地圖制圖技術中統計數據可視化問題的研究

梁杰旺

（廣西壯族自治區地圖院，南寧 530023）

1 引言

隨著信息時代的到來，大量的統計數據需要以直觀的方式展示在地圖上，以幫助人們更好地理解和分析數據。然而，隨著數據量的不斷增加和多樣性的不斷提高，傳統的地圖制圖技術已經無法滿足現代社會對數據可視化的需求。因此，深入研究地圖制圖領域中與統計數據可視化有關的問題，探索更有效、直觀、精準的數據可視化方法，對于推動地圖制圖技術的發展具有重要意義。

2 研究價值

2.1 豐富地圖表現形式和拓展功能

統計數據可視化的研究可以豐富地圖制圖技術，拓展更多的表達形式和功能，使地圖呈現更加豐富多樣的內容。采用不同的數據可視化技術，如熱力圖、流向圖、等級符號圖、條帶圖等，有助于更好地展示統計數據，使地圖更具吸引力和信息量。

2.2 擴大地圖應用領域

統計數據可視化的研究對于將地圖應用于更廣泛領域具有積極的推動作用。通過歸納適用于不同類別統計數據的可視化方法并進行標準化，不僅能吸引地圖專業人員的參與，還有助于拓展其他領域從業者對地圖制圖技術的運用[1]。例如，在醫療領域，地圖可以用來呈現疾病傳播的趨勢和熱點區域；在市場研究中，地圖可用于展示銷售數據的空間分布情況和市場潛力；在環境保護方面，地圖能清晰展現自然資源的分布以及瀕臨滅絕物種的分布情況。這種擴展地圖應用領域的趨勢，為各行各業提供了更為實用和直觀的工具，從而促進了相關領域的發展。

2.3 提高地圖制圖效率

統計數據可視化的研究有助于提高地圖制圖的效率。隨著數據量的增大和復雜性的提高，傳統手工繪制地圖的方式已經不太適應現代社會的需求。通過自動化和智能化的數據可視化工具和算法，地圖制圖的時間和精力可以大大減少。這些工具可以幫助工作人員快速地從龐大的數據集中提取有用信息，并自動化地生成地圖表達形式。這不僅可以加快地圖制作的速度，還可以減少因為人為錯誤而導致的問題，提高制圖的準確性和一致性。

3 功能需求分析

3.1 數據功能

在可視化系統的設計和開發中，功能需求分析至關重要。系統應具備靈活的數據訪問功能，允許用戶選擇不同的統計數據文件，如Excel、CSV 等，并能對數據進行篩選和選取，以滿足用戶在可視化過程中的需求。數據預處理也應被充分考慮，以確保數據質量和準確性。此外，用戶應能夠在交互式界面中對數據進行篩選和交互，以便更好地控制地圖容量和維持數據的可視化效果。

3.2 圖表設計功能

圖表設計功能在可視化系統中扮演著關鍵的角色。用戶應具有自由設計圖表樣式的能力，包括顏色、字體、形狀等，以滿足多樣化的審美取向和信息表達需求。除了預設的可視化模板，用戶還應能夠創建自定義模板，以適應特定領域或個性化需求。同時，對于復雜數據的可視化要求，系統應支持多樣化的高級圖表類型。

3.3 統計制圖功能

統計制圖功能對于實現自動化和快速生成可視化圖表至關重要。系統應根據用戶選擇的數據和可視化方式，自動生成相應的統計圖表，簡化用戶操作流程。為了方便用戶，系統還應提供可視化模板庫，其中包含多種常用的數據可視化方式和樣式，供用戶選擇使用。這樣，用戶可以快速獲取合適的模板進行制圖。

3.4 糾錯功能

在實現功能需求的過程中，糾錯功能至關重要。系統應對用戶輸入的數據進行有效性驗證，防止因用戶錯誤輸入導致制圖錯誤。當用戶的操作存在潛在錯誤或不合理設計時，系統應能及時發出警告或提供錯誤提示信息，幫助用戶糾正錯誤，避免生成錯誤的可視化結果。通過滿足這些功能需求，可視化系統能夠為用戶提供高效、靈活、準確的數據可視化服務，助力用戶更好地展現和分析數據，實現更有意義的數據可視化結果。

4 可視化流程

可視化流程是對統計數據進行地圖制圖的關鍵過程。首先，用戶加載所需的統計數據文件通常為Excel 表格文件，并通過交互式界面選擇需要用于可視化的數據。接著，系統對數據進行統計分析和預處理，包括數據清洗、處理缺失數據等，以確保數據的準確性和可用性。在數據映射階段，系統將統計數據映射到圖形的屬性上，如位置、顏色、大小等。通過合理的數據映射，分類信息和數值信息得以在可視化圖形中得到準確而生動的表達，幫助用戶更好地理解數據的含義和關聯[2]。然后，系統根據用戶選擇的可視化方法和數據映射結果，繪制對應的圖形，如散點圖、條形圖等。精確的繪圖使得數據的分布和趨勢得以清晰地展示，幫助用戶更好地發現數據規律。最后，系統添加輔助信息，如圖例、標題、坐標標記等，提高圖表的易讀性和解釋性。這些輔助信息有助于用戶理解圖表的含義，加深對數據的認識。通過以上流程，統計數據得以在地圖中完成可視化，生成一張易讀且具有表達力的圖表。這樣的可視化圖形使得數據更具洞察力和表現力，可以幫助用戶更好地發現數據背后的規律和趨勢，為決策和分析提供有力支持。

5 統計數據可視化系統實現

5.1 定點符號法

定點符號法是一種常用的統計數據可視化方法，用于展示空間實體的分布情況，并傳達其地理位置、分類信息以及數量特征。這一方法在文化設施、功能設施、自然資源分布等領域得到了廣泛應用，其核心在于確定符號的形狀、尺寸和位置，從而有效地傳達信息。以下是實現定點符號法的步驟概述。

步驟1：符號設計要素的確定

在使用定點符號法時，首要任務是確定符號的設計要素，包括其形狀和顏色。符號可以分為幾何符號、藝術符號和文字符號，如圖1 所示。幾何符號采用規則的幾何圖案，通過不同的組合、排列和填充效果來區分不同屬性。象形符號則模擬實際對象的形狀，便于直觀識別。而文字符號則從對象中提取代表性的文字進行設計。符號的設計需要充分了解各制圖對象，并在此基礎上進行比較和創造，以確保符號的表達能力和有效性。

圖1 定點符號

步驟2：用戶自定義符號的支持

為了滿足用戶的個性化需求，系統提供了符號自定義功能。用戶可以在平面制圖軟件中設計符號模板，然后將其導入系統。在系統中，用戶可以選擇圖層和圖元對象的名稱，系統會查詢相應圖層中的圖元對象并應用于符號變量。這種方式使用戶能夠自由選擇符號樣式，無須受限于預設符號模板。

步驟3：空間數據展示

定點符號法的實現能夠直觀地展示統計數據在空間上的分布情況。符號的形狀、顏色和尺寸可以傳達不同屬性的信息[3]。通過準確的符號定位和地理位置匹配，確保地圖表達的準確性。這種方法使得統計數據更易于理解和分析，為用戶提供了直觀、清晰的可視化結果，從地理角度更好地理解數據。

為了更具體地說明定點符號法的應用，以某地區醫療設施的分布情況為例。首先，確定不同類型醫療設施的符號設計要素，如醫院用方形符號，診所用圓形符號，并為不同屬性設定不同顏色[4]。其次，用戶可以根據實際需求，自定義醫療設施的符號樣式，例如，在平面制圖軟件中設計一個代表診所的特定形狀。最后，系統將根據地理數據準確地定位這些醫療設施，通過符號的形狀和顏色傳達其類型和屬性信息，幫助用戶更好地理解醫療設施的空間分布情況。

總之，定點符號法作為一種統計數據可視化方法，能夠有效傳達空間分布情況和屬性信息，為用戶提供直觀清晰的數據呈現方式。通過合理的符號設計和用戶自定義支持，定點符號法在不同領域具有廣泛的應用前景。

5.2 分級統計圖法

分級統計圖法是另一種常見的統計數據可視化方法，其目的在于將數據按照特定規則分成不同級別，并通過采用不同顏色或樣式來區分這些級別，以展示數據的分布情況及特征。這一方法遵循兩種分級規則：一種是根據科學準則進行分級，即當數據變化引起質的變化時進行劃分；另一種是基于數據分布特點，按照“最小級內差異，最大級間差異”的原則對數據進行分類。

步驟1：分級規則的選擇與設定

在分級統計圖法的應用中，首要的一步是選擇和設定適合數據特點的分級規則，包括確定分級的方式，如等間距界限、等差遞增間隔、等比遞增界限等，以及為每個級別分配恰當的顏色或樣式，以便清晰區分[5]。

步驟2：數據的預分級和展示

系統將根據選定的分級規則對數據進行預分級，并通過DataGridVew 控件展示這些預分級結果。用戶可以在此基礎上進行微調和調整，以確保分級的合理性和可視化效果。同時，PictureBox 控件可用于實時呈現數據在分級區間內的位置，幫助用戶更好地觀察每個分級區間內數據的數量。

步驟3：底色填充和顏色映射設計

底色填充是分級統計圖法中的重要環節，它將統計數據的地理信息映射到圖表上，并在整個制圖區域內展示數據分布[6]。為了設計有效的分級顏色，需要考慮邏輯的準確性、顏色的連續性和層次性，以確保圖表在表達數據分布時更具可讀性。

為了具體展示分級統計圖法的應用，以某地區人口分布為例。如圖2 所示，首先，選擇適當的分級規則，如按人口數量劃分為低、中、高3 個級別，然后為每個級別指定不同的顏色。接下來，系統根據這些規則對人口數據進行預分級，通過DataGridVew 控件展示預分級結果，供用戶調整。PictureBox控件可實時顯示數據在分級區間內的位置，以便用戶觀察數據的空間分布。

圖2 分級統計圖法流程

分級統計圖法是一種有效的統計數據可視化方法，通過分級和顏色映射，可以清晰地展示數據的分布情況和特征。以某地區人口分布為例，可以看到分級統計圖法在實際數據可視化中的應用，有助于用戶更好地理解和分析統計數據。通過合理選擇分級規則和精心設計顏色映射，分級統計圖法為數據可視化提供了高效直觀的方式，使用戶能夠更好地理解和分析數據。

6 結語

地圖制圖技術中的統計數據可視化仍面臨著一些挑戰，如數據量的處理、數據關聯的精確表達等。未來的研究可以進一步探索改進算法，提高數據處理效率和表達精度。同時，結合人工智能等新技術，探索更加智能化的數據可視化方法也是一個有意義的方向。總體而言，本研究為地圖制圖技術領域的研究和實踐提供了重要的理論基礎和實用方法。