统计数据在专题地图中的可视化表达

张寒梅，廖小韵，陈重远，徐汉卿

（1.湖北省地图院，湖北 武汉 430071）

统计数据在专题地图中的可视化表达

张寒梅1，廖小韵1，陈重远1，徐汉卿1

（1.湖北省地图院，湖北 武汉 430071）

针对如何将统计数据中隐藏的信息在专题地图上直观简洁地表达，探讨了统计数据在专题地图中可视化的工作流程，从信息传递和视觉感受的角度，阐述了美观、清晰、易读的视觉感受对提高专题信息传递有效性的影响，并根据专题地图设计制作中的典型案例，阐述了设计中需要关注图形符号的选择，确定与读者视觉感受匹配的分级数，选择体现专题现象之间差异的分级界限，并探讨了有效的方法。

可视化；图形选择；分级数；分级界限

地图是空间信息数据可视化的载体，在大千世界中，凡具有空间特征的信息资料及事物现象，都可用专题地图的形式来表达[1-3]。用地图语言来完成统计数据到地图图形的转换，也就是统计数据在专题地图中可视化的过程，这一过程赋予了统计数据空间分布特征，甚至还可以赋予专题感情色彩，使统计对象的相互关系、发展变化等变得清晰、易读，专题信息的传递直接、生动。将数字中隐藏的信息以直观、简洁的专题地图形式呈现给广大读者时，需要注意哪些问题，是本文研究的主要方向。

1 可视化流程

在统计数据到地图图形表达的过程中，制图工作者先进行大量的数据分析后，挖掘出专题的主题信息，再经过反复的制图试验，选择合适的地图表示方法，设计出直观呈现这些专题信息的专题地图。具体工作流程如图1所示。

评价统计数据在专题地图中可视化表达的成功与否，首先要确定表示的专题内容是科学的、正确的；其次是专题信息传递是否直观、有效。统计数据可视化的过程用地图的传输理论也可归纳为：统计数据—制图者—地图—用图者[1]，而人们读图的时候，视觉感受是人的第一认知，美观、清晰、易读的视觉感受无疑会增加读者的兴趣，提高专题信息传递的有效性。所以，在进行专题地图设计时，要关注良好的视觉效果和直观的信息表达方式。

图1 统计数据在专题地图中可视化的工作流程

2 专题地图设计

为了将专题信息科学、直观、有效地呈现给读者，在专题地图设计时，需要注意的问题主要从制图统计单元、图形符号、分级数和分级界限4个方面来讨论。

2.1 制图统计单元

制图统计单元一般是按行政区域单位划分，在统计资料充分的情况下，制图统计单元划分得越小，反映的现象越细致[1,4]。但不论制图统计单元能够表示到哪一级行政区域单位，首先要保证所有制图统计单元清晰易读,配有专题符号，还要确保绝大部分制图统计单元在加入专题图形符号后，均归属明确，个别放不下的，可在图外标注。

2.2 图形符号

图形符号设计最重要的是能准确快速地传递专题信息，图形符号一般有柱状、带状、方形、圆形、三角形、扇形等形状，这些形状可以设计成平面、立体或组合表示，也可以采用象形符号或艺术符号等等。图形的设计和组合是多种多样的，需要进行反复的试验，才能找到专题适合的表达方式。例如，表示制图区域的农业经济结构总量，用颜色区分农业经济结构内的农业、林业、渔业、牧业、农林牧渔服务业5大分类要素。图2a与b均采用柱状图形符号，但组合表达专题的方式稍有不同，图2a将分类要素叠加的总体高度表示总量，图面视觉感受比较单调；图2b采用土黄色柱状背景方式表示总量，总量柱高与最少的分类要素柱高差别很大，图面视觉不协调，这种感受随着总量继续增大会愈加强烈；图2c采用圆形环状符号，用圆形符号大小表示总量，圆内扇形表示分类要素比重，专题总量、分类比重清晰，图面视觉平衡，所以，具有构成图的数量指标采用这种面积符号表示比较合适。

图2 图形符号设计

为了追求图面效果，制图工作者常创造性地设计一些图形表示方法，但如果运用不当，会直接影响读者对专题信息的接收效率。例如图3，大气环境质量采用大小相同、颜色饱和度不同的小方块来分别表示空气污染指数达优良的天数1 d、10 d、100 d，各个方块代表的天数累加就是空气污染指数达优良的天数，这种表达方式在制图上归为零钱法[5]。图3中的零钱法是柱状图的形式，且在每一个制图统计区域内，并列表示有2010年、2011年2个年份的环境质量，就有了比较的概念，人的视觉感受认为柱高的就多些，柱短的就少些，这种视觉感受往往与实际不符。如图3，左上的十堰市2010年的柱高明显大于2011年，而天数累加2010年为346 d，2011年为360 d，累加结果应该是柱短一些的2011年天数相反多一些。这种视觉认知速度大大高于零钱法的数学累加速度，直接影响到专题信息传递的直观性和有效性。这种专题的表达方式是不成功的，解决的方案可直接用柱状的总体高度表示专题数量，为了明确专题数量，可以在柱状图上方标注专题统计数值；为了增强设计效果，柱状图形可采用艺术符号或象形符号叠加而成。

图3 大气环境质量

不论专题要素采用哪种图形符号，其图形大小必须选择合适的参数，要求符号之间区别明显，且配置到制图统计单元中时，最大符号不过于突出，以免影响地图要素和图面美观，最小符号清晰易读，符号之间又容易区分。

3 分级数

3.1 专题图形符号

当专题要素采用图形符号表示时，如果地图上每一个制图统计单元内专题图形符号大小与其对应的专题要素的统计数量指标成绝对正比关系时，不需要进行数据分级；否则，需要对数据进行分级，绝大部分专题符号是需要分级的。由于人的视觉系统对不同的图形符号有不同的感受能力，所以分级的数量与所采用的图形符号密切相关，用线状符号和艺术符号的，通常只分三级；其他图形符号最多不应超过7级[1,4]，否则，人眼对级别之间差异辨别的敏锐度会降低，失去了分级的意义。

3.2 专题分区设色

色彩作为一种地图语言，表达、传送着地图信息，好的设色能提高地图的清晰性，增强地图的美感，让读者在阅读地图时，保持积极、愉悦的心态，提高对信息的理解和接收速度[1,6]。

专题现象采用分区设色的方法时，是用不同色级来体现各地区相对数量指标，一般是用颜色的不同饱和度和亮度差异来构成不同的等级层次，由于人的肉眼在地图上辨别的等级差别是有限的，对同一色系的色彩视觉灵敏度会降低，影响视觉效果和专题的直观性，一般同色系分级数超过5级时，必须辅以色相的变化[1,4]。

3.3 分级界限

不同的数据分到同一级中，要素数据之间的差别就消失了，如何科学、有效地体现区域专题现象之间的差异，明确专题现象分布特点，重点就是要研究分级界限。

1）保证分级界限的科学性。许多专题要素都存在于一定的学科范围之内,在所在的学科范围之内质的差别都有固定的数值范围，专题要素的分类、分级要符合相应的国家及行业分类和分级标准。如酸雨的取值范围，城市道路交通噪声等效声级的好、较好、一般、差的分类等等都有行业规定，在进行数据分级时，分级界限的选取必须在国标、行标的基础上，结合专题统计数据特征进行分级。

2）能体现专题现象的数量分布特征。分级的界限不当，可能会将差别较大的单元分在同一级中，掩盖了它们的真实差别；也可能将2个差别不大的单元分到两个级别中，人为拉大了它们的差别。因此，正确分析统计数据，做出适合的分级界限，较好地反映制图对象的数量分布特征，是十分重要的。

专题要素的最高值和最低值是体现专题要素分布特点的另一个重要特征[2,3]，往往也是读者关注的重点，分级的结果要突出数值高的和数值低的制图区域。分级的范围一般是连续的，如果统计数据的最大值或最小值与其他值相差特别大，用连续的分级范围表示会掩盖制图现象真实的分布特征，遇到这种情况，可用不连续的分级范围表示，突出制图现象的数据特征。

3）分级界限明确。注意任何一个数据必须在相应的等级内，任何一个等级必须有相应的统计数据，每一个级别不能有重叠范围，特别要注意分级临界值的归类问题。图4中，将“＞95”改为“≥95”后，明确了“95”在最后一级中，则由约定俗成的习惯就可推出“90”属于第3级，“85”、“80”两级依次类推，分别属于第2级和第1级。

图4 分级界限明确案例

4 典型案例分析

我们通过具体的案例分析，加深对统计数据在专题地图上可视化设计过程的理解。 表1为“2011年湖北省出现酸雨城市情况”的统计数据，图5为根据该统计数据编制的专题地图。

该专题地图采用分区统计图表和分区分级统计图法相结合的表达方式，年均酸雨PH值采用有联想的云朵符号，分三级表示，专题要素形象生动；以土黄色不同的亮度和饱和度来区分酸雨出现频率的差异，分五级表示，酸雨出现频率越高色彩越暗沉，酸雨出现频率越低色彩越明亮，整个色彩配置暗含设计者的感情基调。2种方法配合使用来表示全省酸雨的分布及污染状况，图面清晰，美观，信息表达直观、易读。通过对统计数据和专题地图的对比分析，此专题地图有3处不合适之处：

图5 酸雨的分布与污染

表1 2011年湖北省出现酸雨城市情况

1）“年均酸雨 PH＞5.0”的范围，只重视了数据本身的分布特征，而忽视了PH＜5.6的降雨才称为酸雨这一科学定义[7]， PH＞5.0的范围显然包括了PH≥5.6的非酸雨范围。虽然在表2的统计数据“年均酸雨PH值”中没有出现5.6，但为了科学严谨表达专题现象，该范围应调整为5.0＜PH＜5.6。

2）“出现酸雨的频率＜20”的指标忽视了荆州市与恩施市的数据为2.6，与其他城市的数据差别大，是很典型的低酸雨频率特征。为了反映数据的客观特征，可将2.6单独作为一级处理，或者用与其他界限值不连续的区间“0＜出现酸雨的频率来表示＜3”来表示。

3）“出现酸雨的频率：无酸雨区”的表示是草率的、不严谨的，与专题要素的实际情况完全不是一个概念。表1中没有提到的城市，必须具体分析原因。通过实际的查找环境保护厅出具的相关文字资料显示，统计表格内没有提到的城市，是因为没有进行相关的检测，所以没有相关的统计数据，并不代表这些城市是无酸雨区，因此，图例中“无酸雨区”应改为“无数据区”。

[1] 廖克.现代地图学[M].武汉：武汉大学出版社，2005

[2] 张克权，黄仁涛.专题地图编制[M].北京：测绘出版社，1991

[3] 廖小韵.专题地图表示方法[J].测绘通报，2005(12):52-55

[4] 祝国瑞.地图学[M].武汉：武汉大学出版社，2004

[5] 湖北省测绘地理信息局.湖北省地图集[M].北京：中国地图出版社，2014

[6] 段体学，王涛.地图整饰[M].北京：测绘出版社，1985

[7] HJ/T192-2006.生态环境状况评价技术规范（试行）[S].

P208

B

1672-4623（2015）03-0173-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.03.061

张寒梅，高级工程师，从事地图编辑和技术管理工作。

2014-02-18。