水利数据的信息图展现研究初探

叶 枫，戴阳阳，杨志勇，张 鹏，王志坚

水利数据的信息图展现研究初探

叶 枫1，戴阳阳1，杨志勇1，张 鹏2,3，王志坚1

（1. 河海大学 计算机与信息学院，江苏 南京 211100；2. 南京市六合区水利局，江苏 南京 211500；3. 江苏省水利工程规划办公室，江苏 南京 210029）

随着网络化的快速发展及智能移动终端的普及，信息图因具有直观、安全等特点，在数据可视化、信息传播等方面起的作用愈加显著。在概述信息图的基础上，介绍制作信息图的工具，并提出用信息图展示水利数据的具体方法和流程等；结合具体项目，实现水文日报信息图和汇总水利普查数据的鱼骨图。结果表明，相比于传统的信息展示方式，信息图更加直观、图文并茂，丰富水利信息化数据的展现和应用方式，对于防汛防旱、生态保护等具有重要意义和应用价值。

信息图；数据可视化；数据展现；水利数据

0 引言

信息图（Information Graphics）[1]是对信息资料、数据或知识的可视化表示，它能通过图、表、地图等形式，让客观数据“讲故事”，实现对繁杂信息的提炼并快速、准确地呈现和传递，符合云计算、大数据时代海量信息快速获取、交互和共享的需求。例如，各类商场的导视图、建筑的规划图、气象勘测图及街道上的行止标识等，均是超越不同语言和文化的界限传达人们所需要的信息。随着高速高带宽网络的快速发展及智能移动终端的普及，信息图在数据可视化、信息传播等方面起的作用愈加显著，并已广泛渗透到人们生活、工作、学习、娱乐等的各个方面。

水利信息化领域属于数据密集型的领域，长期以来积累了丰富的数据资源，包括长时间序列的水文、大数据规模的卫星影像等数据。传统的信息展示方式缺乏丰富的数据展现机制，图形化较为单调，而表格形式又很复杂，难以让用户快捷、直观地获取数据和信息。因此，若能将水利数据资源用信息图的方式展现，对于防汛防旱、生态保护、水土保持等具有重要意义和应用价值。具体的应用需求有很多，比如：将水利普查公报、每年的水资源公报以信息图的形式表现会让更多的受众了解水利、水资源状况；在防汛防旱中，将实时的状况表现成信息图形式，将更有利于做出决策。但是，在这方面的研究和应用尚没有太多成熟的案例。

针对上述问题，在概述信息图的基础上，介绍制作信息图的工具，并提出用信息图展示水利数据的具体流程等；结合项目，设计并实现用于防汛防旱业务的水文日报信息图和用于展示水利普查汇总数据的鱼骨图。

1 相关工作

信息设计最早起源于 18 世纪中期，当时通过将信息图表与地图相结合的设计，找到了霍乱疫情人的位置和源头[2]。19 世纪 60 年代，信息图先驱查尔斯 • 米纳德制作了关于拿破仑进攻俄国的战役信息图，在有限的空间中表示了法国军队的数量、行动等随时间的变化状况，最终说明了整场战争失败的因果关系[3]。另外的经典信息图案例是化学元素周期表和伦敦地铁交通图。在化学元素周期表中，不仅可以推断出化学元素属性的周期性变化，还可以根据已知元素的属性及周期精确地预测未知元素；伦敦地铁交通图是 Harry Beck 采用 45° 和 90° 电路布局的风格，以简洁明了的方式绘制的一幅信息图[4]。在国内，2008 年汶川地震后，研究人员制作了一张关于地震情况的信息图，图中主要显示经历了强烈的地震强度的大中城市中心位置及其具体城市，这为未来预测地震情况提供了借鉴。从上述例子不难看出，信息图带给人的深刻印象很持久和其宣传效果非常显著，能让受众快捷地获取数据和信息。

对于信息图的研究，也已有了一些成果。在参考文献 [3] 中，邓伟等研究了地图在信息图表中的使用方式； Shen Huaping[4]研究了数据可视化的分类、发展，并认为信息图是广义的数据可视化的分类之一；参考文献 [5] 分析了将传统的主题地图与信息图的原则和方法相结合的概念和构造机制；在参考文献 [6] 中，Liu Yuelin 等提出了几种组合的信息图设计原则。上述研究为研究信息图的设计、发展和应用提供了很好的基础和思路。由于水利领域数据同样具有实时更新、异构的特性，非常适合使用信息图展现。但已有的研究直接应用到水利信息化方面尚不成熟，因此研究将信息图与水利数据和业务相结合，使水利信息化数据以更加高效、简洁的方式呈现，这是非常有意义和应用价值的。

2 信息图概述

2.1 信息图特点

信息图通常具有以下特点：

1）展示数据。数据、信息的展示是信息图最常见的用途之一。常规的统计报告中往往堆砌着大量枯燥的表格和文字，而信息图则能快速、简洁、直观地展示报告中的信息要点，让相关人员及时地获取信息或数据内容，辅助其提高分析效率。

2）易于表达复杂的概念和数据内容。信息图能将复杂的数据内容展现为易于理解的图，这就容易表达复杂的概念和数据内容，尤其适合做综述式的介绍。

3）描述系统工作原理。信息图常被用于解释和描述复杂系统或项目背后的工作原理，例如：智能可穿戴设备的组成、一个网站的逻辑层次等。

4）适用于比较分析。信息图能够以可视化的方式非常直观地平行展示数据，以此比较双方的异同，这种比较方式能够传递很多语言无法表达的信息[7]。

5）数据安全。信息图都是以图表的形式展示，未涉及原始信息数据，从而保证信息安全。

随着互联网的快速发展及智能移动终端的日趋普及，信息图因具有的上述特点，在数据可视化、信息传播等方面起的作用愈加显著。诸多国内外企业和单位已经采用信息图的方式进行品牌的构建、年度报告设计、向特定客户群传达信息及进行教育，受众面非常广，影响力远超以往。

2.2 常用的信息图实现工具

Adobe Photoshop（简称 PS），是由 Adobe Systems 开发的图像处理软件。PS 主要用于处理以像素所构成的数字图像。使用其众多的编修与绘图工具，可以有效地开展多样化的图片编辑工作。

Adobe Illustrator 是一款矢量绘制图形设计软件，被广泛应用于印刷出版、海报书籍排版、专业插画、多媒体图像处理和互联网页面的制作等方面，也能为线稿提供较高的精度和控制，适合生产任何小型设计到大型的复杂项目。

Visual.ly[8]是一个在线制作信息图的自动化工具，网站中提供了大量由其他用户制作的信息图形和主题模板，方便用户以此为基础制作属于自己的信息图，并且该工具使用方式简单，易于上手。

Infogr.am[9]能够创建免费的交互式图表和信息图，该工具是一款面向非设计师的信息图设计工具。根据用户上传到网站上的数据解读成图表模式，且允许用户自定义图形，以及提供更多智能化界面展示信息。

还有很多的工具适用于不同场景的信息图制作，受限于篇幅，不一一详细介绍。表 1 对信息图常用工具在应用范围、学习难度、平台性、交互性等方面做进一步比较。不难看出，不同的工具适用于不同的场景范围，各具特点，有些工具的学习和应用比较复杂，有些则不适用于网络化环境等。

2.3 用信息图展示水利数据流程

制作信息图的流程是一个从信息（多为数据）到图像的过程。这个过程不仅需要统计基础，也包括对信息图的数据、素材管理，选择合适的工具设计和排版，再到最终发布。水利信息化中的数据和业务类型具有多样化的特点，所以有必要讨论信息图的实现流程。

表 1 信息图常用工具对比分析

因此，所提出的用于生成信息图以展示水利数据的流程如下：

1）由水利业务的用户向数据分析人员描述需求并提供相应的数据。

2）根据用户需求和数据，水利业务数据分析人员提取相应的主题。例如：防汛防旱信息的展示或者水土保持的宣传等。不同的主题，将决定后续的数据处理和信息图的设计方式。

3）围绕主题，由水利业务数据分析人员对不同的数据进行处理。对水文数据，水利业务数据分析人员可使用 Excel，Matlab 或者 R 语言等工具对数据进行整理、分类、计算和汇总，也可利用 Tableau Public 等工具对数据进行深层次的挖掘，分析数据之间的关联关系；然后，将处理过的数据以 XML 或JSON 的格式进行存储。对于图像类型数据，需要定义图片的元数据信息、存储机制等。在该阶段中，水利业务数据分析人员要为后续步骤提供用于实现信息图的数据素材。

4）根据水利业务数据分析人员完成的数据素材，信息图设计人员选择相应的工具。诸如 Google Chart Tools，Hohli Charts 等，设计合适的信息图表现形式。根据设计的模型，使用 Easel.ly，Visual.ly等相关工具中实现信息图的编辑与整合，最后利用PS，Illustrator 等美工工具实现信息图的完善。

5）信息图设计人员将制作好的信息图反馈给水利业务数据分析人员，由其核对信息图是否符合用户需求、有无缺漏、错误描述、数据不符等。

6）将信息图提交给用户使用或发布。

该设计过程用 UML 时序图如图 1 所示。

3 实例展现

3.1 六合区水文日报信息图

图 1 信息图制作流程的时序图

作为长江“黄金水道”段的重要支流，滁河流经南京六合区，沿河两岸工农业蓬勃发展，它既是六朝古都北大门的名片，也是城市南京综合发展的保障。为积极开展防汛防旱工作，六合区水利局防办期望以信息图的形式展现每日的水文日报。所使用的数据包括通过第三方 Web 服务获取的卫星云图、当日天气状况、通过传感器获取的水文和雨量实时及数据库中积累的长期历史等数据。对于不同数据，需要进行不同的处理，实现成用于制作信息图的素材。例如，卫星云图数据的图片素材，就是先使用 Java API 中的数据流机制转换成二进制流，然后命名为图片格式的文件；对于历史水文数据，用 eCharts，Easel.ly 等开发工具实现成水利用户惯用的数据展示方式，并通过程序设置定时器，定时抓取并保持成素材图片。

接下来，设计水文日报的模板。模板的设计主要使用排版和美工工具，例如 PS 和 Adobe Illustrator。根据素材图片的格式、大小，设计出该水文日报的信息图模板。在准备好图片素材、生成了日报模板的基础上，只要很少的工作量，一个水文日报的信息图就可以生成了。六合测站点 2014 年12 月 24 日的水位日报信息图如图 2 所示。该信息图不仅展现了当日水位与历史同期水位信息，还包括当日天气和定时定点生成的卫星云图信息，方便用户及时掌握多方位的水文信息并有利于公告或者会商，对防汛防旱工作的及时开展着很大的帮助。

3.2 全国汇总水利普查数据信息图

第一次全国水利普查形成我国迄今最为全面细致、完整系统的涉水基础数据资源和规范权威的水利普查成果。若要有效地、多角度地展示丰富的普查成果，信息图便凸显出其独特的优势，它比传统的表格和简单的饼图、直方图等，更能直观形象地描述数据的汇总信息，有利于相关人员利用成果资料开展进一步的工作。

图 2 设计的六合测站点 2014 年 12 月 24 日的水位日报

以河流为纽带，查阅沿河的水利对象的状况和相互关系，是非常重要的一种信息汇总方式。鱼骨图适用于表示各个重要要素及其关系，并能进一步分析存在的问题。因此，考虑用鱼骨图的形式表示相关普查数据。首先，根据水利普查[11]收集到的关于长江在全图行政区划下的防洪关联指标数据，汇总河流、闸（泵）站、水库等管理对象的信息，并用 JSON 数据格式保存数据。然后，使用排版和美工工具，设计该信息图的版面内容。要在鱼骨图中展现的内容分为线条与节点，线条表示河流信息内容，例如：当前河流治理保护、防洪任务和堤防等长度综合指标情况；节点展现的为当前河流上所拥有的防洪工程指标的统计值，有泵站、水闸、水库及主要防洪问题等。

沿河相关的水利对象数据如图 3 所示，数据通过鱼骨图的形式呈现出来，便于用户直观地从不同角度查看分析对象数据。

图 3 鱼骨图用于展示水利对象的关联性和相关数据

4 结语

信息图已成为互联网时代信息有效传达的强有力工具。在水利信息化领域，使用信息图展示水利数据资源的研究还处于探索阶段。本研究用信息图展示水利数据的具体方法和流程等，并实现了水文日报信息图和汇总水利普查数据的鱼骨图的案例，目的是起到抛砖引玉的作用。

水利信息化中的数据资源具有领域特色，进一步的研究方向是根据所应用的数据类型，定制开发出信息图的动态组件。

[1] Wikipedia. Infographic[EB/OL]. [2014-10-14]. http://en. wikipedia.org/wiki/Infographic.

[2] 陈雅群. 信息图表设计的视觉语言研究[J]. 群文天地，2012 (6): 81.

[3] 邓伟， 卢一波. 地图，可视化报道的旧瓶新酒——信息图表中地图使用的三个层次[J]. 新闻界，2013 (10): 41-45.

[4] Shen Huaping. Exploration on the Data Visualization based on the Case of Infographics[J]. Advanced Materials Research, 2014, 909: 375-378.

[5] He Manli, Xi Tang, Huang YuMing. To Visualize Spatial Data Using Thematic Maps Combined with Infographics [C]//Processing of19th International Conference on Geoinformatics. Shanghai: IEEE Computer Society, 2011: 1-5.

[6] Liu Yuelin,Hao Lili. Information Graphics as A Visual Language [C]// Processing of 11th International Conference on Computer-Aided Industrial Design & Conceptual Design (Volume:1). Yiwu: IEEE Computer Society, 2010: 757-761.

[7] IT 经理网. 一图抵万言：信息图的五大用途[EB/OL].[2014-11-19]. http://www.ctocio.com/ccnews/13704.html#respond.

[8] Verticalresponse.DIY:5 Free Tools for Creating Killer Infographics[EB/OL]. [2014-11-19]. http://www.verticalresponse.com/blog/diy-5-tools-for-creating-killer-infographics/.

[9] 云图网. 9 个功能强大的信息图制作网站[EB/OL]. [2014-04-13]. http://yuntuwang.net/xxt/2014-04-13/16.html.

[10] Julie Steele, Noah lliinsky. 数据可视化之美[M]. 祝洪凯，李妹芳，译. 北京：机械工业出版社，2011: 39-60.

[11] 中华人民共和国水利部，国家统计局. 第一次全国水利普查公报[R]. 北京：中国水利水电出版社，2013.

Preliminary Study for Data Infographics Presentation of Water Domain Using Information Graphics

YE Feng1, DAI Yangyang1, YANG Zhiyong1, ZHANG Peng2,3, WANG Zhijian1
(1. College of Computer and Information, Hohai University, Nanjing 211100, China；2. Water Conservancy Bureau of Liuhe District, Nanjing 211500, China；3. Hydraulic Engineering Planning Office of Jiangsu, Nanjing 210029, China)

With the rapid development of networks and the popularity of smart mobile terminals, security and so on, infographics play an increasingly significant role in data presentation and information dissemination because of its visualization. Based on the overview of infographics, after introducing the tools for implementing infographics, the paper presents the method and processes of developing infographics for water conservancy business data. Combining with the specific projects, the infographic for daily hydrological information and the fishbone diagram for summarizing the national water census data are implemented for data presentation. The results show that compared with the traditional approaches of the data presentation, the infographics are more visual and illustrated, which enrich the way of presentation and application of water conservancy data. It is meaningful and valuable for flood control and drought, and ecological protection.

infographics; datavisualization; data presentation; water conservancy data

TV39

A

1674-9405(2015)03-0005-05

2015-02-27

江苏水利科技项目“‘智慧河流’研究及其在六合滁河管理中的应用”（2013025）；国家科技支撑计划项目数字流域关键技术（2013BAB05B00）；基于物联网的流域信息获取技术研究（2013BAB05B01）。

叶 枫（1980－），男，山东济南人，讲师，从事云计算、水利领域大数据研究。