彩，使統(tǒng)計對象的相互關(guān)系、發(fā)展變化等變得清晰、易讀，專題信息的傳遞直接、生動。將數(shù)字中隱藏的信息以直觀、簡潔的專題地圖形式呈現(xiàn)給廣大讀者時，需要注意哪些問題，是本文研究的主要方向。

1 可視化流程

在統(tǒng)計數(shù)據(jù)到地圖圖形表達的過程中，制圖工作者先進行大量的數(shù)據(jù)分析后，挖掘出專題的主題信息，再經(jīng)過反復(fù)的制圖試驗，選擇合適的地圖表示方法，設(shè)計出直觀呈現(xiàn)這些專題信息的專題地圖。具體工作流程如圖1所示。

評價統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖中可視化表達的成功與否，首先要確定表示的專題內(nèi)容是科學(xué)的、正確的；其次是專題信息傳遞是否直觀、有效。統(tǒng)計數(shù)據(jù)可視化的過程用地圖的傳輸理論也可歸納為：統(tǒng)計數(shù)據(jù)—制圖者—地圖—用圖者[1]，而人們讀圖的時候，視覺感受是人的第一認知，美觀、清晰、易讀的視覺感受無疑會增加讀者的興趣，提高專題信息傳遞的有效性。所以，在進行專題地圖設(shè)計時，要關(guān)注良好的視覺效果和直觀的信息表達方式。

圖1 統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖中可視化的工作流程

2 專題地圖設(shè)計

為了將專題信息科學(xué)、直觀、有效地呈現(xiàn)給讀者，在專題地圖設(shè)計時，需要注意的問題主要從制圖統(tǒng)計單元、圖形符號、分級數(shù)和分級界限4個方面來討論。

2.1 制圖統(tǒng)計單元

制圖統(tǒng)計單元一般是按行政區(qū)域單位劃分，在統(tǒng)計資料充分的情況下，制圖統(tǒng)計單元劃分得越小，反映的現(xiàn)象越細致[1,4]。但不論制圖統(tǒng)計單元能夠表示到哪一級行政區(qū)域單位，首先要保證所有制圖統(tǒng)計單元清晰易讀,配有專題符號，還要確保絕大部分制圖統(tǒng)計單元在加入專題圖形符號后，均歸屬明確，個別放不下的，可在圖外標(biāo)注。

2.2 圖形符號

圖形符號設(shè)計最重要的是能準(zhǔn)確快速地傳遞專題信息，圖形符號一般有柱狀、帶狀、方形、圓形、三角形、扇形等形狀，這些形狀可以設(shè)計成平面、立體或組合表示，也可以采用象形符號或藝術(shù)符號等等。圖形的設(shè)計和組合是多種多樣的，需要進行反復(fù)的試驗，才能找到專題適合的表達方式。例如，表示制圖區(qū)域的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)總量，用顏色區(qū)分農(nóng)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)內(nèi)的農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、牧業(yè)、農(nóng)林牧漁服務(wù)業(yè)5大分類要素。圖2a與b均采用柱狀圖形符號，但組合表達專題的方式稍有不同，圖2a將分類要素疊加的總體高度表示總量，圖面視覺感受比較單調(diào)；圖2b采用土黃色柱狀背景方式表示總量，總量柱高與最少的分類要素柱高差別很大，圖面視覺不協(xié)調(diào)，這種感受隨著總量繼續(xù)增大會愈加強烈；圖2c采用圓形環(huán)狀符號，用圓形符號大小表示總量，圓內(nèi)扇形表示分類要素比重，專題總量、分類比重清晰，圖面視覺平衡，所以，具有構(gòu)成圖的數(shù)量指標(biāo)采用這種面積符號表示比較合適。

圖2 圖形符號設(shè)計

為了追求圖面效果，制圖工作者常創(chuàng)造性地設(shè)計一些圖形表示方法，但如果運用不當(dāng)，會直接影響讀者對專題信息的接收效率。例如圖3，大氣環(huán)境質(zhì)量采用大小相同、顏色飽和度不同的小方塊來分別表示空氣污染指數(shù)達優(yōu)良的天數(shù)1 d、10 d、100 d，各個方塊代表的天數(shù)累加就是空氣污染指數(shù)達優(yōu)良的天數(shù)，這種表達方式在制圖上歸為零錢法[5]。圖3中的零錢法是柱狀圖的形式，且在每一個制圖統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)，并列表示有2010年、2011年2個年份的環(huán)境質(zhì)量，就有了比較的概念，人的視覺感受認為柱高的就多些，柱短的就少些，這種視覺感受往往與實際不符。如圖3，左上的十堰市2010年的柱高明顯大于2011年，而天數(shù)累加2010年為346 d，2011年為360 d，累加結(jié)果應(yīng)該是柱短一些的2011年天數(shù)相反多一些。這種視覺認知速度大大高于零錢法的數(shù)學(xué)累加速度，直接影響到專題信息傳遞的直觀性和有效性。這種專題的表達方式是不成功的，解決的方案可直接用柱狀的總體高度表示專題數(shù)量，為了明確專題數(shù)量，可以在柱狀圖上方標(biāo)注專題統(tǒng)計數(shù)值；為了增強設(shè)計效果，柱狀圖形可采用藝術(shù)符號或象形符號疊加而成。

圖3 大氣環(huán)境質(zhì)量

不論專題要素采用哪種圖形符號，其圖形大小必須選擇合適的參數(shù)，要求符號之間區(qū)別明顯，且配置到制圖統(tǒng)計單元中時，最大符號不過于突出，以免影響地圖要素和圖面美觀，最小符號清晰易讀，符號之間又容易區(qū)分。

3 分級數(shù)

3.1 專題圖形符號

當(dāng)專題要素采用圖形符號表示時，如果地圖上每一個制圖統(tǒng)計單元內(nèi)專題圖形符號大小與其對應(yīng)的專題要素的統(tǒng)計數(shù)量指標(biāo)成絕對正比關(guān)系時，不需要進行數(shù)據(jù)分級；否則，需要對數(shù)據(jù)進行分級，絕大部分專題符號是需要分級的。由于人的視覺系統(tǒng)對不同的圖形符號有不同的感受能力，所以分級的數(shù)量與所采用的圖形符號密切相關(guān)，用線狀符號和藝術(shù)符號的，通常只分三級；其他圖形符號最多不應(yīng)超過7級[1,4]，否則，人眼對級別之間差異辨別的敏銳度會降低，失去了分級的意義。

3.2 專題分區(qū)設(shè)色

色彩作為一種地圖語言，表達、傳送著地圖信息，好的設(shè)色能提高地圖的清晰性，增強地圖的美感，讓讀者在閱讀地圖時，保持積極、愉悅的心態(tài)，提高對信息的理解和接收速度[1,6]。

專題現(xiàn)象采用分區(qū)設(shè)色的方法時，是用不同色級來體現(xiàn)各地區(qū)相對數(shù)量指標(biāo)，一般是用顏色的不同飽和度和亮度差異來構(gòu)成不同的等級層次，由于人的肉眼在地圖上辨別的等級差別是有限的，對同一色系的色彩視覺靈敏度會降低，影響視覺效果和專題的直觀性，一般同色系分級數(shù)超過5級時，必須輔以色相的變化[1,4]。

3.3 分級界限

不同的數(shù)據(jù)分到同一級中，要素數(shù)據(jù)之間的差別就消失了，如何科學(xué)、有效地體現(xiàn)區(qū)域?qū)ｎ}現(xiàn)象之間的差異，明確專題現(xiàn)象分布特點，重點就是要研究分級界限。

1）保證分級界限的科學(xué)性。許多專題要素都存在于一定的學(xué)科范圍之內(nèi),在所在的學(xué)科范圍之內(nèi)質(zhì)的差別都有固定的數(shù)值范圍，專題要素的分類、分級要符合相應(yīng)的國家及行業(yè)分類和分級標(biāo)準(zhǔn)。如酸雨的取值范圍，城市道路交通噪聲等效聲級的好、較好、一般、差的分類等等都有行業(yè)規(guī)定，在進行數(shù)據(jù)分級時，分級界限的選取必須在國標(biāo)、行標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合專題統(tǒng)計數(shù)據(jù)特征進行分級。

2）能體現(xiàn)專題現(xiàn)象的數(shù)量分布特征。分級的界限不當(dāng)，可能會將差別較大的單元分在同一級中，掩蓋了它們的真實差別；也可能將2個差別不大的單元分到兩個級別中，人為拉大了它們的差別。因此，正確分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，做出適合的分級界限，較好地反映制圖對象的數(shù)量分布特征，是十分重要的。

專題要素的最高值和最低值是體現(xiàn)專題要素分布特點的另一個重要特征[2,3]，往往也是讀者關(guān)注的重點，分級的結(jié)果要突出數(shù)值高的和數(shù)值低的制圖區(qū)域。分級的范圍一般是連續(xù)的，如果統(tǒng)計數(shù)據(jù)的最大值或最小值與其他值相差特別大，用連續(xù)的分級范圍表示會掩蓋制圖現(xiàn)象真實的分布特征，遇到這種情況，可用不連續(xù)的分級范圍表示，突出制圖現(xiàn)象的數(shù)據(jù)特征。

3）分級界限明確。注意任何一個數(shù)據(jù)必須在相應(yīng)的等級內(nèi)，任何一個等級必須有相應(yīng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每一個級別不能有重疊范圍，特別要注意分級臨界值的歸類問題。圖4中，將“＞95”改為“≥95”后，明確了“95”在最后一級中，則由約定俗成的習(xí)慣就可推出“90”屬于第3級，“85”、“80”兩級依次類推，分別屬于第2級和第1級。

圖4 分級界限明確案例

4 典型案例分析

我們通過具體的案例分析，加深對統(tǒng)計數(shù)據(jù)在專題地圖上可視化設(shè)計過程的理解。 表1為“2011年湖北省出現(xiàn)酸雨城市情況”的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，圖5為根據(jù)該統(tǒng)計數(shù)據(jù)編制的專題地圖。

該專題地圖采用分區(qū)統(tǒng)計圖表和分區(qū)分級統(tǒng)計圖法相結(jié)合的表達方式，年均酸雨P(guān)H值采用有聯(lián)想的云朵符號，分三級表示，專題要素形象生動；以土黃色不同的亮度和飽和度來區(qū)分酸雨出現(xiàn)頻率的差異，分五級表示，酸雨出現(xiàn)頻率越高色彩越暗沉，酸雨出現(xiàn)頻率越低色彩越明亮，整個色彩配置暗含設(shè)計者的感情基調(diào)。2種方法配合使用來表示全省酸雨的分布及污染狀況，圖面清晰，美觀，信息表達直觀、易讀。通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)和專題地圖的對比分析，此專題地圖有3處不合適之處：

圖5 酸雨的分布與污染

表1 2011年湖北省出現(xiàn)酸雨城市情況

1）“年均酸雨 PH＞5.0”的范圍，只重視了數(shù)據(jù)本身的分布特征，而忽視了PH＜5.6的降雨才稱為酸雨這一科學(xué)定義[7]， PH＞5.0的范圍顯然包括了PH≥5.6的非酸雨范圍。雖然在表2的統(tǒng)計數(shù)據(jù)“年均酸雨P(guān)H值”中沒有出現(xiàn)5.6，但為了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)表達專題現(xiàn)象，該范圍應(yīng)調(diào)整為5.0＜PH＜5.6。

2）“出現(xiàn)酸雨的頻率＜20”的指標(biāo)忽視了荊州市與恩施市的數(shù)據(jù)為2.6，與其他城市的數(shù)據(jù)差別大，是很典型的低酸雨頻率特征。為了反映數(shù)據(jù)的客觀特征，可將2.6單獨作為一級處理，或者用與其他界限值不連續(xù)的區(qū)間“0＜出現(xiàn)酸雨的頻率來表示＜3”來表示。

3）“出現(xiàn)酸雨的頻率：無酸雨區(qū)”的表示是草率的、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模c專題要素的實際情況完全不是一個概念。表1中沒有提到的城市，必須具體分析原因。通過實際的查找環(huán)境保護廳出具的相關(guān)文字資料顯示，統(tǒng)計表格內(nèi)沒有提到的城市，是因為沒有進行相關(guān)的檢測，所以沒有相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并不代表這些城市是無酸雨區(qū)，因此，圖例中“無酸雨區(qū)”應(yīng)改為“無數(shù)據(jù)區(qū)”。

[1] 廖克.現(xiàn)代地圖學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2005

[2] 張克權(quán)，黃仁濤.專題地圖編制[M].北京：測繪出版社，1991

[3] 廖小韻.專題地圖表示方法[J].測繪通報，2005(12):52-55

[4] 祝國瑞.地圖學(xué)[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2004

[5] 湖北省測繪地理信息局.湖北省地圖集[M].北京：中國地圖出版社，2014

[6] 段體學(xué)，王濤.地圖整飾[M].北京：測繪出版社，1985

[7] HJ/T192-2006.生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（試行）[S].

P208

B

1672-4623（2015）03-0173-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.061

張寒梅，高級工程師，從事地圖編輯和技術(shù)管理工作。

2014-02-18。