[發明專利]一種關聯層次數據的可視化方法和應用

有效

• 申請號: 201510854881.8
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105512218B
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 陳誼;趙云芳;孫悅紅;林曉蕾;張珣
• 申請（專利權）人: 北京工商大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 蘇愛華

本發明公布了一種關聯層次數據的可視化方法和應用，將兩類具有地域分布的關聯層次數據集作為待可視化數據，通過在放射環內放置地圖和引入過渡點，利用貝塞爾曲線將兩類層次數據集S1和S2中的數據節點進行連接，通過繪制矩形熱圖進行可視化。該方法應用于農殘數據可視化分析，把具有關聯性的農產品類和農藥類設為兩類具有地域分布的關聯層次數據集，繪制地理熱圖、放射環分別表示超標農藥農產品、超標農藥類別、農藥毒性分布；繪制貝塞爾曲線和矩陣熱圖。本發明利用多視圖和交互方法對關聯層次數據進行可視化，具有平穩性、連續性和可讀性。

技術領域

本發明屬于信息可視化領域，具體涉及一種基于熱圖和放射環的關聯層次數據可視化方法和對農殘數據進行可視化的應用。

背景技術

現實世界是一個三維空間，包含地域分布的數據隨處可見。身處大數據時代，數據量變大、數據維度增加、數據類型更為復雜，針對關聯層次數據的可視分析也成為炙手可熱的話題與挑戰。其中一個非常具有挑戰性的大數據類型是具有地域分布的關聯層次數據。例如，在食品安全、交通、運輸物流、商業貿易、電子通信行業的數據，它們普遍包含地理位置信息、層次關系以及關聯關系，且每個節點和鏈接具有多個屬性值。

迄今為止，針對不同類別的空間數據已有許多相應的可視化技術，主要分為點數據可視化、線數據可視化和區域數據可視化三大類，三類可視化技術的定義、不足和解決方法如表1所示：

表1點數據可視化、線數據可視化和區域數據可視化的定義、不足和解決方法

區域數據可視化，根據不同的映射方法，可分為地區分布圖(Choropleth maps)、統計地圖(Cartograms maps)、比例標記地圖(Proportional symbol maps)三類，主要通過顏色或區域面積大小實現數據與區域的相互映射。現有的地圖可視化，采用地圖體現地理數據外，其他類型的數據主要通過兩類方法展示。第一類是地圖與其他可視化方法組合，最常見的直接在地圖上體現，將統計圖表放置在地圖上，通過顏色、標簽、文本框添加提示，幫助用戶理解；其次就是放置在地圖外，主要是將地圖放置在中心，外圈采用其他可視化技術，例如采用Necklace Maps，統計數據映射到項鏈環上的每個餅狀圖上，只能呈現地理位置信息和單一的統計信息。第二類是通過多視圖方式展示。地圖面積有限，從中得到的信息也有限，這時就需要通過與地圖鏈接的其他視圖來呈現數據的多面化，幫助用戶獲取更多潛在的信息。然而，針對具有空間分布的關聯層次數據，現有的空間數據可視化并不能滿足其需求。

層次數據可視化主要分為兩大類：節點鏈接(Node-Link)法和空間填充(Space-Filling)法。最常見的空間填充法有放射環和樹圖。Danny Holten在其文章中提到四種方法。第一種是用嵌套圓表示包含關系，用直線邊表示關聯關系；第二種是用樹圖表示包含關系，用基于貝塞爾曲線的連線邊表示關聯關系；第三種是用矩形代表節點，用矩形的嵌套表示包含關系，用折線表示關聯關系；第四種是用節點-鏈接表示包含關系，用鄰接矩陣表示關聯關系；后兩種對前兩種視覺雜亂的問題有所改進。此外，Gou L等在2011提出一種利用放射環表示包含關系，用曲線表示關聯關系，該方法不僅可以很好的表示關聯關系，還利用邊綁定技術降低了視覺雜亂，能很好的理解數據。2014年，Chen Y等提出一種雙關聯樹的混合布局算法，通過節點鏈接和放射環分別表示兩類層次數據，通過貝塞爾曲線呈現關聯關系。但以上方法對于數據的空間分布并沒有很好的展現。

在地圖繪制中最早使用的是流程圖與地圖的結合(稱為流型圖)，將走勢相同的連線綁定在一起，即對連線進行聚合，不但減少了視覺的復雜度，同時也提供了對數據更多層次的了解。但該算法只針對單個或少數起始點的連線問題，當出現多個起始點時，一般采用網絡可視化中的邊綁定算法，如：經典的層次化數據的邊綁定算法(HEB算法)等等。但這些現有的邊綁定技術綁定后的邊只能看到整體趨勢，無法查看細節。