楊 佟，張利輝，馬嘉蓉，楊東虎，于新朋，許寶潔，游婷婷

（天津城建大學(xué)地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津300384）

京津冀一體化是國家確立的一項重大經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，京津冀城市群是新的經(jīng)濟增長極，是當下社會關(guān)注的熱點.統(tǒng)計年鑒是開展京津冀協(xié)同發(fā)展研究的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可視化讓數(shù)據(jù)分析更加便捷，更直觀地獲取知識.在具體的可視化實現(xiàn)方面，包括傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)、天文地理和新興的社會媒體等各個領(lǐng)域，國內(nèi)外仍在繼續(xù)進行深入的研究.

目前國內(nèi)地理信息可視化新技術(shù)研究熱點主要集中在虛擬現(xiàn)實技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、自適應(yīng)地理信息可視化技術(shù)以及地理信息全息顯示技術(shù)4 個方面[1].在國外許多大型企業(yè)、科研機構(gòu)都會有相關(guān)部門進行數(shù)據(jù)可視化研究，如數(shù)字圖書館.媒體和政府機構(gòu)也對掌握的數(shù)據(jù)進行可視化分析，如犯罪地圖.互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，掌握了大量用戶活動信息、用戶關(guān)系網(wǎng)或語料庫的網(wǎng)站，比如Digg，F(xiàn)riendFeed，F(xiàn)lickr 或大型電子商務(wù)網(wǎng)站等，都開展實驗性的可視化項目.

但目前，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的發(fā)展仍存在一些局限性.鑒于數(shù)據(jù)可視化有很高端的技術(shù)要求，只有技術(shù)人員才能發(fā)現(xiàn)價值，用戶群僅限于數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域的專家和技術(shù)人員.同時，地理空間數(shù)據(jù)可視化平臺對數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)還不夠完善[2].然而，在信息化時代，需要進行可視化數(shù)據(jù)應(yīng)用的人群迅速擴大，促進了更加智能的數(shù)據(jù)可視化工具的出現(xiàn).較新的技術(shù)工具允許非技術(shù)用戶在不必學(xué)習(xí)如何使用復(fù)雜的模型和多媒體軟件的情況下，能夠?qū)θ我鈱W(xué)科進行數(shù)據(jù)的可視化呈現(xiàn).

1 京津冀統(tǒng)計年鑒可視化的必要性

京津冀統(tǒng)計年鑒是反映北京、天津、河北國民經(jīng)濟和社會發(fā)展情況的最具權(quán)威性的資料.早期統(tǒng)計年鑒資料主要以紙質(zhì)圖書為主，近些年提供了電子版本，主要是文字和圖表的形式，同時應(yīng)用多年數(shù)據(jù)信息，整理工作繁瑣，數(shù)據(jù)不能與研究區(qū)域直接關(guān)聯(lián)，圖表表達不夠直觀.而數(shù)據(jù)可視化技術(shù)能夠縮短用戶獲取數(shù)據(jù)時間，同時使用戶有效地發(fā)現(xiàn)隱藏在數(shù)據(jù)背后的復(fù)雜關(guān)系，更利于人們對信息的接受[3].比起使用純文本數(shù)據(jù)，可視化技術(shù)更能幫助用戶理解和應(yīng)用數(shù)據(jù).通過對京津冀地區(qū)統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)可視化，可以很直觀看出行業(yè)、人口、資源利用等信息，還可以對將來的人口老齡化、行業(yè)發(fā)展等進行預(yù)測，對社會經(jīng)濟和國民發(fā)展會起到積極作用[4].本論文主要研究國民經(jīng)濟和社會發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)的專題圖表達及統(tǒng)計年鑒信息數(shù)據(jù)的空間信息化，為京津冀協(xié)同發(fā)展的科研、政策制定、宏觀決策等提供數(shù)據(jù)支撐.

京津冀統(tǒng)計年鑒系列數(shù)據(jù)的可視化，可使用戶更直觀地分析其近年來各個方面的發(fā)展變化，從而能更好預(yù)測未來幾年的變化，其提供了一種非常清晰的溝通方式使用戶能夠更快、更方便地理解和處理信息，為社會各界提供了豐富的信息資源[5].作為人們了解信息的窗口，為更好地傳播信息，服務(wù)大眾，統(tǒng)計年鑒可視化勢在必行.

本文基于GIS 平臺和專題地圖的表達方法，來研究國民經(jīng)濟和社會發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)，采用動態(tài)與靜態(tài)相結(jié)合的方法進行可視化表達，實現(xiàn)地圖與統(tǒng)計數(shù)據(jù)的集成表達，使統(tǒng)計年鑒資料應(yīng)用簡單、方便、直觀、形象.

2 專題分類

由于3 個地區(qū)的統(tǒng)計年鑒各章節(jié)目錄大體一致，但河北年鑒涉及的領(lǐng)域更多，3 個地區(qū)的年鑒數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，為了方便形成對比，選取京津冀共有的指標進行整合分類.依據(jù)國民經(jīng)濟行業(yè)分類標準，從行政、人口、國民經(jīng)濟、人民生活、固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)、批發(fā)和零售業(yè)及住宿和餐飲業(yè)、對外經(jīng)濟貿(mào)易和旅游等這些方面進行區(qū)縣制圖的劃分，如表1 所示.從人口、國民經(jīng)濟、固定資產(chǎn)投資和房地產(chǎn)、能源生產(chǎn)和消費、資源環(huán)境和公共設(shè)施、財政、農(nóng)業(yè)等方面進行省市制圖的劃分，如表2 所示.

表1 以區(qū)縣尺度劃分的專題指標

表2 以省市尺度劃分的專題指標

3 構(gòu)建京津冀年鑒數(shù)據(jù)庫

從時間尺度來說，京津冀統(tǒng)計年鑒分別開始記載于1980 年，1983 年和1985 年，年鑒跨度非常大，時間序列長；從空間尺度上，年鑒記載的內(nèi)容十分豐富，大到國民經(jīng)濟、固定資產(chǎn)投資，小到人口就業(yè)、衛(wèi)生環(huán)境，以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)，所包含的數(shù)據(jù)量大，方便管理，作為數(shù)據(jù)支撐，便于其他人進行各項研究.

對于海量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對其建立數(shù)據(jù)庫，不僅能減少數(shù)據(jù)冗余，還便于數(shù)據(jù)的管理.基于制定的專題，按照不同的時空尺度來構(gòu)建京津冀年鑒數(shù)據(jù)庫[6].由于政策、法規(guī)等原因，行政區(qū)劃的空間范圍會發(fā)生某些變化，空間范圍發(fā)生變化之后，為了實現(xiàn)空間范圍和屬性的統(tǒng)一，就需要在時間尺度上，對空間數(shù)據(jù)重新進行劃分，也就是需要構(gòu)建新的時間尺度的時空數(shù)據(jù)庫.例如，2009 年天津市調(diào)整部分行政區(qū)劃，撤銷天津市漢沽區(qū)、塘沽區(qū)、大港區(qū)，設(shè)立天津市濱海新區(qū).1986 年河北省定縣撤縣設(shè)市，改名為定州市.以區(qū)縣尺度劃分時，天津市薊縣和寧河縣在2015—2016 年的統(tǒng)計年鑒里改名為天津市薊州區(qū)和寧河區(qū)，與2012—2014 年的統(tǒng)計年鑒不一致.所以以2012—2014年和2015—2016 年分別對其進行分期構(gòu)建數(shù)據(jù)庫.在建立數(shù)據(jù)庫之前，先收集了京津冀統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù).在設(shè)計專題屬性時，根據(jù)國民經(jīng)濟和社會發(fā)展狀況選出具有代表性的專題要素，并且基于數(shù)據(jù)盡可能完備的原則進行數(shù)據(jù)庫的建立，如圖1 所示.

圖1 構(gòu)建京津冀年鑒數(shù)據(jù)庫流程圖

對于專題屬性的變化，按時間尺度對空間進行劃分.同一個時間尺度按省市和區(qū)縣對3 個地方進行專題屬性的設(shè)計.在統(tǒng)一不同地區(qū)相同指標的字段名時，區(qū)縣的命名方式采用“拼音首字母_年份”，省市的命名采用“拼音首字母_0_年份”，對于拼音首字母縮寫相同的兩個字段，區(qū)縣按“英文_ 年份”進行命名，省市按“英文_0_年份”命名.例如，“MANRK_ 年份”代表區(qū)縣級別的男性人口，“WOMANRK_年份”代表區(qū)縣級別的女性人口，“CZRK_0_年份”代表省市級別的常住人口，“CITY_0_年份”代表省市級別的城鎮(zhèn)人口.具體的命名規(guī)則如表3 所示.

表3 字段命名規(guī)則

4 專題圖的表達

4.1 靜態(tài)表達

專題地圖內(nèi)容分為底圖信息和專題信息，統(tǒng)計信息是專題信息的重要組成部分.京津冀統(tǒng)計數(shù)據(jù)包含了3 個地區(qū)豐富的信息資源，涉及了人口、資源、農(nóng)業(yè)等方方面面.對繁多的數(shù)據(jù)進行可視化表達，能更直觀地反映地區(qū)的社會經(jīng)濟信息.而科學(xué)性和美觀性是衡量專題地圖表達的重要因素.因此，依據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和專題內(nèi)容對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的指標類型進行篩選，選擇合適的可視化方法進行表達[7].

基于省市和區(qū)縣級別，采用底色填充和定點符號法來對各個省市及區(qū)縣進行分類.采用底色法時，遵從顏色由深至淺、冷暖變化，給人以視覺上的連續(xù)性.采用定點符號法時，設(shè)計不同的形狀、紋理、尺寸和顏色來表示空間實體的地理位置、分類信息等.例如：對于北京市，采用紅色五角星來突出它的重要性.

對于多個統(tǒng)計區(qū)域的數(shù)據(jù)，采用的是分區(qū)統(tǒng)計圖法[8].統(tǒng)計單元采用不同高度或角度的圖形來顯示分量的差別.基于區(qū)縣尺度，對于京津冀常住人口數(shù)這一專題要素，采用的是柱狀圖的分區(qū)統(tǒng)計圖法.分別對2012—2014 年和2015—2016 年的常住人口數(shù)據(jù)進行制圖，依據(jù)柱狀圖的高矮就可以度量近幾年京津冀地區(qū)常住人口數(shù)的差異，從圖上可看出近幾年來京津冀常住人口數(shù)漲勢平穩(wěn)，如圖2-3 所示.對于房地產(chǎn)開發(fā)投資數(shù)據(jù)，北京市的房地產(chǎn)開發(fā)投資在2012—2015年呈上升趨勢，在2016 年略有下降.天津市和河北省的房地產(chǎn)開發(fā)投資呈穩(wěn)步上升趨勢（見圖4）.

圖2 2012—2014 年京津冀常住人口數(shù)專題圖

圖3 2015—2016 年京津冀常住人口數(shù)專題圖

圖4 2012—2016 年京津冀房地產(chǎn)開發(fā)投資專題圖

對于分布不均勻的專題要素[9]，例如人口分布、資源分布、專利申請量專題圖，衛(wèi)生機構(gòu)數(shù)量等，采用點值法、分級色彩、分級符號、比例符號等幾種方法來表現(xiàn).基于區(qū)縣尺度，對于專利申請量數(shù)據(jù)采用點值法，用點的聚集程度來體現(xiàn)3 個地區(qū)的學(xué)術(shù)發(fā)展狀況（見圖5）.由圖5 可知北京各區(qū)的專利申請數(shù)最多，可推知北京地區(qū)的學(xué)術(shù)研究比其他兩個地區(qū)發(fā)展迅速.這幾種數(shù)量顯示方法既可表示專題要素的分布，又可表示專題要素的數(shù)量指標.

對于周期性發(fā)生變化的專題要素，如水文的季節(jié)變化、氣候變化、降水量等，可采用定位圖表法[10].定位圖表法是把某些地點的統(tǒng)計資料，用圖表形式描繪在地圖的相應(yīng)位置上，以表示該地某種專題要素的變化.另外，也可做成趨勢圖，如折線圖、面積圖、卡吉圖等，來表現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)在時間上的波動變化，以及預(yù)測未來的可能趨勢[11].

圖5 2016 年京津冀專利申請量專題圖

4.2 動態(tài)表達

運用動畫技術(shù)制作地圖，也是可視化方面研究的一個重要內(nèi)容.動態(tài)地圖分為時間動態(tài)地圖和非時間動態(tài)地圖兩種.制作時間動態(tài)地圖時，通過增加時間序列，使得與時間有關(guān)的專題屬性隨著時間的變化而變化.時間動態(tài)地圖能使用戶更加直觀地理解時空數(shù)據(jù).時間動態(tài)地圖只隨時間改變而非時間動態(tài)地圖是由于一些其他因素變化而變化，如位置、屬性的變化.動態(tài)地圖能夠更好地調(diào)度用戶的視覺感受，好的視覺感受對事物的認知更加有幫助[12].由于在紙質(zhì)材料上難以顯示動畫效果，所以截取了兩幀用于展示，如圖6-7 所示.基于區(qū)縣數(shù)據(jù)，選取全社會固定資產(chǎn)投資這一專題，采用分級色彩的方法來顯示京津冀地區(qū)全社會固定資產(chǎn)投資量的變化趨勢.顏色越深，則全社會固定資產(chǎn)投資量越多，顏色越淺，則全社會固定資產(chǎn)投資量越少.用動態(tài)效果進行展示，更能直觀反映出京津冀地區(qū)全社會固定資產(chǎn)投資近年來的動態(tài)變化.

圖6 2013 年京津冀全社會固定資產(chǎn)投資

圖7 2016 年京津冀全社會固定資產(chǎn)投資

5 結(jié) 語

本文研究了京津冀統(tǒng)計年鑒可視化表達方法，通過專題分類，對各個專題內(nèi)容進行可視化制圖，從而提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)在各個行業(yè)領(lǐng)域的利用率.但仍然存在部分數(shù)據(jù)缺失或3 個地區(qū)的專題指標不統(tǒng)一的問題，目前采用的方法是把所有數(shù)據(jù)放在一起，加以對比，進行細致篩選后選取了所需的數(shù)據(jù).

總之，通過對京津冀統(tǒng)計年鑒歷史系列數(shù)據(jù)的可視化的研究，揭示出京津冀地區(qū)近幾年各方面的發(fā)展現(xiàn)狀，為相關(guān)部門提供宏觀調(diào)控和相關(guān)決策的依據(jù).