徐扬

（苏州市国土资源局）

 

摘要：本文是在专题地图制图理论的基础上，论述了统计专题图表系统的在地理信息系统中的重要作用，介绍并分析了国外典型的地理信息系统软件的专题图表模块的现状与特点，提出了统计专题地图制图模块有待进一步研究和解决的问题。

关键词：地理信息系统   统计专题地图

1．统计专题图表制作模块在GIS中的应用

地图是人文环境与自然环境的再现，它可分为两类：普通地图和专题地图。专题地图就是突出而完备地显示一种或几种自然和社会经济现象及有关概念的空间分布的定性、定量或发展变化规律的地图。专题地图作为对空间地理目标专题数据或属性数据最有效的可视化工具，不仅能将GIS中的专题信息进行渲染和直观的可视化分析，而且能对地理信息进行深加工，发掘隐含在数据中的内在规律及相互联系，为人们获取某种或某些特定的信息提供一个有效的技术手段。

在GIS平台中，应具有采集、存储、管理、分析、显示等功能，是分析和处理海量地理数据的通用技术。而地物或现象的属性信息或变化发展规律和趋势并非直观的能展现在人们面前，而是隐藏于大量的统计数据中，统计专题地图的主要目的就是将这些隐藏于统计数据中的有用信息和发展趋势以可视化的图形方式显示出来，让用户通过图形视觉感受获取知识和信息，完成信息传输功能。可以说统计专题地图、统计专题图表是对GIS中的数据进行深加工的产品。

随着GIS的飞速发展，用户已不再满足于简单的地形显示，而是GIS与各行各业的结合。GIS根据用户的需求，对各类专题属性数据进行提取，通过科学的分类、分级方法，用各种专题符号以直观的形式表现在地理地图或以图表的形式表现出来。

GIS中的统计专题地图生成与表现是一个复杂的过程，他基本涵盖了传统的手工统计专题地图制作的全部过程，是传统的手工统计专题地图制作的全部过程的计算机抽象。由于统计专题地图的制作过程是一位或多位制图专家多年工作经验的反映，其中包括了大量的地图制作规律与原则，及对这些原则的概括和总结抽象，以带有制图专家的个性的方法表现出来。这个统计专题地图的制作过程全程的运用计算机来模拟。也就是统计专题地图制作专家系统的概念。这个专家系统应是：

理解问题（在制图中指，分析何种数据是主要的，何种类型区域分布对地图用户是最显著的和最明显的。）

解决问题（找出地图中的最佳结构和图形标示的什么模型等。）

解释给出的解法(即解释使用的表示法则或参数，最终还应将分布情况表现出来。)

调研相关领域（规则、地理、人口统计学、政治与经济中的概念等。）

评估其解决问题的能力（发现图形规则与法规结构中的空白区，估算决策中的模糊部分等）。

获取更多知识并对其进行组织（在制图中，例如,通过自动测试所编制地图的图像密度，重叠或遮盖的符号，同时也结合该系统所产生的地图人工评估结果。）

由于专题图的领域很广，面对的是各种用户的各种需求。解决方法经常会完全不同，且相互间很少有联系，考虑到这两种不同方面的复杂性，建立用于设计各种专题地图的综合性专家系统是极其复杂、近乎不可能实现的。现实的方法是不得不侧重于一些面对不同分支的有限或单个的应用。例如：日本的“灾害与防治制图系统”等。

作为通用的GIS平台，在目前条件下，建立全面的专题制图专家系统还有一定困难。但是，作为普通的GIS用户对统计专题地图并不了解。同样不可能要求普通的GIS用户先了解专题地图制作的原则规律，再去进行操作。因此，我们应总结出几种较带有普遍意义的统计专题图种类。以较为简单的方式，如：制图模板。来引导用户完成对数据的分析、显示。

专题地图可以划分为定性专题地图和定量专题地图。定性专题地图用于表示种类或名称现象数据的空间分布和定位特征，定量专题地图则强调不同位置上空间地理目标的数量。

制作统计专题地图是根据某个特定专题对地图进行“渲染”的过程。所谓的专题渲染，就是以某种图案或颜色填充来表明地图对象（点、线、区域）的某些信息（例如人口、大小、年降雨量、日期等等），也就是说，这类渲染存在着主题，经过这样渲染的地图就是专题地图。利用统计专题地图制作系统，可根据数据库表中特定的值，赋给地图对象颜色、图案或符号，从而创建不同的统计专题地图。

统计专题地图是最典型的定量专题地图。地物或现象的属性信息或变化发展规律和趋势隐藏于大量的统计数据中，统计专题地图的主要目的就是将这些隐藏于统计数据中的有用信息和发展趋势以可视化的图形方式显示出来，让用户通过图形视觉感受获取知识和信息，完成信息传输功能。

统计专题地图的一个显著特征就是能将数据库中的信息进行直观的可视化分析。统计专题地图是用于分析和表现数据的一种强有力的方式。用户可以通过使用统计专题地图的方式将数据图形化，使数据以更直观的形式在地图上体现出来。当使用专题渲染在地图上显示数据时，可以清楚地看出在数据记录中难以发现的模式和趋势，为用户的决策支持提供依据。

还有一种统计专题信息的表示方法就是统计专题图表。统计专题图表是一种用统计符号图形（表）表示制图现象数量、质量特征、内部结构和相互比较的方法。该法表示制图现象的主要表现形式是各种统计数据，可以是单一因素的单一指标，也可以是多种因素的多种指标。即有绝对指标，也有相对指标。

 

2． GIS中统计专题地图制图模块的发展现状

GIS中的统计专题地图生成与表现是一个非常复杂的过程，他基本涵盖了传统的手工专题地图制作的全部过程，是传统的手工专题地图制作的全部过程的计算机抽象。

根据专题地图的重要作用及广大用户的迫切需求，国内外流行的商品化GIS软件，例如：MapInfo、ArcView、GeoMedia、Maptitude、超图等等，纷纷推出了自己的具有统计专题地图制作功能的模块，在制作统计专题地图方面各具特色。

1、MapInfo为创建专题地图提供了强有力的支持。用户可以使用范围值图、等级符号图、点密度图、独立值图、直方图和饼图等多达六种方式来创建不同的统计专题地图。
　　（1）范围值图。按照设置的范围显示数据。这些范围用颜色和图案进行渲染。范围统计专题地图能够通过点、线和区域来说明数值，在反映数值和地理区域的关系(如销售数字，家庭收入)，或显示比率信息如人口密度(人口除以面积)时是很有用的。
　　（2） 等级符号图。等级符号为表中每条记录显示一个符号，符号大小与数据值成比例。等级符号地图用特定的数值来显示数据点，对于阐明定量信息(如由高到低依次变化)很有用处。符号的大小与该点对应的数值成比例，数值越大点就越大，数值越小点就越小。因此，等级符号最适合数据值数据。
　　（3）点密度图。在地图上用点来显示数据，每一点都代表一定数量，某区域中点的总数与该区域数值成比例。每个点代表一定数量的单元，该数乘以区域内总的点数，就等于该区域的数据值。
　　（4）独立值图。按独立数值渲染地图，可以表达多个变量。根据独立值绘制地图对象的专题地图有助于强调数据的类型差异而不是显示定量信息(如给定区域内的商店类型、分区类型等等)。
　　（5）直方图。将表中每条记录的统计专题变量显示为一个直方图。使用直方图可分析地图中每条记录的多个变量。比较每个直方图中各直方条的大小可考察表中某条记录，比较所有直方图中某一条的大小可考察所有记录的某个变量，而比较各直方图的高度可考察整张表。用直方图来表达负值时，该条会沿直方图反方向伸展。在叠加直方图中不显示负值。
　　（6） 饼图
　　以饼图显示表中各记录的专题变量。饼图可包含多个变量。在地图上使用饼图可一次分析多个变量，比较每个图中饼扇的大小可考察表中某条记录，比较所有饼图中某一个扇形，可考察所有记录中某个变量的变化，比较各饼图的直径可考察整张表。

其主要分级方法有：分位数法、标准差法、等差数列法、等面积法。

2、ArcView提供了一种“图例编辑器（Legend Editor）”的专题制图工具，包括单一符号图（Single symbol）、独立值图(Unique value)、分级色彩图(Graduated color)、分级符号图（Graduated symbol）、点密度图(Dot)、饼图（Pie）和直方图(Chart)六种统计专题地图，由五种可选择的分级方法：自然裂点法（Natural breaks）、分位数法（Quantile）、等面积法(Equal Area)、等差数列法(Equal interval)和标准差法(Standard deviation)。（参见Using ArcView GIS）。

3、Maptitude 提供了六种统计地图向导：图表专题图、图案专题图、点密度专题图、饼图和直方图、比例符号专题图、棱柱图，并提供五种可选择的分级方法：分位数法、等差数列法、等面积法、等长度法、和数值表法（参见Maptitude 4.0用户手册）。

这些软件的统计专题制图工具都由一系列对话框组成，通过对话框完成必要的人机交互或参数输入，并能根据系统提供的缺省参数制作出多种统计专题地图，而且具有强大的修改统计专题地图功能，如可以修改数据的分类、分级方法，表示等级数，符号的形状、色彩、填充方式等。

但是，这些GIS软件的统计专题图制作工具还存在许多不足，如统计专题地图类型较少，不能完全满足用户需求，数据处理的数学模型较少，所用的分类、分级算法大都采用传统的数列分级法、分位数法、标准差法等，不能满足复杂多指标数据的分类分级处理;数学模型基本没有考虑数距本身的分布特点，分类分级结果不一定合理。近些年许多专题地图制图专家和学者陆续提出了一些更符合专题地图制图原则的分类分级算法还未采用，如陆效中博士提出的具有数学规则的最优统计地图分级法等。专题符号库不能满足用户的特殊要求，许多复杂符号难以实现，符号的组合能力还不够强等。另外，这些GIS软件的统计专题图制作工具完全使用自己的数据结构和格式，对于大量已建成的专题数据库使用起来需要做大量的数据转换工作，对于用户的使用来说很不方便。这也正是这些统计专题图制图工具不能很好利用起来的重要原因。