數(shù)據(jù)可視化分析在創(chuàng)新城市建設(shè)中的應(yīng)用探析

莊海燕

摘 要：隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，城市發(fā)展與規(guī)劃方式逐漸向公眾參與面向城市運(yùn)行的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變。城市數(shù)據(jù)研究要形成真正的理論、方法。構(gòu)建起方法論的同時(shí)，城市數(shù)據(jù)的應(yīng)用更要形成可交易的產(chǎn)品，可用的服務(wù)，才能解決具體的城市問題。未來要以問題為導(dǎo)向，以應(yīng)用為目的的研究，對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘由淺到深，逐步找到解決問題的技術(shù)路徑。因此，文章研究了數(shù)據(jù)可視化分析在創(chuàng)新城市建設(shè)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析；可視化分析；創(chuàng)新城市建設(shè)

全球已經(jīng)進(jìn)入第3次技術(shù)革命的深化階段，這是一個(gè)全新的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，中國(guó)正從數(shù)字經(jīng)濟(jì)的跟跑者向領(lǐng)跑者轉(zhuǎn)變[1]。根據(jù)2017年9月麥肯錫發(fā)布的《中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)如何引領(lǐng)全球新趨勢(shì)》報(bào)告，中國(guó)已有全球最活躍的數(shù)字化投資有創(chuàng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)預(yù)測(cè)，中國(guó)2030年數(shù)字經(jīng)濟(jì)在中國(guó)GDP中占比將達(dá)到77%，超過153萬億人民幣的GDP貢獻(xiàn)將來自數(shù)字經(jīng)濟(jì)。2018年3月，我國(guó)兩會(huì)政府工作報(bào)告提出“發(fā)展壯大新動(dòng)能”，“為數(shù)字中國(guó)建設(shè)加油助力”。國(guó)家對(duì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的定位提升到驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的國(guó)家戰(zhàn)略。在此背景下，城市已經(jīng)成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展最適合的承載主體。

數(shù)據(jù)可視化指一種表示數(shù)據(jù)或信息的技術(shù)，將數(shù)據(jù)或信息編碼為包含在圖形里的可見對(duì)象，如點(diǎn)、線、條等，可以把信息更加清晰有效地傳達(dá)給用戶，是數(shù)據(jù)分析或數(shù)據(jù)科學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)之一。簡(jiǎn)單地說，數(shù)據(jù)可視化就是以圖形化方式表示數(shù)據(jù)。決策者可以通過圖形直觀地看到數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而更容易理解業(yè)務(wù)變化趨勢(shì)或發(fā)現(xiàn)新的業(yè)務(wù)模式。使用可視化工具，可以在圖形或圖表上進(jìn)行下鉆，以進(jìn)一步獲得更細(xì)節(jié)的信息，交互式地觀察數(shù)據(jù)改變或處理過程。數(shù)據(jù)可視化的用途包括：快速理解信息，標(biāo)識(shí)關(guān)系和模式，確定新興趨勢(shì)，方便溝通交流。

1 城市數(shù)據(jù)可視化研究思路

城市的復(fù)雜性（可以說是一種多樣的、持續(xù)變化中的環(huán)境）將會(huì)產(chǎn)生龐大數(shù)量的數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在越來越多的可用性工具可以生成、捕捉、存儲(chǔ)、管理和分析這些數(shù)據(jù)。同時(shí)，公共數(shù)據(jù)（包括公共交通、交通流、水、廢物、使用空間和商業(yè)等）的開放為這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為比純粹的統(tǒng)計(jì)匯總更有用的信息提供了基礎(chǔ)條件，數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用將使得這些信息有助于理解和創(chuàng)造新應(yīng)用價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。可以說，數(shù)據(jù)可視化為更好發(fā)現(xiàn)、城市發(fā)展和規(guī)劃中面臨的問題和挑戰(zhàn)，提供了一條有效的解決途徑。

我們以鄭州市發(fā)展為例，結(jié)合鄭州市委經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議精神和鄭州市政府工作報(bào)告精神，研究鄭州市發(fā)展規(guī)劃，明確鄭州市發(fā)展亟待解決的問題，分析所涉及的數(shù)據(jù)有哪些，依次收集相關(guān)數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)獲取途徑包括國(guó)家數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)部門、相關(guān)政府網(wǎng)站、搜索引擎等），再根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)和形式，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和可視化分析，最后將可視化分析應(yīng)用于亟待解決問題的分析中。

2 城市數(shù)據(jù)可視化研究現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)可視化是指用于通過將數(shù)據(jù)或信息編碼為包含在圖形中的視覺對(duì)象（例如點(diǎn)、線或條）來傳達(dá)數(shù)據(jù)或信息的技術(shù)。數(shù)據(jù)可視化的目標(biāo)是清晰有效地向用戶傳達(dá)信息[2]。在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)可視化工具和技術(shù)對(duì)于分析大量信息和制定數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策至關(guān)重要。優(yōu)秀的數(shù)據(jù)可視化需要“清晰，準(zhǔn)確，高效”，才能更有效地傳達(dá)信息、更好地提供決策；才能使數(shù)據(jù)更易于理解和記憶；才能幫助人們發(fā)現(xiàn)未知事實(shí)，異常值和趨勢(shì)；才能更快速可視化關(guān)系和模式，最終能夠提出更好的問題并作出更好的決定。

城市公共數(shù)據(jù)可視化研究在國(guó)外起步相對(duì)早，但發(fā)展也是近十年的事情，數(shù)據(jù)涉及范圍較廣。較有效的城市數(shù)據(jù)可視化案例有：麻省理工大學(xué)的項(xiàng)目“垃圾的長(zhǎng)途旅行”，幫助人們看見和理解一個(gè)比我們想象中的“扔垃圾”更豐富的過程；實(shí)時(shí)公共租賃自行車系統(tǒng)，展示了所有登記點(diǎn)的分布信息、任意時(shí)間段的使用等級(jí)、每個(gè)終端當(dāng)時(shí)的使用進(jìn)程和每個(gè)登記點(diǎn)自行車是否可用的情況；自行車實(shí)時(shí)使用情況，展示了過去某段時(shí)間自行車的動(dòng)態(tài)流線；美國(guó)街區(qū)地圖，讓人能看到這個(gè)國(guó)家的任意地方的人種、收入、家庭類型、住房類型和教育程度的人口分布，并了解該國(guó)家、區(qū)域、城市或街道的空間分布的動(dòng)態(tài)；城市的日夜變化，利用白天和晚上的人口，反映出紐約不同地區(qū)的密度[3]。

國(guó)內(nèi)對(duì)于開放數(shù)據(jù)的研究處于起步階段，更多的可視化研究目前局限于一些行業(yè)內(nèi)部，如國(guó)家統(tǒng)計(jì)部門、交通管理研究部門，以及百度等GIS與研究相關(guān)企業(yè)。目前，針對(duì)城市開放數(shù)據(jù)進(jìn)行的可視化研究相對(duì)較少。

3 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)基礎(chǔ)

3.1 數(shù)據(jù)可視化理論

數(shù)據(jù)可視化理論發(fā)展大致經(jīng)歷了圖形符號(hào)學(xué)、關(guān)系數(shù)據(jù)圖形表示、圖形語法、基于書類型的可視化、基于數(shù)據(jù)狀態(tài)模型的可視化研究及多維數(shù)據(jù)庫可視化分析階段。數(shù)據(jù)可視化方法也從最早的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖，發(fā)展到現(xiàn)在的文本數(shù)據(jù)可視化、時(shí)空數(shù)據(jù)可視化、多為多元數(shù)據(jù)可視化等研究。

3.2 數(shù)據(jù)可視化分類

根據(jù)數(shù)據(jù)類型和性質(zhì)的差異，可以分為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化、關(guān)系數(shù)據(jù)可視化、地理空間數(shù)據(jù)可視化、時(shí)間序列數(shù)據(jù)可視化（如 timeline）、文本數(shù)據(jù)可視化（如 worldcloud）。

3.3 數(shù)據(jù)可視化常見框架

隨著可視化分析需求越來越多，可視化分析技術(shù)研究也不斷增強(qiáng)。獲取數(shù)據(jù)可視化功能主要通過編程和非編程兩類工具實(shí)現(xiàn)。主流編程工具包括藝術(shù)的角度創(chuàng)作的數(shù)據(jù)可視化如Processing.js，從統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)處理的角度如Python和R語言既可以做數(shù)據(jù)分析，又可以做圖形處理。而D3.js介于兩者之間，既兼顧數(shù)據(jù)處理，又兼顧展現(xiàn)效果[4]。

3.4 數(shù)據(jù)可視化的幾大基本原則

數(shù)據(jù)可視化讓數(shù)據(jù)的信息變得有意義，更好地展示了數(shù)據(jù)的價(jià)值，閱讀者可以輕松地了解數(shù)據(jù)背景，得到所需信息。為更有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化，“學(xué)會(huì)有意義地看數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)可視化需要遵循幾個(gè)核心原則：簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)；進(jìn)行各種方法效果比較；探索數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)事物；進(jìn)行多視圖研究，同時(shí)從不同的角度查看相同的數(shù)據(jù)；了解執(zhí)行過程；持懷疑態(tài)度，為進(jìn)一步探索分析數(shù)據(jù)，要盡可能快地提出更多問題。

4 城市開放數(shù)據(jù)可視化研究探索

4.1 開放數(shù)據(jù)獲取

城市開放數(shù)據(jù)可以從國(guó)家統(tǒng)計(jì)部門網(wǎng)站數(shù)據(jù)、組織性質(zhì)開放數(shù)據(jù)及其他互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)幾個(gè)方面獲得[5]。

4.2 城市開放數(shù)據(jù)可視化探索

4.2.1 鄭州市全社會(huì)固定資產(chǎn)投資可視化分析

使用可視化分析中的面積堆疊圖技術(shù)，根據(jù)鄭州市統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站數(shù)據(jù)，采用Echarts對(duì)鄭州市2010—2016固定資產(chǎn)投資進(jìn)行可視化分析，可視化總體效果如圖1所示。

實(shí)際效果觀看中，可以在面板上對(duì)工業(yè)、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)進(jìn)行單項(xiàng)或者多項(xiàng)選擇，會(huì)針對(duì)所選擇項(xiàng)目進(jìn)行累計(jì)或單項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，并從2010年開始將數(shù)據(jù)按照年代順序展示，選擇第一、二、三產(chǎn)業(yè)的最終展示效果如圖2所示。

4.2.2 鄭州市屬歷年進(jìn)出口總額和利用外資情況可視化分析

使用可視化分析中的擴(kuò)展直方圖方法，根據(jù)鄭州市統(tǒng)計(jì)局歷年數(shù)據(jù)中的“進(jìn)出口總額和利用外資情況”數(shù)據(jù)，2011—2017年鄭州市屬進(jìn)出口總額和利用外資情況如圖3所示，鄭州市進(jìn)出口總額和利用外資情況如圖4所示。

4.2.3 文本可視化分析探索

在信息過載的今天，對(duì)政府所關(guān)注的文本內(nèi)容，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)、分析后以圖像方式呈現(xiàn)出主要內(nèi)容，將會(huì)大大縮短閱讀速度。下面以鄭州市人民政府網(wǎng)（http：//www.zhengzhou.gov.cn/）10月新聞發(fā)布內(nèi)容為例，探索文本可視化的應(yīng)用。

（1）分詞。

首先對(duì)鄭州市10月份人民政府新聞發(fā)布內(nèi)容形成的文檔進(jìn)行分詞。分析結(jié)果如圖5所示。

（2）統(tǒng)計(jì)詞頻。

對(duì)分詞結(jié)果進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)如圖6所示。

（3）語義網(wǎng)絡(luò)分析。

接下來，可以對(duì)文本進(jìn)行社會(huì)網(wǎng)絡(luò)語義網(wǎng)絡(luò)分析，分析效果如圖7所示。

（4）詞云生成。

好的數(shù)據(jù)可視化，可以使得數(shù)據(jù)分析的結(jié)果更通俗易懂。“詞云”就是數(shù)據(jù)可視化的一種形式。給出一段文本，根據(jù)文本生成一幅圖像，人們只要掃一眼就能夠明白文章主旨。

詞云生成的實(shí)現(xiàn)過程簡(jiǎn)單來講，分為兩步，第一步用jieba提取關(guān)鍵詞，用wordcloud生成詞云。鄭州市10月份人民政府新聞發(fā)布內(nèi)容字云和詞云如圖8—9所示。

還可以對(duì)詞云指定蒙版，根據(jù)提供的蒙版圖片，生成指定形狀的詞云。具體效果如圖10所示。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的城市發(fā)展與規(guī)劃，都是依據(jù)抽樣調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，規(guī)劃城市方式也逐漸轉(zhuǎn)變，逐漸向公眾參與面向城市運(yùn)行的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方式轉(zhuǎn)變。但我國(guó)城市發(fā)展現(xiàn)狀是，大多數(shù)停留在對(duì)數(shù)據(jù)的描述和新概念與理念的討論上，即使有分析，更多的是屬于帶分析的描述。而未來要以問題為導(dǎo)向，以應(yīng)用為目的地研究，對(duì)大數(shù)據(jù)的挖掘由淺到深，逐步找到解決問題的技術(shù)路徑[6]。

城市數(shù)據(jù)的研究要形成真正的理論、方法。在構(gòu)建起方法論的同時(shí)，城市數(shù)據(jù)的應(yīng)用更要形成可交易的產(chǎn)品，可用的服務(wù)，才能解決具體的城市問題[7]。本項(xiàng)目的分析正式沿著這個(gè)方向進(jìn)行，但由于時(shí)間和精力有限，還有許多值得未來進(jìn)行研究的內(nèi)容。通過項(xiàng)目研究，也認(rèn)識(shí)到從城市研究者、數(shù)據(jù)分析師、編程/開源硬件愛好者，包括創(chuàng)客等多角度聯(lián)手解決城市問題，應(yīng)該更加能夠帶來創(chuàng)新型城市建設(shè)的新思路。下一步我們準(zhǔn)備繼續(xù)對(duì)可視化分析在城市發(fā)展中的應(yīng)用進(jìn)行更深入的研究。

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