統計數據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）

統計數據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）

針對如何將統計數據中隱藏的信息在專題地圖上直觀簡潔地表達，探討了統計數據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，并根據專題地圖設計制作中的典型案例，闡述了設計中需要關注圖形符號的選擇，確定與讀者視覺感受匹配的分級數，選擇體現專題現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；分級界限

地圖是空間信息數據可視化的載體，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計數據到地圖圖形的轉換，也就是統計數據在專題地圖中可視化的過程，這一過程賦予了統計數據空間分布特征，甚至還可以賦予專題感情色彩，使統計對象的相互關系、發展變化等變得清晰、易讀，專題信息的傳遞直接、生動。將數字中隱藏的信息以直觀、簡潔的專題地圖形式呈現給廣大讀者時，需要注意哪些問題，是本文研究的主要方向。

1 可視化流程

在統計數據到地圖圖形表達的過程中，制圖工作者先進行大量的數據分析后，挖掘出專題的主題信息，再經過反復的制圖試驗，選擇合適的地圖表示方法，設計出直觀呈現這些專題信息的專題地圖。具體工作流程如圖1所示。

評價統計數據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容是科學的、正確的；其次是專題信息傳遞是否直觀、有效。統計數據可視化的過程用地圖的傳輸理論也可歸納為：統計數據—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，在進行專題地圖設計時，要關注良好的視覺效果和直觀的信息表達方式。

圖1 統計數據在專題地圖中可視化的工作流程

2 專題地圖設計

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

2.1 制圖統計單元

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

2.2 圖形符號

圖形符號設計最重要的是能準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，這些形狀可以設計成平面、立體或組合表示，也可以采用象形符號或藝術符號等等。圖形的設計和組合是多種多樣的，需要進行反復的試驗，才能找到專題適合的表達方式。例如，表示制圖區域的農業經濟結構總量，用顏色區分農業經濟結構內的農業、林業、漁業、牧業、農林牧漁服務業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；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，圖面視覺不協調，這種感受隨著總量繼續增大會愈加強烈；圖2c采用圓形環狀符號，用圓形符號大小表示總量，圓內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，具有構成圖的數量指標采用這種面積符號表示比較合適。

圖2 圖形符號設計

為了追求圖面效果，制圖工作者常創造性地設計一些圖形表示方法，但如果運用不當，會直接影響讀者對專題信息的接收效率。例如圖3，大氣環境質量采用大小相同、顏色飽和度不同的小方塊來分別表示空氣污染指數達優良的天數1 d、10 d、100 d，各個方塊代表的天數累加就是空氣污染指數達優良的天數，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，且在每一個制圖統計區域內，并列表示有2010年、2011年2個年份的環境質量，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，而天數累加2010年為346 d，2011年為360 d，累加結果應該是柱短一些的2011年天數相反多一些。這種視覺認知速度大大高于零錢法的數學累加速度，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量，為了明確專題數量，可以在柱狀圖上方標注專題統計數值；為了增強設計效果，柱狀圖形可采用藝術符號或象形符號疊加而成。

圖3 大氣環境質量

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，要求符號之間區別明顯，且配置到制圖統計單元中時，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，符號之間又容易區分。

3 分級數

3.1 專題圖形符號

當專題要素采用圖形符號表示時，如果地圖上每一個制圖統計單元內專題圖形符號大小與其對應的專題要素的統計數量指標成絕對正比關系時，不需要進行數據分級；否則，需要對數據進行分級，絕大部分專題符號是需要分級的。由于人的視覺系統對不同的圖形符號有不同的感受能力，所以分級的數量與所采用的圖形符號密切相關，用線狀符號和藝術符號的，通常只分三級；其他圖形符號最多不應超過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 專題分區設色

色彩作為一種地圖語言，表達、傳送著地圖信息，好的設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，提高對信息的理解和接收速度[1,6]。

專題現象采用分區設色的方法時，是用不同色級來體現各地區相對數量指標，一般是用顏色的不同飽和度和亮度差異來構成不同的等級層次，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

不同的數據分到同一級中，要素數據之間的差別就消失了，如何科學、有效地體現區域專題現象之間的差異，明確專題現象分布特點，重點就是要研究分級界限。

1）保證分級界限的科學性。許多專題要素都存在于一定的學科范圍之內,在所在的學科范圍之內質的差別都有固定的數值范圍，專題要素的分類、分級要符合相應的國家及行業分類和分級標準。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規定，在進行數據分級時，分級界限的選取必須在國標、行標的基礎上，結合專題統計數據特征進行分級。

2）能體現專題現象的數量分布特征。分級的界限不當，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，正確分析統計數據，做出適合的分級界限，較好地反映制圖對象的數量分布特征，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]，往往也是讀者關注的重點，分級的結果要突出數值高的和數值低的制圖區域。分級的范圍一般是連續的，如果統計數據的最大值或最小值與其他值相差特別大，用連續的分級范圍表示會掩蓋制圖現象真實的分布特征，遇到這種情況，可用不連續的分級范圍表示，突出制圖現象的數據特征。

3）分級界限明確。注意任何一個數據必須在相應的等級內，任何一個等級必須有相應的統計數據，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，加深對統計數據在專題地圖上可視化設計過程的理解。 表1為“2011年湖北省出現酸雨城市情況”的統計數據，圖5為根據該統計數據編制的專題地圖。

該專題地圖采用分區統計圖表和分區分級統計圖法相結合的表達方式，年均酸雨PH值采用有聯想的云朵符號，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分酸雨出現頻率的差異，分五級表示，酸雨出現頻率越高色彩越暗沉，酸雨出現頻率越低色彩越明亮，整個色彩配置暗含設計者的感情基調。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。通過對統計數據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年湖北省出現酸雨城市情況

1）“年均酸雨 PH＞5.0”的范圍，只重視了數據本身的分布特征，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的統計數據“年均酸雨PH值”中沒有出現5.6，但為了科學嚴謹表達專題現象，該范圍應調整為5.0＜PH＜5.6。

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

3）“出現酸雨的頻率：無酸雨區”的表示是草率的、不嚴謹的，與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。通過實際的查找環境保護廳出具的相關文字資料顯示，統計表格內沒有提到的城市，是因為沒有進行相關的檢測，所以沒有相關的統計數據，并不代表這些城市是無酸雨區，因此，圖例中“無酸雨區”應改為“無數據區”。

[1] 廖克.現代地圖學[M].武漢：武漢大學出版社，2005

[2] 張克權，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[M].武漢：武漢大學出版社，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，王濤.地圖整飾[M].北京：測繪出版社，1985

[7] HJ/T192-2006.生態環境狀況評價技術規范（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管理工作。

2014-02-18。