[發明專利]基于平行坐標軸排列地理空間多維數據可視分析方法

有效

• 申請號: 201811377281.7
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109753547B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 周志光
• 申請（專利權）人: 浙江財經大學
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06F16/26;G06F16/28
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

本發明公開了一種基于平行坐標軸排列的地理空間多維數據可視分析方法，包括：對地理空間對象進行聚類分析，將地理空間對象的聚類分析結果在地圖上進行可視化展示，得到地理空間聚類的視圖；利用平行坐標對多維屬性信息進行展示，并采用核密度聚類對多維屬性信息進行聚類分析，得到屬性類別；利用互信息度量地理空間對象的聚類分析結果與屬性類別之間的相關性，在地理空間聚類的視圖中嵌入平行坐標系，利用所述相關性確定平行坐標系中的平行坐標軸的排列順序，對所述平行坐標系中的平行坐標軸按所述排列順序進行重新排列。本發明可有效地解決平行坐標系中難以集成地理空間對象，多維屬性信息關聯特征難以識別和呈現的問題。

技術領域

本發明涉及一種基于平行坐標軸排列的地理空間多維數據可視分析方法，屬于地理空間多維數據可視化及圖像處理技術領域。

背景技術

地理信息系統和經典的統計分析軟件是常用的地理空間多維屬性數據分析工具GIS為用戶提供了豐富的數據存儲、處理、計算、展示以及空間分析等功能。然而，其相對固定的分析功能難以滿足用戶對數據個性化的探索分析。而統計分析軟件難以有效分析規模較大，特征復雜的地理空間數據，在對地理空間多維屬性數據的深入探索和分析過程中存在一定的局限性。

相比于GIS和經典的統計分析軟件，可視分析有效融合了數據挖掘，模型分析等理論和方法，利用交互可視化界面對復雜的數據進行探索和分析，引導用戶全面而細致地分析探索地理空間多維屬性數據中潛在的關聯特征模式。

多維平行坐標是經典的多維數據可視化方法，隨著數據規模的增加，大量重疊，交叉的折線容易造成的數據分布混亂，導致平行坐標系中難以集成地理空間對象，平行坐標系中多維屬性信息關聯特征難以識別與呈現。

多維屬性數據分布于高維空間，超越人眼視覺感知范圍，難以直觀地認知與理解。大量經典而有效的可視化方法將多維屬性數據映射至人眼易于感知的二維空間中，幫助用戶快速分析與探索其在原始多維空間中的分布特征和關聯模式，如散點圖矩陣、降維算法、平行坐標等。散點圖矩陣是將原始數據的多維屬性排列式地布局到二維直角坐標系中，能夠有效呈現任意兩個屬性間的相關關系。為了減少散點圖矩陣中大量數據重疊所引起的視覺混淆，Matejka等學者通過定義平均有效不透明度變量，自適應地優化散點圖矩陣的渲染透明度，增強多維屬性分布特征的理解與認知。Goodwin等學者通過設計具有特定含義的圖標，有效表示散點圖矩陣中的不同單元，有助于感知和識別多變量數據在不同尺度，不同地理空間區域的分布差異。降維算法可以將多維數據以線性或非線性的方式投影至低維空間中。經典的降維算法如主成分分析，多維標度，自組織映射等。Turkay等學者針對多維數據集合中每個維度構建代表因子，有效融合PCA和MDS降維算法，實現多維數據的結構感知及特征分析。Yuan等學者設計并提出有效融合PCA和MDS算法的維度投影矩陣/樹，支持用戶交互式地探索和優化多維屬性數據可視化結果。Sacha等學者利用SOM算法對多維數據進行聚類分析和數據庫概覽，支持用戶對原始數據進行迭代式劃分，進而篩選具有代表性的屬性，以達到降維可視化的目標。平行坐標是將多維屬性抽象為二維空間中平行排列的坐標軸，進而連接不同屬性軸上的坐標，獲得多維屬性數據的直觀分布。相比于散點圖矩陣，平行坐標可以直觀地呈現多維屬性數據之間的關聯關系；與降維算法相比，平行坐標系則有效保留了原始數據的屬性分布特征。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于平行坐標軸排列的地理空間多維數據可視分析方法，可克服現有技術中平行坐標系中難以集成地理空間對象，多維屬性信息關聯特征難以識別和呈現的問題。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：

本發明基于平行坐標軸排列的地理空間多維數據可視分析方法包括如下步驟：

(1)對地理空間對象進行聚類分析，將地理空間對象的聚類分析結果在地圖上進行可視化展示，得到地理空間聚類的視圖；利用平行坐標對多維屬性信息進行展示，并采用核密度聚類對多維屬性信息進行聚類分析，得到屬性類別；