论文：Attribute Signatures:Dynamic Visual Summaries for Analyzing Multivariate Geographical Data

作者：Author:Cagatay Turkay, Aidan Slingsby,Helwig Hauser, Jo Wood, IEEE, Jason Dykes

发表会议：VAST2014 INFOVIS

一· 论文概述

1 基础知识：

地理信息数据：受地理与地形信息影响(如：受海岸线、河流、道路等影响)、受不同政治区域影响、受不同经济活动影响。•分布于欧式空间上，具有边、界、方向，因变量是地理信息，自变量是相关属性（如人口密度等）。本文对地理数据的分析主要分为三个方向：

  • 位置(Location)：地理上的测量点
  • 范围(Scale extent (or domain))：我们所关注的一片测量区域
  • 分辨率(Scale resolution)：在一片区域内所能表达的细节总量

2 相关工作

地理位置相关的多元属性可视化难点主要是由于受屏幕空间和地图大小限制，我们同时一次只能展示少量属性，而由于地理数据可视化普遍要求保留地图信息，而地图信息往往已经占用了位置和尺寸信息两个可视通道。因此，这就造成了可视通道资源的进一步短缺。传统方法的地理数据可视化方法主要有：等值线图、热度图、配色方案等。但是这些方法同时间表现的信息过少同时，在表现这些信息的过程中还会对地图信息造成了遮挡。基于这些方法，后人对其进行了改进主要有：增加交互手段，如：过滤地图或属性信息或用特殊方式表现信息、强调绘制通道、并列与叠加(画刷选取)，维度缩减，如：PCA、其它统计学模型等。

3 本文主要内容

研究对象：Multivariate Geographical Data(多元地理信息数据)

可视化方法：Attribute Signatures (属性特征图)

使用数据：英国 2001 和 2011 年人口普查数据，使用了英格兰和威尔士 181,000 个地区的数据，其中每个地区数据有 41 种属性。

研究贡献：

  1. 提出了一种实时的同时研究多元属性与空间位置信息关系的方法
  2. 有效的可视化交互方法，保持空间上下文信息
  3. 图解说明了结合地理地形来分析多元信息是十分必要的

二· 具体内容

本文的可视化工具总览如图 1 所示

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其中左侧围地图，右侧为选取的各种属性，用户的主要交互主要在左侧地图部分，交互方式的对象主要为：地理位置选取，地理范围选取，选取分辨率调整。对于每个交互对象，作者主要使用了离散和连续两种方式。举地理位置选取为例，连续交互即用画刷在地图上画出一条连续的线段。这时右侧会根据你画出的轨迹，统计这条线段上经过的固定范围内各个属性的情况。从而利用折线图的方式在右侧表示出来。而离散型则是在地图上选取几个点，统计这几个点在固定范围内不同数据的变化情况。并在右侧属性面板里绘制出条形统计图。

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上图为右侧属性面板中一个属性的具体情况。其中可以看到在图中有一个虚线部分，这一部分为数据的基准，这一基准有很多方式，最主要的基准可以设定为全部数据集当前属性的评价值。这样可以方便读者来进行总体的比较。同时，这一基准也可以人为设定。例如我们可以设定这一基准为另一所城市，或者另一条轨迹的平均值。

除了基本交互外，作者还提供了辅助的交互手段：

  1. 属性特征图重排序：用户首先选择感兴趣的属性集合，计算每个属性集合的特征图。然后选择一个最感兴趣特征图，计算每个特征图之间的距离(相似程度)最后根据相似程度进行重排序，越相似，靠得越近。
  2. 特征图的绑定：用户鼠标可在特征图 X 轴上进行选择，所选 x 位置对应的折线会出现点，同时有一条垂直于 x 轴的竖线来帮助读者确定位置，而这一点线对所有的特征图是绑定的，即所有图会同时出现点和竖线，这样会方便读者对某一 x 值进行不同属性图间的定位。
  3. 更好的刷选方式 (keyframed brushing)：为了帮助读者在左侧进行刷选。作者准备了两个画刷，其中第一次画选为主画刷，第二次用于修正。通过两次画刷画的轨迹来绘制出一个较为平滑的曲线。

三 案例分析：

1 地理位置连续变化(SLc)

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首先是地理位置连续变化的案例，作者英国地图海岸附近花了一条线，然后研究这条线不同属性的特点，利用本文的系统，我们得到当前段区域内随作者划的线而变化的一些属性，用折现图来表示，在这里作者主要分析了四个属性：首先是人口密度，我们可以看出，在这条曲线上人口密度普遍偏低。同时尽管人口密度少，但是酒店跟餐饮业却很发达，同时别墅数目也很多。另外这里的农业和捕鱼业也是十分发达的。作者分析，这是因为，这一条线画在了英国沿海的城市，而据我们的常识，地区沿海的地区符合这些特点（比如：旅游业发达、捕鱼业发达等）

2 地理位置离散变化(SLd) ：

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这一部分中作者点选了六座城市比较，他们分别是：伦敦、曼切斯特、伯明翰、利兹市、利物浦、南安普顿市。可以看到在每一个图里，我们都能看到有一个城市特立独群，跟其他城市不一样，也就是我们的第一个城市伦敦，在所有图片中伦敦要么在所有的平均水平之上，要么就拉低了全国的平均水平。这是因为伦敦在全英国是一个比较特殊的城市，因为他的人口是最多的，有将近 700 万人。而位居人口第二的城市伯明翰也在图中，然而尽管他位居第二，但是人口缺只有不到 100 万人。因此，伦敦这个城市有着自己独一无二的显著特色。接下来作者分析了个人租房行为，我们可以看到伦敦租房数量最多，这显然是因为较其他几个城市而言伦敦更为繁华人口更为密集，外来人口多、房价高等因素导致了租房数量较高的特点。另一个比较特殊的城市，南安普顿市。南安普顿城市比较小 ，这所城市特殊之处在于，对比其他城市，这所城市在上世纪对于轿车进行了道路重修和改造，方便轿车出行，因此可以看出：这所城市私家车多，公共交通少。


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