李 明，高 洪

（1.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢430079;2.民政部減災(zāi)與應(yīng)急工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074; 3.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安710000）

國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的可視化研究

李 明1，2，高 洪3

（1.武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，湖北武漢430079;2.民政部減災(zāi)與應(yīng)急工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074; 3.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西西安710000）

目前，對(duì)自然災(zāi)害的研究早已成為世界性的重要課題，世界范圍內(nèi)的災(zāi)害研究機(jī)構(gòu)數(shù)量眾多，但在減災(zāi)機(jī)構(gòu)綜合信息表達(dá)方面存在不易搜索和難以查詢的問(wèn)題。利用可視化技術(shù)在信息表達(dá)方面的巨大優(yōu)勢(shì)，針對(duì)國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的特點(diǎn)，從研究范圍與研究災(zāi)種類型2個(gè)角度，進(jìn)行了機(jī)構(gòu)對(duì)象的符號(hào)設(shè)計(jì)研究，并結(jié)合C#與ArcGIS Engine構(gòu)建了國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化系統(tǒng)，將有關(guān)國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)的非直觀的文本信息轉(zhuǎn)化為容易理解的圖像形式，以提高國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的易讀性和查詢效率。

減災(zāi)機(jī)構(gòu)；可視化；空間信息；ArcGIS

世界范圍內(nèi)的災(zāi)害研究機(jī)構(gòu)數(shù)量大、種類多、分布廣，既有針對(duì)特定災(zāi)害的研究組織，也有針對(duì)多種災(zāi)害的研究機(jī)構(gòu)；既有針對(duì)特定地域?yàn)?zāi)害的研究，也有針對(duì)全球?yàn)?zāi)害的研究。然而，在眾多的減災(zāi)研究機(jī)構(gòu)中只有部分建有網(wǎng)絡(luò)門戶，且大部分減災(zāi)機(jī)構(gòu)的信息限于文本或列表形式的簡(jiǎn)單介紹。這對(duì)于需要掌握各種災(zāi)害研究最新動(dòng)態(tài)和成果的人來(lái)說(shuō)，尚缺乏一個(gè)快速、準(zhǔn)確了解所有減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的平臺(tái)，存在減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息不易搜索、難以查詢和選擇困難的問(wèn)題。利用圖形視界對(duì)人的巨大吸引優(yōu)勢(shì)，通過(guò)可視化技術(shù)，對(duì)國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息進(jìn)行可視化，將非直觀的、抽象的數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)轉(zhuǎn)化為人們?nèi)菀桌斫獾目蛇M(jìn)行交互分析的圖形、圖像、動(dòng)畫(huà)等形式，有助于提高人們對(duì)減災(zāi)機(jī)構(gòu)整體概念的形成以及對(duì)相關(guān)信息的查詢效率[1]。本文力圖通過(guò)對(duì)國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息進(jìn)行可視化表達(dá)研究，利用可視化技術(shù)提高國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的易讀性，并實(shí)現(xiàn)信息快速搜索、查詢和選擇，達(dá)到及時(shí)快速準(zhǔn)確獲取目標(biāo)減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的目的。

1 空間信息可視化過(guò)程

可視化對(duì)地圖的視覺(jué)表達(dá)和分析的影響包括2個(gè)方面：在理論層面上，可視化是一個(gè)幫助人們對(duì)地學(xué)信息進(jìn)行認(rèn)知和交流的過(guò)程；在技術(shù)層面上，可視化與GIS結(jié)合，能夠促進(jìn) GIS中的地學(xué)數(shù)據(jù)以圖形圖像的形式進(jìn)行表達(dá)[2-4]?？臻g信息可視化是可視化、地圖學(xué)、GIS等學(xué)科進(jìn)行交叉和融合的一門科學(xué)與技術(shù)，它是科學(xué)計(jì)算機(jī)可視化在GIS與地圖學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展[5,6]?？臻g信息可視化的基本過(guò)程包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)建模、計(jì)算機(jī)圖形生成及模型研究等內(nèi)容，其基本原理如圖1所示[7]。

圖1 空間信息可視化過(guò)程

2 國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的可視化

2.1 可視化的需求分析

在國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的可視化研究中，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需求，要考慮的問(wèn)題如下：①在減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息集合和內(nèi)容選擇方面，應(yīng)注意信息結(jié)構(gòu)的層次性、簡(jiǎn)潔性并適當(dāng)優(yōu)化專題信息；②除了對(duì)基本信息（如機(jī)構(gòu)名稱、位置、研究區(qū)域、簡(jiǎn)單介紹、機(jī)構(gòu)網(wǎng)址、主要研究成果等）表達(dá)進(jìn)行研究外，建立諸如統(tǒng)計(jì)圖表的二次信息的表達(dá)也是研究的一個(gè)主要方面；③減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的可視化要求分類清晰、表達(dá)直觀，滿足快速查詢的要求。

2.2 數(shù)據(jù)選擇

從信息對(duì)象的角度，本研究選取的 330多個(gè)國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)的信息主要包括描述其現(xiàn)狀和宏觀背景的基礎(chǔ)地理資料，具體為：①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息：包括簡(jiǎn)化的地理要素和國(guó)家境界特征信息，作為減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息表達(dá)的宏觀背景；②減災(zāi)機(jī)構(gòu)特征信息：包括反映各減災(zāi)機(jī)構(gòu)個(gè)體分布特征的空間及屬性信息，以及描述減災(zāi)機(jī)構(gòu)各種特征的文本、圖形、表格等資料；③統(tǒng)計(jì)信息：主要指對(duì)減災(zāi)機(jī)構(gòu)特征圖形與屬性進(jìn)行分析、運(yùn)算的前提下生成的反映減災(zāi)機(jī)構(gòu)的潛在或綜合特征的新信息，如研究范圍統(tǒng)計(jì)、研究?jī)?nèi)容統(tǒng)計(jì)、活動(dòng)歷史、社會(huì)影響等。

2.3 符號(hào)表達(dá)

符號(hào)的設(shè)計(jì)要能表達(dá)地面景物的空間位置、形狀和大小，而且還能反映出各種地物的質(zhì)量、數(shù)量的特征以及相互間的關(guān)系[8]。由于減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容涉及到包括旱災(zāi)、洪澇等各種自然災(zāi)害，并且研究范圍也包括國(guó)際性、區(qū)域性等尺度的災(zāi)害。因此，為使減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息具有直觀性特征，需要根據(jù)減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容和研究涉及的范圍，進(jìn)行符號(hào)分類、符號(hào)視覺(jué)變量和符號(hào)設(shè)計(jì)的研究。

2.3.1 符號(hào)分類

從減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究?jī)?nèi)容與研究范圍的角度，將圖形符號(hào)按所代表的地物或現(xiàn)象分為點(diǎn)狀、線狀和面狀符號(hào)。

1）點(diǎn)狀符號(hào)：它的大小在地圖中反映減災(zāi)機(jī)構(gòu)的等級(jí)特征和位置分布，其形狀或顏色的色相表示不同的機(jī)構(gòu)類型。

2）線狀符號(hào)：主要用來(lái)表達(dá)減災(zāi)機(jī)構(gòu)可視化的背景信息，它的形狀和顏色用來(lái)反映地理事物的類別特征，寬度用來(lái)表示地理事物的等級(jí)特征，而不同形態(tài)的線狀符號(hào)用來(lái)表示不同類別的地理事物。

3）面狀符號(hào)：用來(lái)表示減災(zāi)機(jī)構(gòu)的分布范圍，它在形狀上與其所表示的實(shí)際地物的平面圖形是相似的，主要包括邊界、填充底色和矢量填充圖形等要素。

2.3.2 符號(hào)視覺(jué)變量

用圖形符號(hào)來(lái)表示一定的事物，需要對(duì)符號(hào)的幾何形狀、顏色等元素進(jìn)行組合定制，使圖形符號(hào)語(yǔ)義清晰，從而利用符號(hào)與對(duì)象之間的聯(lián)系，自然地引導(dǎo)人們對(duì)與符號(hào)對(duì)應(yīng)事物的理解。一般來(lái)說(shuō)，圖形符號(hào)的視覺(jué)變量主要由符號(hào)的形狀、尺寸以及色彩來(lái)決定。

1）圖形符號(hào)的形狀：它的差別對(duì)點(diǎn)狀、線狀和面狀符號(hào)的影響不同。減災(zāi)機(jī)構(gòu)的符號(hào)表達(dá)主要是從點(diǎn)狀符號(hào)的角度進(jìn)行考慮；在表示不同研究?jī)?nèi)容的機(jī)構(gòu)時(shí)，從地震、洪澇等自然災(zāi)害現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)形態(tài)特征和符號(hào)使用習(xí)慣進(jìn)行符號(hào)設(shè)計(jì)；而背景地理信息的表達(dá)主要從線狀符號(hào)和面狀符號(hào)的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）圖形符號(hào)的尺寸：由于其具有等級(jí)信息，因此，符號(hào)的尺寸由研究機(jī)構(gòu)的研究范圍大小決定。

3）圖形符號(hào)的顏色：不同類型的研究機(jī)構(gòu)可以通過(guò)符號(hào)顏色的色相、亮度和飽和度以示區(qū)別，進(jìn)一步擴(kuò)大不同符號(hào)的視覺(jué)差異，使人們的讀圖過(guò)程更為直觀易懂。如當(dāng)形狀、尺寸等符號(hào)變量固定時(shí)，點(diǎn)狀符號(hào)顏色的設(shè)計(jì)則是分辨減災(zāi)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵。當(dāng)用面狀符號(hào)表示背景地理信息中的領(lǐng)域范圍時(shí)，相鄰領(lǐng)域間的顏色差異則是人們清楚分辨不同研究機(jī)構(gòu)的重要信息。

2.3.3 符號(hào)設(shè)計(jì)

從減災(zāi)機(jī)構(gòu)研究?jī)?nèi)容的角度考慮，應(yīng)有一個(gè)直觀的印象來(lái)表示不同的災(zāi)害種類，以區(qū)分不同研究?jī)?nèi)容的減災(zāi)機(jī)構(gòu)；從減災(zāi)機(jī)構(gòu)研究范圍的角度考慮，由于涉及國(guó)際性、區(qū)域性等不同等級(jí)尺度范圍，在符號(hào)表示時(shí)，應(yīng)使信息獲取者有一種明顯的視覺(jué)等級(jí)差別。

1）根據(jù)研究范圍進(jìn)行定性分類。減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究范圍包括國(guó)際、地區(qū)、國(guó)家和區(qū)域 4個(gè)類型。本文根據(jù)這 4個(gè)類型分別代表的含義以及相應(yīng)的特征進(jìn)行符號(hào)的選擇，如“國(guó)際”選擇表示globe的符號(hào)，“地區(qū)”選擇表示包含含義的符號(hào)，如表1所示。

表1 研究范圍符號(hào)設(shè)計(jì)

2）根據(jù)研究災(zāi)種進(jìn)行定性分類。減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究災(zāi)種包括地質(zhì)災(zāi)害、地震、旱災(zāi)、氣象災(zāi)害、水災(zāi)、雪災(zāi)、火山、火災(zāi)、病蟲(chóng)害、海洋災(zāi)害以及綜合災(zāi)害研究。它們分別代表了不同的災(zāi)害現(xiàn)象，在進(jìn)行符號(hào)選擇時(shí)，應(yīng)考慮這些災(zāi)種現(xiàn)象實(shí)際的表現(xiàn)特征，如水災(zāi)、火災(zāi)的表示應(yīng)分別和水、火的直觀性形象相對(duì)應(yīng)，并在設(shè)計(jì)符號(hào)時(shí)從這樣的側(cè)面進(jìn)行表達(dá)。表2為本文設(shè)計(jì)的災(zāi)害種類符號(hào)。

表2 研究災(zāi)種符號(hào)設(shè)計(jì)

2.4 可視化界面設(shè)計(jì)思想與可視化過(guò)程

交互式的國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化界面是向用戶提供靈活、主動(dòng)地控制和使用空間信息的手段和方法，它應(yīng)具有人機(jī)交互功能和信息動(dòng)態(tài)更新能力；在進(jìn)行界面設(shè)計(jì)時(shí)，除了需要考慮界面本身的組件、布局、風(fēng)格，還要看它們是否能支撐有效的交互。本文認(rèn)為在進(jìn)行界面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循可視性、簡(jiǎn)易性、反饋性、限制性、一致性、可逆性和啟發(fā)性等原則。另外，在界面的布局控制方面，還要兼顧排版設(shè)計(jì)、視覺(jué)平衡等，并對(duì)各種元素（顏色、字體、圖形、空白等）使用一定的規(guī)格，使得界面的結(jié)構(gòu)清晰、統(tǒng)一、美觀。

減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化過(guò)程主要包括圖形圖像的生成和空間信息的查詢。本文通過(guò)空間信息可視化技術(shù)，把有關(guān)減災(zāi)機(jī)構(gòu)的各種類型的圖形圖像在視窗環(huán)境中建立起來(lái)，并利用圖形圖像之間基于地理分析方法模式建立的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，在同一視圖中顯示地圖、圖表和圖形等。在進(jìn)行減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息的交互查詢時(shí)，其結(jié)果能動(dòng)態(tài)地通過(guò)2個(gè)視窗(圖形窗口和屬性表格窗口)進(jìn)行顯示，其查詢方式主要包括空間關(guān)系和屬性特征查詢（見(jiàn)圖2）。

3 國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化原型系統(tǒng)

考慮到開(kāi)發(fā)的效率、應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行速度、擴(kuò)充性、實(shí)用性及可維護(hù)性等，本文選擇C#作為二次開(kāi)發(fā)的語(yǔ)言環(huán)境，并利用AE組件，進(jìn)行二次集成開(kāi)發(fā)，構(gòu)建國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化原型系統(tǒng)[9,10]。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫(kù)是信息存儲(chǔ)與管理的基礎(chǔ)，各種模型程序操作都依賴于數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯上分成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)和成果數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分，每部分又由空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。

圖2 減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化系統(tǒng)E-R圖

3.2 系統(tǒng)界面

減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化系統(tǒng)界面（如圖3所示）主要包括菜單的定制、工具欄和窗體的設(shè)計(jì)等，其界面友好、色彩鮮明、簡(jiǎn)潔。

3.3 空間信息與屬性信息查詢

系統(tǒng)提供的空間信息查詢包括點(diǎn)擊查詢（如圖 4所示）和多邊形查詢，即根據(jù)空間位置查詢屬性信息；屬性信息查詢包括快速定位查詢和基于屬性查詢，即根據(jù)屬性信息查詢符合條件的空間位置。

圖3 系統(tǒng)主窗體

圖4 點(diǎn)擊查詢結(jié)果圖

3.4 專題制圖

系統(tǒng)提出根據(jù)研究范圍和研究災(zāi)種進(jìn)行符號(hào)設(shè)計(jì)的分類思想，可以實(shí)現(xiàn)多種分類統(tǒng)計(jì)與綜合查詢顯示功能。如圖5、圖6所示，分別考慮減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究范圍和研究災(zāi)種，根據(jù)設(shè)計(jì)的符號(hào)，通過(guò)符號(hào)選擇器，對(duì)地圖符號(hào)進(jìn)行更改，便能使用戶快速地獲得不同范圍和研究災(zāi)種的減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息。此外，系統(tǒng)還能對(duì)減災(zāi)機(jī)構(gòu)按不同條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖（柱狀圖、餅圖和相應(yīng)的表格等）。

圖5 研究范圍分類圖

圖6 研究災(zāi)種分類圖

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息特征的分析，主要從減災(zāi)機(jī)構(gòu)的研究范圍和研究災(zāi)種2個(gè)方面進(jìn)行了符號(hào)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了減災(zāi)機(jī)構(gòu)空間信息與屬性信息的交互查詢，在C#和AE的支持下構(gòu)建了國(guó)際減災(zāi)機(jī)構(gòu)信息可視化原型系統(tǒng)。為學(xué)者、公眾等災(zāi)害利益相關(guān)者提供了獲取減災(zāi)機(jī)構(gòu)基本信息、研究動(dòng)態(tài)等的可見(jiàn)即可得的快捷交互查詢平臺(tái)。在災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防范研究中分析和解決了利益相關(guān)者感興趣的實(shí)際問(wèn)題。但因?yàn)檠芯可疃群蛷V度所限，還有一些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究解決。

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Visualization Research on Information of Disaster-related Organizations

by LI Ming

At present,the study of natural disaster has become an important worldwide problem.Disaster-related organizations are numerous in the world.But there is still lack of comprehensive information on all of them and it is not easy to understand and search in this form.Visualization technique has a great advantage in information representation.In view of the domestic and international research present condition of visualization,the symbols of these institutions were designed from the research scope and content respectively;the secondary development of ArcGIS Engine based on C#was performed to build a prototype system of visualization of information of disaster-related agencies.Through visualization,the text information can be converted to image form and it helps to improve information accessibility and query efficiency of disaster-related agencies.

disaster-related organization，visualization，spatial information，ArcGIS

2011-10-25

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目 (2008BAK50B08-03)。

P208

B

1672-4623(2012)03-0017-04

李明，碩博連讀研究生，主要研究方向?yàn)檫b感圖像處理與減災(zāi)應(yīng)用、空間信息共享與服務(wù)等。