Cartogram自动构建方法与应用研究

发布时间：2020-09-17 17:56

　　随着信息和通信技术、计算机图形学以及可视化等方法与技术的发展,再借助于互联网广泛传播的效应,一类不再拘泥于传统标准地图精确限制的“准地图”得到了蓬勃发展,但“准地图”欣欣向荣的背后却存在诸多实际应用问题,而与此相对的传统地图学发展却处于低谷,面临新技术和新需求两方面的挑战。因此,将这些“准地图”科学地纳入传统地图学表示方法的体系框架中,丰富和深化传统地图学内涵,使之更好地顺应时代发展潮流,同时也增强这些“准地图”的应用范围,实现最终的“双赢”,这是本文的研究动机。本文以“准地图”中最为代表性的Cartogram为研究对象,开展了对Cartogram理论、构建方法与应用的研究。主要工作如下:1.从Cartogram产生的根源出发,结合时代的变迁以及技术方法浪潮的更迭,系统梳理了Cartogram的理论、方法和应用的历史发展脉络,便于后来研究者把握未来Cartogram的发展方向和趋势。在此基础上总结了Cartogram研究现状中存在的问题和不足,包括理论体系不够完整,构建方法与实际各学科应用结合的广度和深度不够,缺乏Cartogram对时空数据的可视化研究等,针对这些问题提出了本文对Cartogram理论、构建方法和应用的研究内容。2.建立了Cartogram的理论与方法研究框架。围绕Cartogram的基本问题、表示方法、生成方法和评价方法四个基础理论问题展开了研究。首先从Cartogram的多种中文释义入手,阐明了Cartogram的本质特点,提出了一个较为完备的Cartogram分类体系。并在分类体系的基础上,对Cartogram的表示方法以及和地图学表示方法的关系展开了深入地探讨。然后综述了不同类型Cartogram的构建方法,为Cartogram自动生成方法的优化与创新以及广泛的应用奠定技术与方法基础,归纳和总结了Cartogram的评价方法和指标体系。最后展示了后续章节的研究内容在整个体系框架中的位置。3.以近年来线状Cartogram中的研究热点—中心型时间Cartogram为研究对象,提出一种带有约束条件的移动最小二乘法的中心型时间Cartogram的构建方法。与以往的研究方法相比,该方法解决了时间Cartogram构建中出现的3个问题:(1)通过距离恒定性等原则解决了时间Cartogram与原地图的尺度一致性问题;(2)通过约束条件的控制解决了时间Cartogram中出现的拓扑错误问题;(3)通过多种可视化方法解决了时间Cartogram变形的可视化表达问题。最后,以2016年度北京市到全国307个市县的真实铁路时间数据为例,构建了以北京市为中心的时间Cartogram。该时间Cartogram以全新的视角展示了北京市与全国各城市间的时间距离关系。4.围绕面状Cartogram提出了一种面向双/多变量的连续面Cartogram的构建方法。该方法对经典的扩散模型连续面Cartogram的算法进行了优化和改进,通过积分步长逐步试探法大大缩短了算法的迭代次数,使得算法结果能够快速收敛,提高了算法的运行效率,从而实现第一变量的可视化表达;通过在连续面Cartogram上空间内插定位以及通过多种视觉变量组合实现对符号的扩展表达,从而满足第二(多)变量的可视化表达。最后以慕尼黑市人口密度和银行/ATM分布(双变量)数据以及奥格斯堡市人口密度、幼儿园分布以及规模数据(多变量)为试验数据进行可视化。试验证明:和传统方法相比,该方法能够更容易发现分布设施不均衡等问题,能够为城市规划、政策制定等提供辅助参考决策。5.将时间Cartogram应用于可达性空间格局演变的可视化与分析中。分别从“某一时间点下时间空间与地理空间的‘横向’比较”、“‘横向’比较的时间序列变化”和“时间空间的‘纵向’时间序列变化”三个视角展开研究分析,并对旅行时间数据和时空变化参数进行了深入分析,以此探索和挖掘城市格局时空演变规律。最后分别以1996、2003、2009和2016年为时间断面,以最短旅行时间和时空变化参数为研究指标,通过时间Cartogram可视化方法从多个角度展现了从1996—2016年北京市与其它226个城市间时间距离关系变化,从而提供了一种新的方法来审视和挖掘可达性空间格局演变规律。同时也为城市地理学、交通学、经济地理学等相关研究领域提供一种新的展现时空格局演变的可视化方法。6.以上述研究为基础,利用开源软件平台QGIS研发了Cartogram Extension的插件原型。该插件具体包含三项功能,中心型时间Cartogram的自动生成、面向双/多变量的连续面Cartogram的自动生成和Cartogram的动态可视化,该插件的开发和实现可以进一步展示本文的研究成果。同时由于QGIS本身是一个开源平台,因此该插件的开发也有助于本文的研究成果得到更好的应用和在更大范围内得到检验。
【学位单位】：战略支援部队信息工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P283
【部分图文】：

古地图,古罗马,地图

城市群关系的理解。另一方面也进一步挖掘 Cartogram 在学科领域将 Cartogram 应用到传统的双/多变量制图研究中，不仅有助于制图世界”，也将为双/多变量制图理论研究添加一个有力的武器。gram 的发展与研究现状合专题制图、统计图表以及数据可视化的发展历程[11]，在整体发展artogram 置于发展历程长河之中，从 Cartogram 的源头出发，探寻达方法的产生、内涵的发展以及当前的研究热点与存在问题。gram 的发展ram 以简化和变形来突出表现地理对象的某类属性‖的核心思想最598 年的古罗马地图——波伊廷格古地图（Tabula Peutingeriana）[9是一幅长条形（1*21 英尺）的卷轴图，绘制了罗马帝国的道路情里的道路以及旅行者的兴趣点。为了配合设计，该图中刻意应用了术。比如，由于尼罗河向北流动，所以在这个长轴图上无法被描绘此将它改为向东流动。并且它的流域三角洲扩大比例尺以详细显示

等高线图,等高线图,第一,等值区域图

数据的收集整理从科学技术和经济领域扩收集和发布人口、教育、犯罪和疾病等社会图形如散点图、直方图、极坐标图形等都已合的地图集，并且开始表达定量信息，应用领如，世界上第一幅等值区域图即是在 1826

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战略支援部队信息工程大学博士学位论文gram 的出现奠定了基础（如图 1.4 和图 1.5 所示），Nu ez 称此类方法为类 Cartogrtogram-like）表示方法，这应该可以看做是矩形 Cartogram 的原型[12]。类 Cartog最早开始在法国和美国比较流行。

【参考文献】