馮逸文，秦 雨*，張向鈺

（1. 廣東省地圖院，廣東 廣州 510075；2. 武漢大學(xué)信息管理學(xué)院，湖北 武漢 430079）

隨著第三次工業(yè)革命的興起和發(fā)展，目前正在進(jìn)入計(jì)算無所不在、軟件定義一切、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)展的智能時(shí)代[1]。隨著智慧城市、無人駕駛、數(shù)字孿生等領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，高精度空間地理信息數(shù)據(jù)庫作為其支撐也得到了長足進(jìn)步，與之配套的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)再次成為研究熱點(diǎn)[2-3]。專題地圖作為內(nèi)容專題化、形式差異化、用途專門化的地圖，在表達(dá)空間分布相關(guān)信息時(shí)具有高度概括、直觀易讀、高效傳輸?shù)奶匦訹4]，因而在時(shí)空大數(shù)據(jù)可視化中得到了廣泛應(yīng)用。在智能時(shí)代背景下，專題制圖領(lǐng)域也面臨著新的挑戰(zhàn)，對(duì)制圖者提出了更高的要求。本文主要探究智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化與傳統(tǒng)專題數(shù)據(jù)可視化的區(qū)別，并據(jù)此提供一些數(shù)據(jù)可視化的新思路。

1 智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化的新特征

1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。智能時(shí)代的重要特征之一就是海量數(shù)據(jù)，制圖者能夠收集到多種類、全方位、序列化的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)又對(duì)制圖者提出了新的要求。傳統(tǒng)制圖中，專題地圖制作依賴于制圖者對(duì)專題的主觀認(rèn)知和其對(duì)于專題的處理抽象[5]，即由制圖者驅(qū)動(dòng)；但在智能時(shí)代，制圖者更應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)本身，數(shù)據(jù)與專題的內(nèi)在聯(lián)系、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)清洗處理等過程，根據(jù)數(shù)據(jù)本身的特征制定針對(duì)性的可視化措施，即由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，而將對(duì)專題數(shù)據(jù)的認(rèn)知和重構(gòu)[6]則更多地留給讀圖者完成。當(dāng)然，純粹的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致因果關(guān)系的不可解釋、機(jī)理的不透明等問題[7]。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并不是要減少制圖者在制圖過程中的主觀能動(dòng)性，而是將制圖者的工作重心提前，將精力更多地分配在使用數(shù)據(jù)解釋專題這一部分。

2）計(jì)算決定。智能時(shí)代的另一個(gè)重要特征是算力的極大增長。隨著個(gè)人設(shè)備算力的不斷提升，專用信息服務(wù)器、并行機(jī)群、超級(jí)計(jì)算機(jī)、分布式計(jì)算、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展[8]，制圖者能對(duì)空間大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，但這些數(shù)據(jù)體量大、更新快、模態(tài)多樣、真?zhèn)坞y辨、個(gè)體價(jià)值低[9]，對(duì)制圖者的分析處理能力提出了更高的要求。制圖者要敏銳察覺數(shù)據(jù)與專題間的聯(lián)系，并通過有效的計(jì)算方法，提取整合海量數(shù)據(jù)中有價(jià)值的信息，才能形成有意義的專題指標(biāo)體系。其中，能否計(jì)算處理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)的計(jì)算處理方法都將極大影響甚至決定制圖數(shù)據(jù)指標(biāo)價(jià)值的高低。

3）粒度影響。在智能時(shí)代，制圖者擁有更多的手段獲取和處理精細(xì)粒度的數(shù)據(jù)；但粒度并非越精細(xì)越好，隨著觀測(cè)尺度、分類層級(jí)、知識(shí)體系和描述維度的變化，所觀測(cè)到的對(duì)象的空間形態(tài)、組成結(jié)構(gòu)、級(jí)別屬性、關(guān)聯(lián)關(guān)系等特征可能不同[10]，過于精細(xì)的粒度可能反而會(huì)導(dǎo)致特征丟失、性能下降、辨識(shí)度差的問題[11]。因此，智能時(shí)代下的制圖者要深刻認(rèn)識(shí)到粒度對(duì)于專題數(shù)據(jù)可視化的影響，選擇或?qū)?shù)據(jù)處理為合適粒度的數(shù)據(jù)，保證專題的信息傳輸效率。

2 智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化的新方法

2.1 圖表形式

圖表形式是影響數(shù)據(jù)可視化最重要的因素。絕大部分圖表都可歸類為柱狀圖、餅圖、散點(diǎn)圖（折線圖）3 種形式；但在智能時(shí)代的專題制圖中，基本圖表已無法很好適應(yīng)愈發(fā)復(fù)雜的數(shù)據(jù)表達(dá)需要，因此衍生出了種類繁多的變種圖表，通過對(duì)基本圖表的形式、結(jié)構(gòu)、維度等進(jìn)行部分重構(gòu)以達(dá)到凸顯要點(diǎn)、引起注意、提升數(shù)據(jù)易讀性、提高讀者認(rèn)知率[12]的目的，極大地提高了圖表的豐富性和信息傳遞效率。通常習(xí)慣采用柱狀圖表示總量信息指標(biāo)，餅圖表示比例信息指標(biāo)，折線圖突出變化類信息指標(biāo)。圖表的變種思路大體與之一致，但側(cè)重有所不同，具體見圖1。

圖1 基本圖表及其常見變種

不同圖表的特征也可以組合使用，如堆疊極坐標(biāo)扇圖、柱狀雷達(dá)圖等。制圖者可根據(jù)數(shù)據(jù)表達(dá)和圖面配置的需要靈活組合，在突出數(shù)據(jù)特征的同時(shí)做到排布合理。此外，圖表的變種中還有瀑布圖、箱型圖、小提琴圖、?；鶊D等，由于篇幅和個(gè)人能力所限，本文僅介紹在專題地圖中較常見的圖表變種類型。

2.2 量化策略

在制圖中，制圖者需要將指標(biāo)的數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化為長度、角度、半徑、面積等可視化指標(biāo)，從而傳遞信息，該過程可視為從源數(shù)據(jù)到可視化指標(biāo)的一種函數(shù)映射。在智能時(shí)代，隨著數(shù)據(jù)極值差異的日益增加，傳統(tǒng)的分級(jí)量化和線性量化思路已無法滿足部分?jǐn)?shù)據(jù)表達(dá)的需要，非線性量化的使用日漸增多。本文以源數(shù)據(jù)y到柱狀圖長度L的映射函數(shù)L( )y為例，探討專題數(shù)據(jù)值在量化過程中的策略，具體見圖2。量化的目的是為了更高效地傳遞信息，實(shí)際使用時(shí)應(yīng)保證數(shù)據(jù)間的區(qū)分度，必要時(shí)突出數(shù)據(jù)的變化情況（增量）即可。

圖2 專題制圖中常見量化策略

3 案例分析

上述智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化的新特征與新思路在《廣東省地圖集》[13]中均有體現(xiàn)，作為智能時(shí)代下新編的地圖集，其在編制思路上與傳統(tǒng)地圖集產(chǎn)品有一定的差異。

3.1 《廣東省地圖集》的新特征

1）數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制圖?！稄V東省地圖集》在編制過程中，更多地由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)制圖而非由制圖者驅(qū)動(dòng)制圖。在專題地圖編制過程中，制圖者更多關(guān)心專題數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)與專題的聯(lián)系以及數(shù)據(jù)的清洗處理，因此筆者與專題相應(yīng)主管單位、相關(guān)企事業(yè)單位進(jìn)行了卓有成效的溝通，收集了龐大的專題數(shù)據(jù)庫，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了專題圖編制設(shè)計(jì)的有關(guān)工作。

2）計(jì)算決定能否成圖?！稄V東省地圖集》在編制過程中，得益于廣東省良好的基礎(chǔ)測(cè)繪建設(shè)，收集了許多精細(xì)粒度的空間數(shù)據(jù)庫，如廣東省地理國情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫、廣東省林地地類普查庫、廣東省地名地址普查庫等，這些數(shù)據(jù)庫由數(shù)百萬多邊形或點(diǎn)構(gòu)成。算力的極大提升使得能在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)完成上述數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)和符號(hào)化工作，并最終完成土地利用現(xiàn)狀、林地地類、常住人口分布3幅對(duì)應(yīng)專題中的核心地圖。

3）粒度影響地圖可視化效果。在《廣東省地圖集》的人口專題中，收集了以行政村為單位的常住人口分布數(shù)據(jù)，并通過將其鏈接至地名普查數(shù)據(jù)庫獲得了一組廣東省常住人口分布的精細(xì)粒度數(shù)據(jù)；但在可視化時(shí)發(fā)現(xiàn)，若在單個(gè)點(diǎn)符號(hào)可辨認(rèn)的基礎(chǔ)上對(duì)全部行政村人口點(diǎn)進(jìn)行表示，其點(diǎn)密度過高導(dǎo)致完全無法區(qū)分人口密度中等和人口密度高的區(qū)域，且會(huì)遮擋分級(jí)底色，因此最終決定僅表示5 000 人及以上的行政村，剔除一部分精細(xì)粒度數(shù)據(jù)，最終得到了較好的可視化結(jié)果。

3.2 《廣東省地圖集》的新方法

1）圖表形式?！稄V東省地圖集》大膽結(jié)合多種類型的圖表，根據(jù)數(shù)據(jù)表達(dá)和版面排列的需要，靈活選擇圖表樣式，輔以象形符號(hào)或繪制圖案等方式，提升信息表達(dá)的維度，極大地提高了信息傳遞效率（圖3）。

圖3 《廣東省地圖集》部分圖表

2）量化策略。《廣東省地圖集》根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，靈活運(yùn)用分級(jí)量化、線性量化、指數(shù)量化等方式，在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確量化的基礎(chǔ)上，突出數(shù)據(jù)特征、表現(xiàn)數(shù)據(jù)差異與變化情況。例如，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)專題下的第二產(chǎn)業(yè)增加值專題圖中，采用了非線性量化的思路，在保證視覺平衡的前提下，同時(shí)突出數(shù)據(jù)的增長情況。

4 結(jié) 語

本文通過對(duì)比傳統(tǒng)專題制圖與智能時(shí)代下專題制圖的聯(lián)系與區(qū)別，提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、計(jì)算決定、粒度影響3 個(gè)智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化的新特征，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)了智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化的新思路，即拓展圖表形式、靈活使用量化策略。本文以《廣東省地圖集》為例，印證了所述觀點(diǎn)。研究成果可為今后的專題制圖工作提供參考，為專題數(shù)據(jù)的可視化提供多種思路；但對(duì)于智能時(shí)代下專題數(shù)據(jù)可視化特征與方法的總結(jié)仍不夠系統(tǒng)，在全面性上仍有提升的空間。