国际减灾机构信息的可视化研究

李 明，高 洪

（1.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉430079;2.民政部减灾与应急工程重点实验室，湖北武汉430074; 3.中国飞行试验研究院，陕西西安710000）

国际减灾机构信息的可视化研究

李 明1，2，高 洪3

（1.武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉430079;2.民政部减灾与应急工程重点实验室，湖北武汉430074; 3.中国飞行试验研究院，陕西西安710000）

目前，对自然灾害的研究早已成为世界性的重要课题，世界范围内的灾害研究机构数量众多，但在减灾机构综合信息表达方面存在不易搜索和难以查询的问题。利用可视化技术在信息表达方面的巨大优势，针对国际减灾机构信息的特点，从研究范围与研究灾种类型2个角度，进行了机构对象的符号设计研究，并结合C#与ArcGIS Engine构建了国际减灾机构信息可视化系统，将有关国际减灾机构的非直观的文本信息转化为容易理解的图像形式，以提高国际减灾机构信息的易读性和查询效率。

减灾机构；可视化；空间信息；ArcGIS

世界范围内的灾害研究机构数量大、种类多、分布广，既有针对特定灾害的研究组织，也有针对多种灾害的研究机构；既有针对特定地域灾害的研究，也有针对全球灾害的研究。然而，在众多的减灾研究机构中只有部分建有网络门户，且大部分减灾机构的信息限于文本或列表形式的简单介绍。这对于需要掌握各种灾害研究最新动态和成果的人来说，尚缺乏一个快速、准确了解所有减灾机构信息的平台，存在减灾机构信息不易搜索、难以查询和选择困难的问题。利用图形视界对人的巨大吸引优势，通过可视化技术，对国际减灾机构信息进行可视化，将非直观的、抽象的数据、信息和知识转化为人们容易理解的可进行交互分析的图形、图像、动画等形式，有助于提高人们对减灾机构整体概念的形成以及对相关信息的查询效率[1]。本文力图通过对国际减灾机构信息进行可视化表达研究，利用可视化技术提高国际减灾机构信息的易读性，并实现信息快速搜索、查询和选择，达到及时快速准确获取目标减灾机构信息的目的。

1 空间信息可视化过程

可视化对地图的视觉表达和分析的影响包括2个方面：在理论层面上，可视化是一个帮助人们对地学信息进行认知和交流的过程；在技术层面上，可视化与GIS结合，能够促进 GIS中的地学数据以图形图像的形式进行表达[2-4]。空间信息可视化是可视化、地图学、GIS等学科进行交叉和融合的一门科学与技术，它是科学计算机可视化在GIS与地图学中的应用与发展[5,6]。空间信息可视化的基本过程包括：数据预处理、数据建模、计算机图形生成及模型研究等内容，其基本原理如图1所示[7]。

图1 空间信息可视化过程

2 国际减灾机构信息的可视化

2.1 可视化的需求分析

在国际减灾机构信息的可视化研究中，结合现实需求，要考虑的问题如下：①在减灾机构信息集合和内容选择方面，应注意信息结构的层次性、简洁性并适当优化专题信息；②除了对基本信息（如机构名称、位置、研究区域、简单介绍、机构网址、主要研究成果等）表达进行研究外，建立诸如统计图表的二次信息的表达也是研究的一个主要方面；③减灾机构信息的可视化要求分类清晰、表达直观，满足快速查询的要求。

2.2 数据选择

从信息对象的角度，本研究选取的 330多个国际减灾机构的信息主要包括描述其现状和宏观背景的基础地理资料，具体为：①基础数据信息：包括简化的地理要素和国家境界特征信息，作为减灾机构信息表达的宏观背景；②减灾机构特征信息：包括反映各减灾机构个体分布特征的空间及属性信息，以及描述减灾机构各种特征的文本、图形、表格等资料；③统计信息：主要指对减灾机构特征图形与属性进行分析、运算的前提下生成的反映减灾机构的潜在或综合特征的新信息，如研究范围统计、研究内容统计、活动历史、社会影响等。

2.3 符号表达

符号的设计要能表达地面景物的空间位置、形状和大小，而且还能反映出各种地物的质量、数量的特征以及相互间的关系[8]。由于减灾机构的研究内容涉及到包括旱灾、洪涝等各种自然灾害，并且研究范围也包括国际性、区域性等尺度的灾害。因此，为使减灾机构信息具有直观性特征，需要根据减灾机构的研究内容和研究涉及的范围，进行符号分类、符号视觉变量和符号设计的研究。

2.3.1 符号分类

从减灾机构的研究内容与研究范围的角度，将图形符号按所代表的地物或现象分为点状、线状和面状符号。

1）点状符号：它的大小在地图中反映减灾机构的等级特征和位置分布，其形状或颜色的色相表示不同的机构类型。

2）线状符号：主要用来表达减灾机构可视化的背景信息，它的形状和颜色用来反映地理事物的类别特征，宽度用来表示地理事物的等级特征，而不同形态的线状符号用来表示不同类别的地理事物。

3）面状符号：用来表示减灾机构的分布范围，它在形状上与其所表示的实际地物的平面图形是相似的，主要包括边界、填充底色和矢量填充图形等要素。

2.3.2 符号视觉变量

用图形符号来表示一定的事物，需要对符号的几何形状、颜色等元素进行组合定制，使图形符号语义清晰，从而利用符号与对象之间的联系，自然地引导人们对与符号对应事物的理解。一般来说，图形符号的视觉变量主要由符号的形状、尺寸以及色彩来决定。

1）图形符号的形状：它的差别对点状、线状和面状符号的影响不同。减灾机构的符号表达主要是从点状符号的角度进行考虑；在表示不同研究内容的机构时，从地震、洪涝等自然灾害现象的现实形态特征和符号使用习惯进行符号设计；而背景地理信息的表达主要从线状符号和面状符号的角度进行设计。

2）图形符号的尺寸：由于其具有等级信息，因此，符号的尺寸由研究机构的研究范围大小决定。

3）图形符号的颜色：不同类型的研究机构可以通过符号颜色的色相、亮度和饱和度以示区别，进一步扩大不同符号的视觉差异，使人们的读图过程更为直观易懂。如当形状、尺寸等符号变量固定时，点状符号颜色的设计则是分辨减灾机构的关键。当用面状符号表示背景地理信息中的领域范围时，相邻领域间的颜色差异则是人们清楚分辨不同研究机构的重要信息。

2.3.3 符号设计

从减灾机构研究内容的角度考虑，应有一个直观的印象来表示不同的灾害种类，以区分不同研究内容的减灾机构；从减灾机构研究范围的角度考虑，由于涉及国际性、区域性等不同等级尺度范围，在符号表示时，应使信息获取者有一种明显的视觉等级差别。

1）根据研究范围进行定性分类。减灾机构的研究范围包括国际、地区、国家和区域 4个类型。本文根据这 4个类型分别代表的含义以及相应的特征进行符号的选择，如“国际”选择表示globe的符号，“地区”选择表示包含含义的符号，如表1所示。

表1 研究范围符号设计

2）根据研究灾种进行定性分类。减灾机构的研究灾种包括地质灾害、地震、旱灾、气象灾害、水灾、雪灾、火山、火灾、病虫害、海洋灾害以及综合灾害研究。它们分别代表了不同的灾害现象，在进行符号选择时，应考虑这些灾种现象实际的表现特征，如水灾、火灾的表示应分别和水、火的直观性形象相对应，并在设计符号时从这样的侧面进行表达。表2为本文设计的灾害种类符号。

表2 研究灾种符号设计

2.4 可视化界面设计思想与可视化过程

交互式的国际减灾机构信息可视化界面是向用户提供灵活、主动地控制和使用空间信息的手段和方法，它应具有人机交互功能和信息动态更新能力；在进行界面设计时，除了需要考虑界面本身的组件、布局、风格，还要看它们是否能支撑有效的交互。本文认为在进行界面设计时，应遵循可视性、简易性、反馈性、限制性、一致性、可逆性和启发性等原则。另外，在界面的布局控制方面，还要兼顾排版设计、视觉平衡等，并对各种元素（颜色、字体、图形、空白等）使用一定的规格，使得界面的结构清晰、统一、美观。

减灾机构信息可视化过程主要包括图形图像的生成和空间信息的查询。本文通过空间信息可视化技术，把有关减灾机构的各种类型的图形图像在视窗环境中建立起来，并利用图形图像之间基于地理分析方法模式建立的动态关联，在同一视图中显示地图、图表和图形等。在进行减灾机构信息的交互查询时，其结果能动态地通过2个视窗(图形窗口和属性表格窗口)进行显示，其查询方式主要包括空间关系和属性特征查询（见图2）。

3 国际减灾机构信息可视化原型系统

考虑到开发的效率、应用系统的运行速度、扩充性、实用性及可维护性等，本文选择C#作为二次开发的语言环境，并利用AE组件，进行二次集成开发，构建国际减灾机构信息可视化原型系统[9,10]。

3.1 数据库结构

减灾机构信息数据库是信息存储与管理的基础，各种模型程序操作都依赖于数据。数据库逻辑上分成基础数据库和成果数据库两部分，每部分又由空间数据库和属性数据库构成。

图2 减灾机构信息可视化系统E-R图

3.2 系统界面

减灾机构信息可视化系统界面（如图3所示）主要包括菜单的定制、工具栏和窗体的设计等，其界面友好、色彩鲜明、简洁。

3.3 空间信息与属性信息查询

系统提供的空间信息查询包括点击查询（如图 4所示）和多边形查询，即根据空间位置查询属性信息；属性信息查询包括快速定位查询和基于属性查询，即根据属性信息查询符合条件的空间位置。

图3 系统主窗体

图4 点击查询结果图

3.4 专题制图

系统提出根据研究范围和研究灾种进行符号设计的分类思想，可以实现多种分类统计与综合查询显示功能。如图5、图6所示，分别考虑减灾机构的研究范围和研究灾种，根据设计的符号，通过符号选择器，对地图符号进行更改，便能使用户快速地获得不同范围和研究灾种的减灾机构信息。此外，系统还能对减灾机构按不同条件进行统计分析，生成统计结果图（柱状图、饼图和相应的表格等）。

图5 研究范围分类图

图6 研究灾种分类图

4 结 语

本文通过对国际减灾机构信息特征的分析，主要从减灾机构的研究范围和研究灾种2个方面进行了符号的设计，实现了减灾机构空间信息与属性信息的交互查询，在C#和AE的支持下构建了国际减灾机构信息可视化原型系统。为学者、公众等灾害利益相关者提供了获取减灾机构基本信息、研究动态等的可见即可得的快捷交互查询平台。在灾害风险防范研究中分析和解决了利益相关者感兴趣的实际问题。但因为研究深度和广度所限，还有一些问题有待进一步研究解决。

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[10]郭文夷，戴芳胜.Visual C#.NET可视化程序设计[M].上海：华东理工大学出版社，2004

Visualization Research on Information of Disaster-related Organizations

by LI Ming

At present,the study of natural disaster has become an important worldwide problem.Disaster-related organizations are numerous in the world.But there is still lack of comprehensive information on all of them and it is not easy to understand and search in this form.Visualization technique has a great advantage in information representation.In view of the domestic and international research present condition of visualization,the symbols of these institutions were designed from the research scope and content respectively;the secondary development of ArcGIS Engine based on C#was performed to build a prototype system of visualization of information of disaster-related agencies.Through visualization,the text information can be converted to image form and it helps to improve information accessibility and query efficiency of disaster-related agencies.

disaster-related organization，visualization，spatial information，ArcGIS

2011-10-25

项目来源：国家科技支撑计划资助项目 (2008BAK50B08-03)。

P208

B

1672-4623(2012)03-0017-04

李明，硕博连读研究生，主要研究方向为遥感图像处理与减灾应用、空间信息共享与服务等。