空看数据的可视化表达.docx
- 文档编号:12371548
- 上传时间:2023-04-18
- 格式:DOCX
- 页数:59
- 大小:2.84MB
空看数据的可视化表达.docx
《空看数据的可视化表达.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《空看数据的可视化表达.docx(59页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
空看数据的可视化表达
第五章空间数据的可视化表达
可视化,也称作科学计算可视化,它将符号或数据转换为直观的几何图形,便于研究人员观察其模拟和计算过程。
可视化包括了图像综合,这就是说,可视化是用来解释输入到计算机中的图像数据,并从复杂的多维数据中生成图像的一种工具。
地理空间信息要被计算机所接受处理就必须转换为数字信息存入计算机中。
这些数字信息对于计算机来说是可识别的,但对于人的肉眼来说是不可识别的,必须将这些数字信息转换为人可识别的地图图形才具有实用的价值。
这一转换过程即为地理信息的可视化过程,其内容表现在以下几个方面:
1)地图数据的可视化表示:
是地图数据的屏幕显示。
可以根据数字地图数据分类、分级特点,选择相应的视觉变量(如形状、尺寸、颜色等),制作全要素或分要素表示的可阅读的地图,如屏幕地图、纸质地图或印刷胶片等等。
2)地理信息的可视化表示:
是利用各种数学模型,把各类统计数据、实验数据、观察数据、地理调查资料等进行分级处理,然后选择适当的视觉变量以专题地图的形式表示出来,如分级统计图、分区统计图、直方图等。
这种类型的可视化体现了科学计算可视化的初始含义。
3)空间分析结果的可视化表示:
地理信息系统的一个很重要的功能就是空间分析,包括网络分析、缓冲区分析、叠加分析等,分析的结果往往以专题地图的形式来描述。
本章介绍的空间数据可视化表达主要包括了地图数据和地理信息的可视化表示。
5.1数据符号化
符号化有两个含义:
在地图设计工作中,地图数据的符号化是指利用符号将连续的数据进行分类分级、概括化、抽象化的过程。
而在数字地图转换为模拟地图过程中,地图数据的符号化指的是将已处理好的矢量地图数据恢复成连续图形,并附之以不同符号表示的过程。
这里所讲的符号化是指后者。
符号化的原则是按实际形状确定地图符号的基本形状,以符号的颜色或者形状区分事物的性质。
例如用点、线、面符号表示呈点、线、面分布特征的交通要素,点表示建筑或者特定地点,线表示公路和铁路,面用来表示地区。
一般来说符号化方法可分为以下几类:
单一符号、分类符号、分级符号、分级色彩、比率符号、组合符号、统计符号、彩色阴影等。
单一符号:
采用大小、形状、颜色都统一的点状、线状或者面状符号来表达制图要素。
这种符号设置方法忽略了要素在数量、大小等方面的差异,只能反映制图要素的地理位置而不能反映要素的定量差异,然而正是由于这种特点,在表达制图要素的地理位置具有一定的优势。
分类符号:
根据数据层要素属性值来设置地图符号的方式是分类符号表示方法。
将具有相同属性值和不同属性值的要素分开,属性值相同的采用相同的符号,属性值不同的采用不同的符号。
利用不同形状、大小、颜色、图案的符号来表达不同的要素。
这种分类的表示方法能够反映出地图要素的数量或者质量的差异,对地理信息的决策作用提供了支持。
分级色彩:
将要素属性数值按照一定的分级方法分成若干级别之后,用不同的颜色来表示不同级别。
每个级别用来表示数值的一个范围,从而可以明确反映制图要素的定量差异。
色彩选择和分级方案是分级色彩表示方法的重要环节,因为颜色的选择和分级的设置要取决于制图要素的特征,只有合理的配色方案和科学的分级方法才能将地图中要素的宏观分布规律体现得清晰明确。
分级符号:
与分级色彩设置有所不同,是采用不同的符号来表示不同级别的要素属性数值。
符号形状取决于制图要素的特征,而符号的大小取决于分级数值的大小或者级别高低。
这种表示方法一般用于表示点状或者线状要素。
多用于表达人口分级图、道路分级图等。
它的优点是可以直观地表达制图要素的数值差异。
其中,制图要素分级和分级符号表示是关键环节。
比率符号:
在分级符号表示方法中,属性数据被分为若干级别,在数值处于某一级别范围内的时候,符号表示都是一样的,无法体现同一级别不同要素之间的数量差异。
而比率符号表示方法是按照一定的比率关系,来确定与制图要素属性数值对应的符号大小,一个属性数值就对应了一个符号大小,这种一一对应的关系使得符号设置表现得更细致,不仅反应不同级别的差异,也能反映同级别之间微小的差异。
但是如果属性数值过大,则不适合采用此种方法,因为比率符号过大会严重影响地图的整体视觉效果。
点值符号:
使用一定大小的点状符号来表示一定数量的制图要素,表现出一个区域范围内的密度数值,数值较大的区域点较多,数值小的地区点较小。
是一种用点的密度来表现要素空间分布的方法。
统计符号:
这是专题地图中经常应用的一类符号,用于表示制图要素的多项属性。
常用的统计图有饼状图、柱状图、累计柱状图等。
饼图主要用于表示制图要素的整体属性与组成部分之间的比例关系、柱状图常用于表示制图要素的两项可比较的属性或者是变化趋势,累计柱状图既可以表示相互关系与比例,也可以表示相互比较与趋势。
以上方法均为矢量数据的符号化方法,此外,还有栅格图形符号化方法。
专题栅格数据是栅格数据中的一种重要类型,其符号化方法主要有分类栅格符号设置、分级栅格符号设置和栅格影像设置,其中栅格影像设置又分单波段影像设置和多波段影像设置。
如何显示栅格文件依赖于它所包含的数据类型,以及用户的需要,ArcMap可以自动选择合适的方法,用户也可以根据需求来调整它。
5.1.2矢量数据符号化
无论点状、线状、还是面状要素,都可以根据要素的属性特征采取单一符号、分类符号、分级符号、分组色彩、比率符号、组合符号和统计图形等多种表示方法实现数据的符号化,编制符合需要的各种地图。
由于单一符号设置是ArcMap系统中加载新数据层所默认的表示方式,设置非常简单,下面介绍几种其它常用的符号设置方法。
1.分类符号设置
打开一个道路图层。
1)在道路图层上点右键打开LayerProperties对话框。
2)
在Show列表框中选择Categories,其下出现三个选项,分别是UniqueValue——按照一个属性值进行分类;UniqueValue,Manyfields——按照多个属性值的组合分类来确定符号类型;Matchtosymbolsinastyle——按照事先确定的符号类型通过自动匹配来表示属性分类。
3)
选择UniqueValue选项,在ValueField中选择CLASS,即街道的分级。
4)单击AddValue按钮,出现AddValue对话框,其中出现了三个等级字段,如图5.1,单击CompleteList,显示全部字段,即道路共被分为六个类型,如图5.2所示。
5)选中所需要的字段,单击确定之后,在Symbols列表框中会出现所选中的字段,字段前附有它们相应的符号样式。
如果想添加所有字段,单击AddAllValue按钮。
其效果与把CompleteList中的所有街道级别添加进来一样。
若所给的字段列表仍不能完全满足需要,可在AddValue对话框中使用NewValue文本框,添加字段名称,单击AddtoList即可。
6)至此已对不同类型的道路进行分类,若对系统默认的符号样式不满,可以双击Value名称前面的Symbol符号,打开SymbolSelector对话框。
设置Option中的Color,Width改换其颜色和宽度。
也可以单击Properties按钮改变该符号的一些其他属性,或者通过单击MoreSymbols选择更多的符号。
7)完成设置后返回LayerProperties对话框(图5.3),结果如图5.4所示。
注:
如果用户自己定义了一组符号表示方法,可以将该图层保存为lyr文件,在其它类似数据的图层符号化时可使用导入功能“import”导入该图层的符号化设置信息,完成符号化。
2.分级符号设置
(1)分级色彩设置
1)加载一个州图层和该州的城市图层。
2)打开城市图层的LayerProperties对话框(图5.5)。
3)在Show列表框中单击Quantities,选中GraduatedColors,在Fields复选框的Value下拉菜单中选择POP1990,表示1990年的人口总数;在Normalization下拉菜单中选择Area,表示某一地区的总面积。
其目的是将POP1990(人口数)除于AREA(面积),得到人口密度的计算结果。
人口密度可以使用分级符号方法体现在的地图中。
注:
LayerProperties对话框中默认要素的分级方案为NaturalBreaks,它是在分级数确定的情况下,通过聚类分析将相似性最大的数据分在同一级,差异性最大的数据分在不同级,这种方法可以较好保持数据的统计特性,但分级界限往往是任意数,不符合常规制图需要。
4)将Classification复选框中的Classes定为7,单击Classify按钮,打开Classification对话框(图5.6):
选择分级方式为Manua(手动分级),将原来的分级界限依次修改为:
50,100,200,400,700,1500,15000。
单击ShowStd.Dev和ShowMean前的复选框,直方图中出现新的分级界限,标准差和平均值。
5)确认新的方案后,点击OK按钮,返回LayerProperties对话框。
可以看到新旧分级方案之间的差异。
单击Label中的数字,改为简洁直观方式,应用更改。
现在通过对制图要素的具体设置,得到了一张利用分级色彩方法表示的墨西哥地区1990年的人口密度图(如图5.7所示)。
依据色彩差异,人口密度的宏观分布特征显而易见,颜色越深,则密度越高。
上述分级色彩方案直接应用了系统中的一种色彩序列,若认为色彩差异还不够明显,可以手工设置颜色方案。
注:
手工定制一个分级色彩方案:
1)打开LayerProperties对话框,双击Symbol中的第三个色块,打开SymbolSelector对话框,改变其颜色。
2)在第三个色块上右键,单击菜单中的RampColor命令,分级色彩方案将根据所修改的颜色发生变化。
在ColorRamp文本框中出现了新的分级色彩方案。
3)如果这样的分级方案令人满意,那么可以在ColorRamp文本框上右键单击SavetoStyle命令,保存为Multi-partColorRamp,形成新的分级色彩方案。
上述分级色彩方案的设置过程中,完全采用了手动的方式修改分级方案的数字标注(Labels)。
实际上,系统提供了标注格式的统一编辑方法:
在LayerProperties对话框中,在分级色块上右键选择FormatLabels命令,打开NumberFormat对话框(如图5.8),可改变标注的格式。
(2)分级符号设置
1)打开一个州图层。
2)在州图层上点右键打开LayerProperties对话框(如图5.9),进入Symbology选项卡,选中Show列表框中Quantities里的GraduatedSymbols。
3)
通过改变Fields里面的字段名称,这里选择Value:
POP1990,Normalization:
None。
设置Classification中的Classes为7级。
在SymbolSize中设置符号的由小到大的尺寸。
4)
设置分级符号:
在LayerProperties对话框中,单击Template按钮,打开SymbolSelector对话框,改变符号的尺寸、颜色,或者选择MoreSymbols丰富符号选择范围,这里不再赘述,重点介绍其中Properties的设置方法。
5)在SymbolsSelector对话框中单击Properties按钮,打开SymbolPropertyEditor对话框(图5.10)。
6)SymbolPropertyEditor对话框中,通过Preview里的放大缩小按钮,或者显示比例的下拉菜单可以改变符号的显示大小;在Layers选项组内单击符号轮廓线,再单击Color修改颜色;在符号轮廓模板内,选择所需要的符号轮廓,可以根据需要改变符号的Font和Subset。
单击OK按钮,应用符号。
7)完成符号设置后,如果想将此符号样式保存下来以便日后使用,可以在SymbolsSelector对话框中单击Save按钮,填入符号名称和所在的组类名称,单击OK按钮,保存此符号。
注:
在默认状态下,分级符号的大小是一定的,不随地图在屏幕上的缩放而变化,如果想在屏幕缩放的时候分级符号大小发生相应变化,可以单击快捷菜单的SetReferenceScale;若想恢复原来的状态,只要单击ClearReferenceScale即可。
另外比率符号、点值符号的设置过程同分级符号化相似,在此不作叙述。
3.统计符号设置
1)打开一个州图层和与州图层相关的城市图层。
2)
在城市图层上单击右键打开LayerProperties对话框(如图5.11),进入Symbology选项卡,选中Show列表框中Charts里的Pie。
3)在FieldSelection一系列字段中,挑选人种作为要进行符号设置的字段,单击Symbol下的色块改变符号的颜色和轮廓线。
4)单击Properties按钮进入ChartSymbolEditor对话框(图5.12)。
5)在Outline选项组中选中show复选框,显示符号轮廓线,单击Color色块确定符号轮廓线的颜色,在Width窗口输入符号轮廓线的粗细;在Orientation选项组中选择Arithmetic确定按照几何坐标绘制统计图,选择Geographic则按照地理坐标绘制统计图;在3-D选项组中选择Displayin3D,确定绘制三维立体统计图,调节Til和Thickness滑动条可以调整符号显示的倾斜角度以及饼的厚度。
6)
单击Properties按钮打开LineCallout对话框(如图5.13)。
7)
在LineCallout对话框中设置符号拖出线的长度,在Style选项组中改变符号拖出线的样式,Margin中设置符号拖出线的边界位置,单击确定按钮,返回ChartSymbolEditor对话框;单击OK按钮,返回LayerProperties对话框;在LayerProperties对话框中单击Size按钮,打开PieChartSize对话框(如图5.14);在VariationType选项组中选择FixedSize单选按钮,绘制固定大小的统计符号;在Symbol选项组中调节统计符号的大小。
8)单击确定按钮,返回LayerProperties对话框,单击应用按钮,关闭LayerProperties对话框,完成设置。
图5.15为美国各个城市人种数量比例的分布图,使用饼图来表示多个要素之间的数量比例一目了然。
4.组合符号设置
上面介绍的所有符号设置方法都只是针对单个要素的一项属性数据或者一项属性的几个组成部分来进行表达。
然而在实际应用中,仅仅针对单个要素进行符号设置是不够的,比如道路数据层中既包含了道路的等级,又包含了道路的运输量等;城镇数据层中,既有城镇的人口数量人口密度,又包含了城镇的行政等级、绿化面积等。
此情况下,可以使用组合符号表示方法。
例如用符号大小表示人口密度,同时用符号颜色表示行政等级。
1)打开一个州图层和与州图层相关的城市图层。
2)在城市图层上单击右键进入LayerProperties对话框(如图5.16)。
3)在Show列表框中选择MultipleAttributes下面的Quantitybycategory,在ValueField中选择Type字段,单击AddValues,把数量大于10的city类型都加进列表。
此例中一共有五种类型,分别设置各种类型的符号颜色。
这是组合符号设置中的分类设置。
4)单击Variationby选项组中的SymbolSize按钮(如图5.17)。
5)
在Value字段中选择POP1990,即1990年美国城市人口。
将这些数值分为三级,在Classes中选3,单击Classify按钮,将BreakValue中的值按制图要求改成规范值。
单击OK按钮,返回LayerProperties对话框,单击应用按钮。
通过对要素多种属性的符号设置,最终得到一张集城市分类和人口数量符号化为一体的地图(图5.18)。
它比单一属性符号化表现的内容更丰富。
5.1.3栅格数据符号化
1.分类栅格符号设置
分类栅格符号表示法是表达专题栅格数据的一种常用方法,类似于分类色彩符号法,是利用不同的颜色来表示不同的专题类别。
1)打开地表覆盖栅格图像。
2)在栅格图像上单击右键打开LayerProperties对话框(如图5.19)。
3)在Symbology选项卡的Show列表框中选择UniqueValue,在ValueField下拉列表框中选择属性字段Class_names,也就是类别的名称,勾选Symbol栏中第一个符号,确定了现有图例中未包含的所有其它值均用此符号来表达。
在没有值的那一条选项上单击右键,选择removevalues,将该符号从图例中删除。
4)读者可以根据需要改变各个图例的颜色,如果想恢复原来的彩色效果,单击LayerProperties对话框中的DefaultColor按钮。
5)单击确定按钮,完成分类栅格符号设置,返回ArcMap窗口(如图5.20)。
2.分级栅格符号设置
分级栅格符号表示法不同于分类栅格符号表示法,它是表示栅格数据类型的分级图,多用于制作地势图,植被指数图,地下水位图等。
1)打开某一DEM栅格图像。
2)
在内容表中栅格图像上单击右键打开LayerProperties对话框(如图5.21)。
3)
在Symbology选项卡的Show列表框中选择Classified,在Classes中选择级别数为9级,若想进一步调整分级,单击Classification按钮,在Classification对话框中调整分级方法和分级界限。
4)在ColorRamp下拉列表框中选择一种色彩方案。
5)选中Showclassbreaksusingcellvalues复选框,可以栅格单元的值作为分级标注数字,否则默认状态下是以分级方法计算的结果标注数字。
6)单击确定按钮,完成分级栅格符号的设置(如图5.22)。
3.栅格影像地图设置
栅格影像是栅格数据中的主要类型,组成影像的像元属性值一般在0~255之间连续变化,对于单波段图像,影像的灰度反映像元的属性值,对于多波段图像,影像的色彩同时取决于红,绿,蓝三个波段的综合作用。
所以栅格影像地图的设置工作主要是像元属性值的灰度或者彩色表达。
多波段影像色彩设置可以通过调整波段的组合来达到理想的效果。
1)打开一个多波段栅格图像。
2)进入LayerProperties对话框(如图5.23)。
3)在Show列表框选择RGBComposite,在RedBand中选择Layer_1,GreenBand中选择Layer_2,BlueBand中选择Layer_3。
Stretch下拉列表中选择StandardDeviations;
4)单击Histograms按钮打开直方图对话框。
5)在直方图对话框中分别调节红,绿,蓝三个波段的直方图改变影像的彩色效果。
6)单击确定返回ArcMap窗口,结果如图5.24所示。
5.2专题地图编制
地图编制是一个非常复杂的过程。
地图数据的符号化与注记标注,都是为地图的编制准备基础的地理数据。
然而,要将准备好的地图数据,通过一幅完整的地图表达出来,还有很多工作,包括版面纸张的设置、制图范围的定义、制图比例尺的确定、图名、图例、坐标网、指北针等。
5.2.1版面设计
1.地图模板操作
ArcMap系统不仅为用户编制地图提供丰富的功能和途径,还可以将常用的地图输出样式制作成现成的地图模板,方便用户直接调用,减少了很多复杂的程序。
1)在ArcMap窗口主菜单栏中,单击File下的New,打开New对话框。
2)选中Template复选按钮,确定建立地图模板。
3)单击OK按钮创建空地图模板,返回ArcMap窗口。
4)根据需要进行各种地图版面设置。
5)单击File下的SaveAs命令,保存经过设置的模板为User.mxt。
如果用户希望自己制作的地图模板能够像系统给定的模板文件一样出现在New对话框中,只需要在系统默认的模板文件夹路径,例如在D:
\ESRI\arcgis\Bin\Templates目录下新建一个文件夹User,将设置的模板文件保存在新建文件夹即可(如图5.25)。
2.图面尺寸设置
ArcMap窗口包括数据视图和版面视图,正式输出地图之前,应该首先进入版面视图,按照地图的用途、比例尺、打印机的型号等来设置版面的尺寸。
这是地图编制过程中一个重要环节,若没有设置,系统会采用默认的纸张尺寸和打印机。
1)单击View下的LayoutView命令,进入版面视图。
2)将鼠标移至Layout窗口默认纸张边沿以外,右键打开图面设置快捷菜单,单击PageandPrintSetup命令,打开PageandPrintSetup对话框,如图5.26所示。
3)选择打印机,设置纸张的类型。
如果在MapPageSize选项组中选择了UsePrinterPaperSetting选项,则Page选项组中默认尺寸为该类型的标准尺寸。
若不想使用系
统给定的尺寸,可以在Size下拉列表中选择用户自定义纸张尺寸,去掉UsePrinterPaperSetting选项前面的勾,在Width和Height中输入尺寸大小以及单位。
Orientation可选Landscape
(横向)或者Portrait(纵向)。
4)选中ShowPrinterMarginsonLayout选项,则在地图输出窗口上显示打印边界,选中ScaleMapElementsproportionallytochangeinPagesize选项,则纸张尺寸自动调整比例尺。
注意若选择此种方式的话,无论如何调整纸张的尺寸和纵横方向,系统都将根据调整后的纸张参数重新自动调整地图比例尺,如果想完全按照自己的需要来设置地图比例尺就不要选择该选项。
5)单击OK按钮,完成设置。
注:
关于尺寸设置中需要注意的问题是两种图面尺寸设置的差异:
若按照打印机纸张来设置图面尺寸的话,地图文档就与所选择的打印机建立了联系,当地图文档需要被共享,而接受共享的一方没有同型号的打印机时,地图文档就会自动调整其图面尺寸,变为接受共享一方默认的打印机纸张尺寸,破坏了其原有设置,因此推荐按照标准纸张尺寸或者用户自定义尺寸进行图面设置,这样地图文档与打印机是相互独立的关系,不会因为型号问题而改变原有设置。
3.图框与底色设置
ArcMap的输出地图可以由一个或者多个数据组构成,各个数据组可以设置自己的图框和底色。
1)在需要设置图框的数据组上右键打开快捷菜单,单击Properties选项,打开DataFrameProperties对话框(如图5.27)。
2)单击Frame标签进入Frame选项卡。
3)
图框样式选择,在Border选项组单击Style按钮,打开BorderSelector对话框(如图5.28),选择所需要的图框类型,如果在现有的图框样式中没有找到合适的,可以单击Properties按钮改变图框的颜色和双线间距,也可以单击MoreStyles获得更多的样式以供选择。
4)
单击OK返回DataFrameProperties对话框,继续底色的设置。
在Bac
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数据 可视化 表达