雏菊·地图·空间数据可视化

雏菊·地图·空间数据可视化

2019年12月10日

目录

1第一张可视化地图2 2空间数据的可视化——地图5 3程序员与空间数据的可视化6

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1第一张可视化地图2

1第一张可视化地图

什么是地图的可视化，我首先想讲一个故事：John Snow和他的“死亡地图”。如果哪一天有人问我地图的可视化有什么用，我想把这个故事讲给他。

19世纪的英国，每过那么几年，就有一个无形的杀手悄然而至，横扫整个城市，在几天之内就能杀死数以万计的市民，有的家庭在早上还是欢声笑语，而晚上已经是满屋横尸……

这个恐怖的连环杀手，就是十大传染病之一：霍乱。

书中是这样写的:他一度抬起头来，询问自己的母亲和姐姐。哥哥们沉默了。这个女孩焦虑地看着房间两端紧闭的房门。大家都没有说话，但是他已经知道真相了：每个房门后都躺着一具棺材。在前面的客厅里，百叶窗拉上了，父亲正趴在母亲的棺材上哭泣，女孩听得到父亲的哭声。

当时的伦敦坐拥250万人口，公共卫生系统却非常简陋，污水排放系统老旧不堪，人们居所的地下就是化粪池，整个城市臭气熏天。所以当时从政府到医学界都普遍相信，污浊的空气正是瘟疫滋生的原因。于是政府大力干预卫生治理，让人们把化粪池里的排泄物倒进河里，消灭臭气，也就消灭了瘟疫。

为了可是使政府相信霍乱的传染源是水，使政府应该把治理的重点放到水源，而不是空气上。但是政府一直不相信Snow医生的观点，Snow就是要通过所有SOHO区的居民都来这里打水的含有霍乱病毒的死亡水泵，来证明他的理论。

而他手里的武器，叫做数据收集和可视化。

他挨家挨户的敲门，收集整个SOHO区死者所在的位置，然后绘制了下面这张著名的「死亡地图」。

在地图上，他把无关的信息去掉，用短黑线代表死亡人数，用一个小圆圈代表那个死亡水泵，水泵周围布满了黑线，其他区域则一片空白。下面是放大后的死亡地图。

但是第一次他没有成功，但是他不服，又画了第二章地图。这次他把整个SOHO区按水泵的分布划分成不同区域，每个区域的人到对应的水泵距离都是最近的。最后再看地图，只有原来的那个水泵，像是一座孤岛，

1第一张可视化地图3

图1:这是John为伦敦霍乱绘制的第一张地图

图2:第一张地图的放大

1第一张可视化地图4

图3:最后死亡地图的定稿

周围布满了代表死亡的黑线。

更重要的是，当他把死亡地区用线圈起来的时候，一个更清晰的线索出现了：如果霍乱靠水泵中散发的毒气传播，那么以水泵为中心的死亡区域应该是一个均匀扩散的圆形；而在这幅地图上，死亡区域的边界并不是一个圆形，而是不规则的形状，有的地方凸出来，有的地方凹进去，而这些凹凸，恰好就是人们在错综复杂的街道上步行打水的路线。

这次他成功了，自此以后，英国再没有大规模爆发霍乱，各大报纸将靠一己之力说服整个政府的John Snow称为霍乱终结者。死亡地图也成为了第一张空间数据可视化所实现的地图

直到今天，在伦敦的Broadwick Street，依然伫立着一个水泵，它是当年那个「死亡水泵」的复刻品，与它隔街相望的，就是著名的JohnSnow酒吧。这是伦敦人民对这位医生的崇高致敬。

最后，也是最重要的，这个故事告诉我们，什么样的数据才能产生价值：霍乱的死亡人数和水源的位置不是秘密，任何人都知道，但只有当你用一种人人看得懂的方式把数据呈现出来的时候，它才能真正解决问题。这就是可视化带来的价值和意义。

而今天所谓的死亡地图就更多了，比如：

这些地图都是既死亡地图后，空间数据可视化在我们现在生活中最直

2空间数据的可视化——地图5

图4:民歌地图图5:生活爱情地图

图6:网络地图（QQ在线人数）图7:网络地图（全球幸福指数）

观的应用，所以下面我想集中说一下到底什么时空间数据的可视化。

2空间数据的可视化——地图

在今天这个数据爆炸的时代，当人类的认知能力越发收到传统传播方式的限制，可视化就更有了价值。第一，可视化可以更加直观的参考数据；第二，可视化可以帮助用户使用纷繁复杂的数据；第三，可视化还有一个好处就是更好的寻找关系。

正所谓一图胜千言，空间数据可视化最集中的表现就是地图。而地图是人类认识与改造世界及地理环境的必然产物与重要工具。它是一种使用图形符号表达的可视化产品。所以地图是一种空间认知语言。

通俗而言，地图是以其特有的尺度和图形符号直观展现人类居住的地理环境大到整个地球甚至外星球小到我们生活的居民小区通过抽象、概括、转换等，直观展示自然界的时空现象，以及反映人类的政治、经济、文化、

3程序员与空间数据的可视化6

历史等各方面的活动。所以凡是具有空间分布特征的任何现象不论具体或抽象，不分现实或假想，也不分过去与未来，皆可以地图来表达。

同样地图的发展也经历了漫长的时间演化。据考证，人类最早的地图大约在公元前6200年于土耳其出现。而今天所能看到的最早的地图是1895年在俄罗斯出土的年在俄罗斯出土的银壶上线刻地图。这张图上两条河流相汇成湖，山地、树木、鸟兽皆为侧面图。并且颇为写实的把高加索山脉的轮廓也描绘出来。

之后的地图一步步的不断发展，绘图也变得越来越标准，同时也出变了越来越多的绘制地图的方法，比如写景法，再比如记里鼓车等等。

现在科技的发展，绘图方法更加多样，像将纸质地图数字化，由作业员用光笔沿着旧图上的目标逐点采样，利用Arc/Info等软件加工成数字地图，进入基础地理信息数据库。又或将遥感图像经过剔除大气因素的影响、几何纠正、精纠正、图象增强处理、主成分变换、非监督分类、监督分类、空间过滤等一系列的预处理，运用PCI软件和Arc/Info等软件，在屏幕上通过人机交互的方式制成数字地图。

所以现代地图的定义是这样的：地图是遵循一定的数学法则将地理信息通过科学的概括综合，运用符号系统表示在一定的载体上的图形，以传递它们的数量、质量在时间和空间上的分布规律和发展变化。

地图学也由此展开……

3程序员与空间数据的可视化

在现代社会，为了实现空间数据的可视化有很多形式，除了我们常见的纸质地图外，还有基于计算机数字处理和屏幕显示的电子地图、通过多种媒体的集成形式综合、真实地体表现空间客体和现象的多媒体地图、借助仿真技术将空间现象信息以三维的、立体的或动画的形式直观、真实地表现出来的三维仿真地图、由计算机和其他设备组成的高级人机交互系统——虚拟现实。以上种种没有一个可以和软件脱开联系。所以在从纷繁复杂的空间数据到简明扼要的地图，程序员就是这其中的重要一环。而这群程序员有自己的专有名称：数据可视化工程师。

3程序员与空间数据的可视化7

作为一名工程师首先要做的是空间数据的处理和计算。空间数据多指在地理系中代表物理对象的数值信息。空间数据能够标识地球上任何物理对象位置，大小，形状。包含的属性，以及实体更多的信息。比如：地图数据、医疗影响数据、远程传播数据、对地观测数据、轨迹数据等等。所面临的主要数据结构是：结构化数据、半结构化数据、非结构化数据。以上是数据可视化工程师所要处理的数据类型大概概括。

而关于作为一名程序员的素养，也就是基本的编程能力，大致又分为两类：结果导向和工具导向。

结果导向型的工程师偏向于用可视化的工具来获得结果，作为一名结果导向性的工程师不能光懂可视化，还要解些算法，了解些商业，有些方法论层面的积累。可视化主要是工具，他们熟悉tableau，熟悉r的ggplot但大部分只是使用而已，不大会去精心设计可视化工具。

而工具导向型的人是做工程，做数据产品的。他们针对具体的case，把通用性可视化工具的能力输出到网站，针对特定的业务需求做深度优化，让一类用户可以方便地实现自己的查询流。这些人更多是需要前端能力的积累。这其中又分为偏向于前端架构的和专注于可视化的。其中涉及的更多技术又是更加的五花八门。

总的来说，未来如果想要成为一名可视化工程师的话一定要具有一下三个能力：数据分析能力、交互视觉能力、研发能力。

而作为一名软件学院的学生，或许未来我不一定会去做可视化工程师，但是我想，才刚刚大一的我，已经在未来大踏步前进的道路上迈下了坚定的一步。

这篇论文从我看过的一本书《死亡地图》说起：在19世纪的伦敦，John绘制的死亡地图是那个时代小小的雏菊，在可视化刚刚开始普及的今天，空间数据的可视化也同样是一朵小小的雏菊，但未来必定会连成一片汪洋大海！