本發(fā)明涉及信息可視化領(lǐng)域，具體涉及一種基于變形地圖的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

迄今為止，針對(duì)不同類(lèi)別的空間數(shù)據(jù)已有許多相應(yīng)的可視化技術(shù)，主要分為點(diǎn)數(shù)據(jù)可視化、線(xiàn)數(shù)據(jù)可視化和區(qū)域數(shù)據(jù)可視化。區(qū)域數(shù)據(jù)可視化,可分為地區(qū)分布圖(Choropleth maps)、統(tǒng)計(jì)地圖(Cartograms maps)兩類(lèi)。地區(qū)分布圖主要通過(guò)不同顏色實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)屬性與地圖圖斑的映射。統(tǒng)計(jì)地圖主要通過(guò)面積改變實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)屬性與地圖圖斑的映射。現(xiàn)有的地圖可視化，可以直接在地圖上展示用戶(hù)感興趣的數(shù)據(jù)屬性。也能將地圖可視化與其他可視化方法組合，最常見(jiàn)的直接在地圖上體現(xiàn)，將統(tǒng)計(jì)圖表放置在地圖上，通過(guò)顏色、文本框添加提示，幫助用戶(hù)理解。也可以通過(guò)多視圖方式展示。地圖面積有限，所以從中得到的信息有限，這時(shí)就需要通過(guò)應(yīng)用與地圖結(jié)合的其他視圖來(lái)獲得更多信息，幫助用戶(hù)更好地理解感興趣的信息。

但從可視化角度講，人們對(duì)面積的感知遠(yuǎn)大于色彩。故傳統(tǒng)地圖在展現(xiàn)數(shù)據(jù)的時(shí)候往往存在數(shù)據(jù)分布與區(qū)域面積大小不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，造成稠密區(qū)域展示稠密數(shù)據(jù)，稀疏區(qū)域展示稀疏數(shù)據(jù)。造成數(shù)據(jù)重疊不利于用戶(hù)交互以及空間浪費(fèi)。統(tǒng)計(jì)地圖能比較好地解決這個(gè)問(wèn)腿。統(tǒng)計(jì)地圖是根據(jù)數(shù)據(jù)的某種屬性對(duì)地圖進(jìn)行變形，使得地圖面積表達(dá)用戶(hù)所預(yù)先選擇的興趣變量。統(tǒng)計(jì)地圖可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)。

但是對(duì)即具有地理屬性又具有時(shí)間屬性的數(shù)據(jù)，要想在地圖上展示數(shù)據(jù)地理屬性的同時(shí)展示其時(shí)間屬性，就需要與時(shí)間屬性可視化方法結(jié)合。對(duì)時(shí)間屬性的刻畫(huà)有三種方式：1)線(xiàn)性時(shí)間和周期時(shí)間。線(xiàn)性時(shí)間是假定一個(gè)出發(fā)點(diǎn)并定義從過(guò)去到將來(lái)的數(shù)據(jù)元素的線(xiàn)性時(shí)域。2)時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間間隔。離散時(shí)間點(diǎn)將時(shí)間描述為可與離散的空間歐拉點(diǎn)相對(duì)等的抽象概念，單個(gè)時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有持續(xù)的概念。間隔時(shí)間表示小規(guī)模的線(xiàn)性時(shí)間域。時(shí)間點(diǎn)和時(shí)間間隔都被稱(chēng)為時(shí)間元。3)順序時(shí)間、分支時(shí)間和多角度時(shí)間。順序時(shí)間域考慮那些按先后發(fā)生的事情。分支時(shí)間多股時(shí)間分支展開(kāi)，有利于描述和比較有選擇性的方案。這種類(lèi)型的時(shí)間支持做出只有一個(gè)選擇發(fā)生的決策過(guò)程。多角度時(shí)間可以描述多于一個(gè)關(guān)于被觀察事實(shí)的觀點(diǎn)。加入時(shí)間軸是表達(dá)離散數(shù)據(jù)時(shí)間屬性最直觀最簡(jiǎn)潔也最有效的方法。

針對(duì)多屬性數(shù)據(jù)，采用多種視圖結(jié)合的方式可視化數(shù)據(jù)，能使用戶(hù)能更全面更具體地了解數(shù)據(jù)的多方面屬性。統(tǒng)計(jì)圖表是最早的數(shù)據(jù)可視化形式之一，作為基本的可視化元素仍然被非常廣泛地使用。柱狀圖采用長(zhǎng)方形的形狀和顏色編碼數(shù)據(jù)的屬性。餅圖用環(huán)狀方式呈現(xiàn)各分量在整體中的比例。氣泡圖是表示二維數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方法。在氣泡圖中，所有數(shù)據(jù)以點(diǎn)的形式出現(xiàn)在笛卡爾坐標(biāo)系中，每個(gè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫縱坐標(biāo)即代表該數(shù)據(jù)在坐標(biāo)軸所表示維度上的屬性值大小。有時(shí)候?qū)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果會(huì)不受人們的重視，南丁格爾玫瑰圖是一種色彩繽紛的圖表形式，是一種圓形的直方圖，讓數(shù)據(jù)能夠更加讓人印象深刻。

綜上所述，傳統(tǒng)地圖在展示點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，往往有點(diǎn)堆積重合的現(xiàn)象存在。在展示區(qū)域數(shù)據(jù)時(shí)，僅僅通過(guò)顏色渲染容易造成用戶(hù)的理解偏差，不利于于用戶(hù)理解數(shù)據(jù)以及交互；用戶(hù)無(wú)法靈活地對(duì)比分析不同時(shí)間段采樣點(diǎn)在不同地域的分布情況。加入時(shí)間軸便于用戶(hù)觀察和篩選不同時(shí)段的采樣點(diǎn)，但對(duì)于區(qū)域數(shù)據(jù)可視化，用戶(hù)無(wú)法直觀地觀察到不同時(shí)間段不同地區(qū)的數(shù)據(jù)對(duì)比情況；可間，傳統(tǒng)方法在展示數(shù)據(jù)時(shí)空屬性時(shí)無(wú)法向用戶(hù)直觀展示數(shù)據(jù)對(duì)比情況，用戶(hù)進(jìn)行對(duì)比分析比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，用戶(hù)辨識(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率也較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)如何對(duì)數(shù)據(jù)的地理屬性與時(shí)間屬性進(jìn)行可視化，以及避免傳統(tǒng)地圖的數(shù)據(jù)分布與空間利用不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，以及多維數(shù)據(jù)展示時(shí)遇到的屬性展示不全面問(wèn)題，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種基于傳統(tǒng)地圖、統(tǒng)計(jì)地圖、時(shí)間軸，統(tǒng)計(jì)圖表中的餅圖、柱狀圖、氣泡圖以及南丁格爾玫瑰圖結(jié)合的一種基于變形地圖的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)；并應(yīng)用于農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種基于變形地圖的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法，對(duì)具有地理屬性與時(shí)間屬性的時(shí)空數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)地圖、統(tǒng)計(jì)地圖、時(shí)間軸、統(tǒng)計(jì)圖表中的餅圖、柱狀圖、氣泡圖和南丁格爾玫瑰圖結(jié)合形成的多視圖多標(biāo)簽混合布局的方法進(jìn)行時(shí)空數(shù)據(jù)可視化，避免傳統(tǒng)地圖可視化方法的數(shù)據(jù)分布與空間利用不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，以及多維數(shù)據(jù)展示的屬性展示不全面問(wèn)題；能夠從多個(gè)角度幫助用戶(hù)理解數(shù)據(jù)的各個(gè)方面；同時(shí)將經(jīng)典可視化統(tǒng)計(jì)分析圖表與地圖時(shí)間軸等結(jié)合，使得數(shù)據(jù)展示具體生動(dòng)。

本發(fā)明利用基于變形地圖的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法實(shí)現(xiàn)了基于變形地圖的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，具體包括如下幾方面：

A.系統(tǒng)中的地圖采用的是發(fā)布到ArcGIS服務(wù)器端的與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端直聯(lián)的帶有數(shù)據(jù)的矢量中國(guó)地圖?？梢詫?shí)現(xiàn)逐級(jí)縮放與自由拖拽。

由于應(yīng)用可以自由拖拽放縮的矢量地圖，實(shí)現(xiàn)多級(jí)縮放保證地圖不失真，便于用戶(hù)觀測(cè)局部數(shù)據(jù)。圖斑中數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)相聯(lián)，有實(shí)時(shí)更新的功能。

B.通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖上的區(qū)域，彈出餅圖，餅圖上顯示的是相應(yīng)地理區(qū)域上的數(shù)據(jù)。通過(guò)鼠標(biāo)懸停顯示數(shù)據(jù)具體數(shù)值。

通過(guò)交互，地圖上彈出餅圖可以對(duì)多屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與地理屬性聯(lián)系更加緊密，同時(shí)避免遮擋地圖。

C.根據(jù)用戶(hù)所選擇的最感興趣的統(tǒng)計(jì)屬性根據(jù)擴(kuò)散算法對(duì)地圖進(jìn)行變形，用區(qū)域形狀代表某種屬性的數(shù)據(jù)的大小。同時(shí)變形后的統(tǒng)計(jì)地圖同樣是支持多級(jí)縮放與自由拖拽的矢量地圖。

加入變形統(tǒng)計(jì)地圖可以減緩點(diǎn)的重疊情況，同時(shí)使得用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)在地圖上的分布情況有一個(gè)直觀印象。同時(shí)避免區(qū)域浪費(fèi)，優(yōu)化縱橫比。

D.對(duì)于帶有經(jīng)緯度的點(diǎn)數(shù)據(jù)，最好的展示方法就是在地圖上進(jìn)行標(biāo)注。對(duì)于點(diǎn)的時(shí)間屬性，最好的展示方法就是與時(shí)間軸結(jié)合。通過(guò)拖拽時(shí)間軸地圖上的點(diǎn)數(shù)量隨之變化。時(shí)間軸可以觀測(cè)地圖整體信息也可以通過(guò)鼠標(biāo)交互觀測(cè)地圖局部信息。同時(shí)在時(shí)間軸上方加入用戶(hù)想了解的多種屬性的統(tǒng)計(jì)量，可以觀測(cè)不同時(shí)間段數(shù)據(jù)的分布與對(duì)比分析。

加入時(shí)間軸，代表一定時(shí)間段。在時(shí)間軸上加上柱狀圖進(jìn)行數(shù)量的直觀統(tǒng)計(jì)。與局部交互，即點(diǎn)擊某省，時(shí)間軸展示該省的數(shù)據(jù)在不同時(shí)間的分布情況。并與地圖中采樣點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，能觀測(cè)不同時(shí)間的采樣點(diǎn)變化情況。

E.用單軸氣泡圖示數(shù)據(jù)某方面的某種屬性值隨時(shí)間的變化情況。單軸代表時(shí)間，散點(diǎn)大小代表數(shù)據(jù)值大小，散點(diǎn)不同顏色代表數(shù)據(jù)不同屬性。

通過(guò)多行單軸氣泡圖散列可以觀察一段時(shí)間內(nèi)用戶(hù)想了解的其他角度的數(shù)據(jù)屬性隨時(shí)間變化情況。

F.用玫瑰圖與地圖結(jié)合來(lái)展示不同地域數(shù)據(jù)值之間的對(duì)比情況。通過(guò)點(diǎn)擊地圖不同區(qū)域，玫瑰圖的“玫瑰瓣”隨之增多或減少，“玫瑰瓣”的寬度隨數(shù)量平均變化，半徑代表數(shù)值大小。

通過(guò)使用玫瑰圖使得數(shù)據(jù)更加直觀增強(qiáng)可視化效果，便于用戶(hù)理解。并將玫瑰圖與地圖結(jié)合，觀察地圖上某種屬性在不同地區(qū)的對(duì)比情況。

G.系統(tǒng)采用多圖聯(lián)動(dòng)方式提升可視化效果。例如，整體布局地圖中，可通過(guò)單擊右邊地圖上的不同區(qū)域，左邊部分會(huì)相應(yīng)展示該地區(qū)的屬性值。地圖圖斑與地圖上的點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊都有相應(yīng)信息彈出，同時(shí)加入搜索框等交互手段可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)變換。采用文本框顯示、多視圖聯(lián)動(dòng)等多種交互手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)的可視分析。

H.本發(fā)明采用多視圖多標(biāo)簽混合布局方式；實(shí)施例中整個(gè)頁(yè)面被分成三個(gè)部分，其中右部分又分成三個(gè)標(biāo)簽，展示不同可視化效果圖，幫助用戶(hù)觀測(cè)分析數(shù)據(jù)的多方面屬性。

經(jīng)過(guò)上述步驟的操作，即可完成對(duì)展示時(shí)空數(shù)據(jù)的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。

針對(duì)上述基于變形地圖的多視圖時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法，步驟A具體步驟如下:

A1.利用中國(guó)矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行中國(guó)地圖的繪制；

A2.將數(shù)據(jù)處理后入庫(kù)，將入庫(kù)的數(shù)據(jù)與中國(guó)地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)；

A3.將數(shù)據(jù)的某種字段值按數(shù)值范圍劃分為N段，從大到小分別對(duì)應(yīng)地圖上顏色由深到淺；

A4.發(fā)布地圖到ArcGIS服務(wù)器，并進(jìn)行調(diào)用；

A5.根據(jù)圖層制作搜索框與時(shí)間軸，設(shè)置時(shí)間軸上方柱狀圖所代表的用戶(hù)感興趣的一種或多種屬性.

步驟C中扭曲算法可選用連續(xù)型統(tǒng)計(jì)地圖中最經(jīng)典的擴(kuò)散算法，其具體步驟如下：

C1.一個(gè)統(tǒng)計(jì)地圖的構(gòu)建是找到一個(gè)從一個(gè)平面到另一個(gè)平面的轉(zhuǎn)換r->T(r)(r是位置)，使得關(guān)于這個(gè)轉(zhuǎn)換的雅可比行列式相對(duì)于某個(gè)給定的密度成立。給定的密度就是一個(gè)初始的密度值，由于地圖上的面積代表某種屬性值，根據(jù)這個(gè)密度面積會(huì)產(chǎn)生“流動(dòng)”，從密度高的區(qū)域流動(dòng)到密度低的區(qū)域，稱(chēng)之為擴(kuò)散。本專(zhuān)利中扭曲屬性為農(nóng)藥殘留超標(biāo)頻次。此算法是一個(gè)基本的物理過(guò)程，用一個(gè)密度函數(shù)ρ(r)來(lái)描述農(nóng)殘超標(biāo)頻次，r代表位置。時(shí)間用t表示，擴(kuò)散過(guò)程就是找到每一個(gè)點(diǎn)的位移，總的位移決定了投影出來(lái)的等密度的統(tǒng)計(jì)地圖。公式1為雅可比行列式：

其中是平均密度，T為轉(zhuǎn)換函數(shù)，x、y為當(dāng)前位置的坐標(biāo)值。這個(gè)公式保證了映射前后總面積不變。

C2.計(jì)算當(dāng)前位置密度

公式2為計(jì)算當(dāng)前密度公式：

J＝v(r,t)ρ(r,t) (式2)

其中v(r,t)代表某時(shí)某位置的速度，ρ(r,t)代表某時(shí)某位置的密度，r代表位置，t代表時(shí)間。

擴(kuò)散沿著密度梯度進(jìn)行，當(dāng)前密度與梯度密度的關(guān)系如公式3所示。表明流動(dòng)過(guò)程總是從高密度區(qū)域向低密度區(qū)域進(jìn)行，且梯度越陡，速度越快。

整個(gè)擴(kuò)散過(guò)程要保證密度守恒，用微積分的概念即在任何的位置都要保證公式4成立。

總結(jié)式2、式3、式4得出式5，而某個(gè)位置點(diǎn)的速度與平均密度增量的關(guān)系如式6所示。

C3.計(jì)算統(tǒng)計(jì)地圖的過(guò)程主要是計(jì)算圖上任意點(diǎn)的位移，每個(gè)點(diǎn)的位移就是一個(gè)從初始地圖到輸出地圖的一個(gè)映射，界定了整張擴(kuò)散輸出地圖。計(jì)算公式如式7所示，通過(guò)將上述公式帶入其中算出每個(gè)位置的位移。

其中，v(r,t′)為速度場(chǎng)，r(t)為圖上任意點(diǎn)累積的位移；t→∞的時(shí)候原始地圖上的所有點(diǎn)的位移界定了整張統(tǒng)計(jì)地圖。

步驟D使得時(shí)間軸與地圖進(jìn)行聯(lián)系，在展示數(shù)據(jù)地理屬性的同時(shí)看出時(shí)間上的變化。同時(shí)加入柱狀圖，更加直觀地看出采樣點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)量。其具體操作步驟如下：

D1.柱狀圖代表采樣點(diǎn)多少；

D2.繪制時(shí)間軸之上放置柱狀圖；

D3.將時(shí)間軸與柱狀圖與地圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使拖動(dòng)時(shí)間軸，隨著時(shí)間變化，時(shí)間軸上的柱狀圖顏色變暗，圖上的采樣點(diǎn)隨之減少；

D4.單擊地圖上某個(gè)省級(jí)地區(qū)，時(shí)間軸隨之改變?yōu)樵撌〉臄?shù)據(jù)信息。

步驟E展示不同屬性或同種屬性不同類(lèi)型之間數(shù)值隨時(shí)間的變化以及對(duì)比。其具體步驟如下：

E1.定義一個(gè)三維矩陣代表點(diǎn)在平面中的橫縱坐標(biāo)以及大小。如a[0,1,6]代表第0行第1列大小為6的散點(diǎn)。

E2.通過(guò)點(diǎn)擊地圖某區(qū)域?qū)?shù)據(jù)從地圖中讀出設(shè)置顏色并顯示。

步驟F玫瑰圖與地圖交互的具體步驟如下：

F1.為了地圖交互效果不重疊，且加快交互速度使得用戶(hù)交互體驗(yàn)更好，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入json文件導(dǎo)入到另一種利用json數(shù)據(jù)生成的地圖中。

F2.通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖上區(qū)域，玫瑰圖會(huì)根據(jù)地圖中的數(shù)據(jù)相應(yīng)增加。玫瑰圖中圓弧是根據(jù)用戶(hù)選擇的地圖數(shù)量平均劃分的。地圖上被選中的區(qū)域會(huì)高亮顯示。

本發(fā)明提出的可視化方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可應(yīng)用于微博，微信，人口統(tǒng)計(jì)，傳染病分布，選舉人分布等各種需要在地圖上進(jìn)行不同時(shí)間段可視化的散點(diǎn)數(shù)據(jù)等多方領(lǐng)域，對(duì)具有空間分布的時(shí)間聯(lián)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和可視分析。

本發(fā)明提供上述時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法應(yīng)用于可視化農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)，其中，農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)包括超標(biāo)農(nóng)藥頻次；可視化農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)包括如下步驟：

1)根據(jù)超標(biāo)農(nóng)藥頻次，利用色帶深淺對(duì)地圖上相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行地圖渲染；

2)根據(jù)采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度進(jìn)行投影；為每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置彈出會(huì)話(huà)框，在所述彈出會(huì)話(huà)框中包括根據(jù)該采樣點(diǎn)的信息繪制成的餅圖，通過(guò)鼠標(biāo)懸停查看數(shù)值；

3)對(duì)地圖進(jìn)行變形，得到扭曲變形結(jié)果圖；通過(guò)顏色深淺與面積大小代表所述超標(biāo)農(nóng)藥頻次的高低；

4)繪制時(shí)間軸，通過(guò)繪制時(shí)間軸和柱狀圖，展示不同時(shí)間不同地域的農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)；通過(guò)交互操作拖動(dòng)時(shí)間軸改變柱狀圖顯示和地圖上相應(yīng)的采樣點(diǎn)；

5)通過(guò)設(shè)計(jì)氣泡圖展示不同數(shù)據(jù)參數(shù)；

6)通過(guò)設(shè)計(jì)玫瑰圖展示同一時(shí)間下不同地區(qū)的區(qū)域?qū)傩灾档膶?duì)比情況。

針對(duì)上述農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化方法，進(jìn)一步地，步驟1)采用顏色深的區(qū)域代表農(nóng)藥超標(biāo)頻次高，顏色淺的區(qū)域代表農(nóng)藥超標(biāo)頻次低。

針對(duì)上述農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化方法，進(jìn)一步地，通過(guò)交互操作動(dòng)態(tài)查看農(nóng)殘時(shí)空數(shù)據(jù)的時(shí)空分布。

本發(fā)明實(shí)施例將上述時(shí)空可視化系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)殘數(shù)據(jù)，展示相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥的殘留情況，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用創(chuàng)新，幫助農(nóng)藥殘留情況嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行農(nóng)藥殘留情況的預(yù)防、檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品溯源，進(jìn)而幫助相關(guān)領(lǐng)域人員決策。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出了一種新的時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法和應(yīng)用，多標(biāo)簽多視圖混合布局的數(shù)據(jù)可視化方法。該方法將傳統(tǒng)地圖表達(dá)與統(tǒng)計(jì)地圖表達(dá)以及時(shí)間軸相結(jié)合，使用戶(hù)能夠觀測(cè)不同時(shí)間段數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化情況及其對(duì)比分析。將統(tǒng)計(jì)圖表與地圖進(jìn)行深度融合，使統(tǒng)計(jì)圖表更好地表達(dá)數(shù)據(jù)的用戶(hù)感興趣的屬性與地理屬性之間的關(guān)系。而統(tǒng)計(jì)地圖的應(yīng)用客服了采樣點(diǎn)稠密，對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行了抽稀，有利于用戶(hù)交互。將該系統(tǒng)應(yīng)用在農(nóng)藥殘留偵測(cè)領(lǐng)域，對(duì)農(nóng)殘數(shù)據(jù)的時(shí)空屬性進(jìn)行更直觀、更清楚具體、更悅目的展示，可為相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)農(nóng)藥殘留情況進(jìn)行預(yù)防、檢測(cè)、溯源工作提供輔助。傳統(tǒng)地圖在展示點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，往往有點(diǎn)堆積重合的現(xiàn)象存在。在展示區(qū)域數(shù)據(jù)的時(shí)候，僅僅通過(guò)顏色渲染容易造成用戶(hù)的理解偏差?；谝陨?，系統(tǒng)加入變形地圖便于用戶(hù)理解數(shù)據(jù)以及交互；用戶(hù)無(wú)法靈活地對(duì)比分析不同時(shí)間段采樣點(diǎn)在不同地域的分布情況?；谝陨宵c(diǎn)數(shù)據(jù)可視化的問(wèn)題，系統(tǒng)加入時(shí)間軸，便于用戶(hù)觀察和篩選不同時(shí)段的采樣點(diǎn)；對(duì)于區(qū)域數(shù)據(jù)可視化，用戶(hù)無(wú)法直觀地觀察到不同時(shí)間段不同地區(qū)的數(shù)據(jù)對(duì)比情況。基于以上系統(tǒng)加入氣泡圖，便于用戶(hù)對(duì)比得出結(jié)論；傳統(tǒng)方法在展示數(shù)據(jù)時(shí)空屬性時(shí)無(wú)法像用戶(hù)直觀展示數(shù)據(jù)對(duì)比情況，本發(fā)明在其上添加的多種經(jīng)典統(tǒng)計(jì)圖表往往能節(jié)省用戶(hù)時(shí)間和提高用戶(hù)辨識(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率。本發(fā)明將傳統(tǒng)地圖、統(tǒng)計(jì)地圖、時(shí)間軸、統(tǒng)計(jì)圖表中的餅圖、柱狀圖、氣泡圖和南丁格爾玫瑰圖等多種方法結(jié)合，展示多維數(shù)據(jù)的多方面屬性，為用戶(hù)在最快時(shí)間內(nèi)進(jìn)行最準(zhǔn)確的決策提供技術(shù)支持。

利用本發(fā)明技術(shù)方案對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行基于變形統(tǒng)計(jì)地圖的多視圖混合布局，具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，應(yīng)用可以自由拖拽放縮的矢量地圖，實(shí)現(xiàn)多級(jí)縮放保證地圖不失真，便于用戶(hù)觀測(cè)局部數(shù)據(jù)。圖斑中數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)相聯(lián)，有實(shí)時(shí)更新的功能。

第二，通過(guò)交互，地圖上彈出餅圖可以對(duì)多屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)直接在地圖上交互出餅圖使得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與地理屬性聯(lián)系更加緊密，同時(shí)避免遮擋地圖。

第三，通過(guò)交互，可切換到局部地區(qū)，展示不同地區(qū)數(shù)據(jù)的具體分布情況。

第四，加入變形統(tǒng)計(jì)地圖可以減緩點(diǎn)的重疊情況，同時(shí)使得用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)在地圖上的分布情況有一個(gè)直觀印象。同時(shí)避免區(qū)域浪費(fèi)，優(yōu)化縱橫比。

第五，加入時(shí)間軸，代表一定時(shí)間段。在時(shí)間軸上加上柱狀圖進(jìn)行數(shù)量的直觀統(tǒng)計(jì)。與局部交互，即點(diǎn)擊某省，時(shí)間軸展示該省的數(shù)據(jù)在不同時(shí)間的分布情況。并與地圖中采樣點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，能觀測(cè)不同時(shí)間的采樣點(diǎn)變化情況。

第六，通過(guò)多行單軸氣泡圖散列可以觀察一段時(shí)間內(nèi)用戶(hù)想了解的其他角度的數(shù)據(jù)屬性隨時(shí)間變化情況。

第七，通過(guò)使用玫瑰圖使得數(shù)據(jù)更加直觀增強(qiáng)可視化效果，便于用戶(hù)理解。并將玫瑰圖與地圖結(jié)合，觀察地圖上某種屬性在不同地區(qū)的對(duì)比情況。

第八，采用文本框顯示、多視圖聯(lián)動(dòng)等多種交互手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)的可視分析。

第九，為展示數(shù)據(jù)多方面屬性，幫助用戶(hù)多角度理解，本發(fā)明采用多視圖多標(biāo)簽混合布局方式。

第十，將上述方法應(yīng)用于農(nóng)藥殘留偵測(cè)模擬數(shù)據(jù)集，利用多視圖交互方法來(lái)幫助用戶(hù)理解數(shù)據(jù)。

上述可視化方法及其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可應(yīng)用于微博，微信，人口統(tǒng)計(jì)，傳染病分布，選舉人分布等各種需要在地圖上進(jìn)行不同時(shí)間段可視化的散點(diǎn)數(shù)據(jù)等多方領(lǐng)域，對(duì)具有空間分布的時(shí)間聯(lián)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和可視分析。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供方法的流程框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的中國(guó)地圖與超標(biāo)頻次變形地圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中的中國(guó)地圖與局部地區(qū)超標(biāo)頻次插值與變形地圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中的中國(guó)地圖與農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)情況按時(shí)間分布。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中的中國(guó)地圖與不同地區(qū)超標(biāo)頻次對(duì)比情況。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明提供一種基于變形地圖的多視圖混合布局的時(shí)空數(shù)據(jù)可視化方法，對(duì)具有地理屬性與時(shí)間屬性的時(shí)空數(shù)據(jù)，采用傳統(tǒng)地圖方法、變形地圖方法(統(tǒng)計(jì)地圖)、時(shí)間軸、統(tǒng)計(jì)圖表中的餅圖、柱狀圖、氣泡圖和南丁格爾玫瑰圖結(jié)合形成的多視圖多標(biāo)簽混合布局的方法進(jìn)行時(shí)空數(shù)據(jù)可視化，避免傳統(tǒng)地圖可視化方法的數(shù)據(jù)分布與空間利用不對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，以及多維數(shù)據(jù)展示的屬性展示不全面問(wèn)題。

農(nóng)殘數(shù)據(jù)屬于統(tǒng)計(jì)型數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有方法幾乎綜合了所有的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)圖表如餅圖、柱狀圖、氣泡圖圖、枚瑰圖。針對(duì)農(nóng)殘數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)，如何在更好地展示農(nóng)殘數(shù)據(jù)的時(shí)空屬性的同時(shí)讓用戶(hù)得到更多相關(guān)信息以便于用戶(hù)分析，是時(shí)空可視化的重點(diǎn)。傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)圖表對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)展示有著不可比擬的直觀性、準(zhǔn)確性與易讀性。本系統(tǒng)利用不同的統(tǒng)計(jì)圖表展示不同的農(nóng)殘數(shù)據(jù)屬性，能使用戶(hù)更全面更直觀觀察數(shù)據(jù)了解數(shù)據(jù)的方方面面。與變形統(tǒng)計(jì)地圖的結(jié)合又能有效解決傳統(tǒng)地圖采樣點(diǎn)密集不利交互、漸變帶渲染結(jié)果不明顯不利觀察、空間利用率低下可視化效果不理想的缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)地圖進(jìn)行對(duì)比展示，能避免用戶(hù)理解偏差。本發(fā)明系統(tǒng)中有兩種展示時(shí)間的方式，在氣泡圖中，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，是由點(diǎn)擊地圖交互出，展示的是空間數(shù)據(jù)可視化中區(qū)域數(shù)據(jù)與時(shí)間的聯(lián)系。而時(shí)間軸是另一種體現(xiàn)時(shí)空屬性的方式，展示的是空間數(shù)據(jù)可視化中點(diǎn)數(shù)據(jù)與時(shí)間的聯(lián)系。

因此，本發(fā)明采用多視圖可視化方法結(jié)合的混合布局，針對(duì)空間數(shù)據(jù)可視化中的點(diǎn)數(shù)據(jù)與面區(qū)域數(shù)據(jù)分別與時(shí)間建立了聯(lián)系。在時(shí)空領(lǐng)域中，將空間數(shù)據(jù)又詳細(xì)劃分成點(diǎn)數(shù)據(jù)與區(qū)域數(shù)據(jù)并分別與時(shí)間建立關(guān)聯(lián)、為更好更全面的展示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)又同時(shí)綜合多種統(tǒng)計(jì)圖表、為避免交互與理解偏差又結(jié)合了變形統(tǒng)計(jì)地圖。

以下實(shí)施例中的待可視化數(shù)據(jù)集為農(nóng)殘數(shù)據(jù)集。采用本發(fā)明提出的針對(duì)具有地理屬性與時(shí)間屬性的數(shù)據(jù)的可視化方法，對(duì)上述待顯示的數(shù)據(jù)集進(jìn)行可視化操作，其具體操作步驟為：

1)首先繪制傳統(tǒng)中國(guó)地圖，并根據(jù)超標(biāo)農(nóng)藥頻次利用色帶深淺按照省級(jí)進(jìn)行渲染。

顏色深的區(qū)域代表農(nóng)藥超標(biāo)頻次高，顏色淺的區(qū)域代表農(nóng)藥超標(biāo)頻次低。其渲染效果如附圖2a所示。點(diǎn)擊某塊區(qū)域會(huì)有會(huì)話(huà)框彈出，其中有由該省的農(nóng)藥殘留毒性信息繪制成的餅圖(數(shù)據(jù)參數(shù)包括低毒農(nóng)藥檢出頻次、中毒農(nóng)藥檢出頻次、高毒農(nóng)藥檢出頻次、劇毒農(nóng)藥檢出頻次)，通過(guò)鼠標(biāo)懸停可以查看具體數(shù)值，效果如圖5a所示。

2)根據(jù)采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度進(jìn)行投影，其投影結(jié)果如圖2a中采樣點(diǎn)所示；圖中用方框圈起來(lái)的為采樣點(diǎn)。點(diǎn)擊某個(gè)采樣點(diǎn)可以進(jìn)行會(huì)話(huà)框的彈出，其中有由該采樣點(diǎn)的農(nóng)藥殘留信息繪制成的餅圖，通過(guò)鼠標(biāo)懸?？梢圆榭淳唧w數(shù)值，效果如圖4a所示。

3)根據(jù)超標(biāo)農(nóng)藥頻次利用擴(kuò)散算法對(duì)地圖進(jìn)行變形，其扭曲變形之后的結(jié)果如附圖2b所示。其中顏色深淺與面積大小均代表超標(biāo)農(nóng)藥頻次的高低。從圖中可以看出該方法有效地緩解了采樣點(diǎn)在地圖上分布不均的現(xiàn)象。利于用戶(hù)觀測(cè)和與采樣點(diǎn)進(jìn)行交互。

4)點(diǎn)擊地圖不同地區(qū)，結(jié)果如圖3b所示。圖中顏色深淺代表農(nóng)藥殘留污染情況由高到低。圖3b左側(cè)為局部地區(qū)插值結(jié)果圖，插值屬性為污染指數(shù)。從圖中可以直觀地觀測(cè)出局部地區(qū)的農(nóng)藥殘留污染情況。圖3b右側(cè)為對(duì)應(yīng)圖3b左側(cè)的變形結(jié)果圖，變形屬性為采樣點(diǎn)數(shù)量。從區(qū)域面積與顏色深淺中可以觀測(cè)出地區(qū)污染程度與采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)的關(guān)系。

5)繪制時(shí)間軸。上述步驟中并無(wú)法知道在不同時(shí)間段各種屬性的檢出情況。所以通過(guò)附加時(shí)間軸和柱狀圖可以使用戶(hù)更加直觀具體地知道在不同時(shí)間不同地域的農(nóng)藥殘留數(shù)據(jù)的檢出情況。其效果如圖4c所示，時(shí)間軸上方柱狀圖為北京市農(nóng)藥殘留毒性數(shù)據(jù)四種屬性值在2014/1/1～2015/12/1的分布情況。如圖5c所示為山東省農(nóng)藥殘留毒性數(shù)據(jù)四種屬性值在2014/1/1～2015/12/1的分布情況。拖動(dòng)時(shí)間軸，柱狀圖顏色變暗，地圖上的點(diǎn)隨之變化。

6)設(shè)計(jì)搜索框。中國(guó)地圖除了省級(jí)地圖以外，也附加了市級(jí)圖層。附圖5a所示為利用搜索框檢索山東省，地圖會(huì)聚焦于山東省，用戶(hù)可以觀測(cè)農(nóng)殘信息在省內(nèi)各市的分布情況。圖中用英文標(biāo)識(shí)了城市名稱(chēng)。點(diǎn)擊采樣點(diǎn)可觀測(cè)某一采樣點(diǎn)采樣信息。

7)設(shè)計(jì)氣泡圖。附圖4b所示為農(nóng)產(chǎn)品超標(biāo)情況時(shí)間分布?xì)馀輬D界面。點(diǎn)擊圖4a某區(qū)域，4b隨之改變。圖4b中所示為北京市的番茄、黃瓜、芹菜、葡萄、蘋(píng)果、草莓、甜椒的農(nóng)藥超標(biāo)頻次隨時(shí)間的變化情況。坐標(biāo)軸代表時(shí)間。七種農(nóng)產(chǎn)品七條單軸將2014-2015年的數(shù)據(jù)按月份進(jìn)行劃分。為避免密度過(guò)大不美觀，隱藏了雙數(shù)月份。不同農(nóng)產(chǎn)品用不同顏色表示，散點(diǎn)大小代表數(shù)值大小。

8)設(shè)計(jì)玫瑰圖。玫瑰圖只要是觀測(cè)同一時(shí)間下不同地區(qū)的區(qū)域?qū)傩灾档膶?duì)比情況。所以為了避免交互沖突和提高選擇速度，將shp地圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)json并進(jìn)行調(diào)用。如圖5b所示右為json格式地圖，無(wú)法自由放大或拖拽，但是對(duì)于只進(jìn)行某一種數(shù)據(jù)的多選足夠了。鼠標(biāo)單擊地圖某區(qū)域，區(qū)域高亮，玫瑰圖花瓣相應(yīng)增加。玫瑰圖中圓弧弧度是按照選擇地理區(qū)域數(shù)量平均分配的，半徑代表數(shù)值大小。如圖所示為廣東、青海、內(nèi)蒙古、北京、上海、山東六個(gè)省、市、自治區(qū)在2014年總的農(nóng)藥超標(biāo)頻次的對(duì)比情況。

需要注意的是，公布實(shí)施例的目的在于幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于實(shí)施例所公開(kāi)的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍以權(quán)利要求書(shū)界定的范圍為準(zhǔn)。