新冠肺炎疫情数据动态可视化方法研究 公共管理专业.docx

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1、目录1 绪论11.1 目背景与意义11.2 国内外研究现状21.3 本文内容及组织架构42研究基础52.1动态可视化52.L1时空数据动态可视化52.1.2动态地图52.2时态GIS62. 2.1概念63. 2.2主要功能74. 2.3应用领域72. 3技术基础83疫情数据动态可视化设计93.1动态可视化表达的目标要求93. 2时空过程动态可视化方法93. 3动态可视化设计103. 4项目可行性分析114基于ArCGlS的动态可视化实现过程114.1数据准备114. 2数据的连接与转置124. 3动态图生成124. 4创建图表154. 5疫情动态地图16结论17谢辞18参考文献18摘要：202

2、0年，是人们共同奋斗的一年，在年初，突如其来的新型冠状病毒肺炎疫情随着春运的人员大规模流动在全国乃至全世界快速地蔓延，这之后疫情的相关动态就每时每刻都牵动着全球民众的心。事实证明，信息的公开透明、及时有效和实事求是有利于疫情的防控。信息的可视化有利于对多样化数据的挖掘，能将数据的特征、客观规律及隐藏在背后的信息直观地呈现出来。而数据动态可视化有利于普通用户和管理人员快速对疫情数据进行分析、判断，预测发展状态。尤其是GIS中的时态GlS的发展和应用，对具有时空特征的数据的描述有重大意义。本文以研究新冠肺炎疫情数据动态可视化方法为目的，在时空数据动态可视化、时态GIS等相关研究理论的基础之上，利用

3、信息技术可视化展示非空间、利用GIS挖掘新空间，并试图将两者的优势进行充分的结合，最终设计实现新冠肺炎疫情数据的动态可视化。从而帮助公众更直观、快速地通过数据的动态化展示获取他们所想了解的信息。关键词：新冠肺炎;GIS;时空数据;动态可视化StudyonDynamicVisualizationMethodofCOVID-19DataAbstract：Theyear2020wasayearofcommonstruggle.Atthebeginningoftheyear,thesuddenoutbreakofnewcoronaviruspneumoniaspreadrapidlyinthewhol

4、ecountryandaroundtheworldalongwiththemassmigrationofpeopleduringtheSpringFestival,andthedynamicsoftheoutbreakhavetouchedtheheartsofpeopleallovertheworld.Factshaveprovedthatopen,transparent,timely,effectiveandrealisticinformationisconducivetothepreventionandcontroloftheepidemic.Thevisualizationofinfo

5、rmationisconducivetotheminingofdiversifieddata,whichcanvisuallypresentthecharacteristics,objectivelawsandhiddeninformationofdata.Dynamicvisualizationofdataishelpfulforcommonusersandmanagerstoanalyze,judgeandpredictthedevelopmentstatusofepidemicdata.Inparticular,thedevelopmentandapplicationoftemporal

6、GISinGISisofgreatsignificancetothedescriptionofspatiotemporaldata.BasedonspatiotemporaldatavisualizationandtemporalGIS,thispapercombinesGIStechnologywithinlbrmationvisualizationtechnology,andmakesfulluseofGISabilitytominespatialinformationandinformationvisualizationtoshowtheadvantageofnon-spatialinf

7、ormation.Thushelpthepublicmoreintuitive,fastthroughthedynamicdisplayofdatatoobtaintheinformationtheywanttoknow.KeyWords：COVID-19;GIS;spatio-temporaldata;dynamicvisualization1绪论1.1 项目背景与意义众所周知，在我国过去的十年间，像禽流感、甲型流感等公共卫生事件对我国社会经济发展造成了不可忽视的损失。不幸的是2019年我国再次面临一次重大的突发性公共卫生事件一新兴冠状病毒，新兴冠状病毒比以往过去十年的任何一次卫生事件更难以

8、控制，可以说这是新中国成立以来，我国乃是全世界面临的防控难度最大的一次卫生安全事件。在其于2019年12月末在武汉出现首例病毒性肺炎病例后，该病迎来了一次大范围爆发。世界卫生组织于2020年1月12日将它命名为SARS-CoV-2GeoStarCitystarSUPernIaP等。这类软件具有相似的功能集合，而主要的区别则在于，它们在操作流程及用户界面等信息呈现方式上存在不同，此外它们的数据量、速度等影响操作效率的效能也存在差异。此类相似性，也同样表明了GIS技术的成熟。而在这些大量的GIS软件平台中，美国ESRl公司开发的ArcGTS此类GTS软件平台是功能最完善的平台，它拥有着最强的空间处

9、理技术以及更完备的空间分析功能，这也同样是其他软件所不能拥有的。ArCGlS则是综合性的地理信息处理平台，用户们可利用它完成对地理信息的发布、沟通、阐析、管理、组织和搜集。ArCGIS是由世界技术领先的GlS系统所构建的平台，它可为各国媒体舆论、教育、科技、公司以及政府提供地理知识应用服务。ArCGlS也同样能够上传地理信息，这样全部的用户都可随时使用和访问它，本研究就是使用ArCGlS对时态数据进行动态展示。3疫情数据动态可视化设计2.1 动态可视化表达的目标要求主要指的是在或长或短的时间发展过程中，地理时空对象的属性或形态发生的离散或连续的衍变历程。而相较于传统的空间数据，疫情数据又增添了

10、时间维度，这也使疫情数据在储存、数据操作、数据结构以及数据语义理解等方面均存在复杂性。由于疫情数据在时空和地理方面都存在动态性，故而对其的可视化展示，也同样是根据时间衍变来不断对地理信息数据加以更新的动态过程。与此前的可视化地图和地理信息相比，动态可视化技术对技术的表达成效及应用方法提出了更高的要求，具体主要包涵了以下四方面：(1)动态效果:时空数据最显著的特点在于，它可以清晰展现出时空数据的衍变历程，并表现动态状况在时间衍变过程中的周期性、次序性以及趋势性，进而实现动态成效。这种动态成效是在时间衍变过程中，对时空历程加以拣选后所产生的近似性效果，也同用户对动态状况的感知相同。(2)可交互性:

11、交互主要指的是计算机和人进行交互的过程，可按照用户需求来完成对可视化技术的应用而非单纯依照计算机程序来展示数据，这也同样是科学可视化发展的重要标志。可交互性可以帮助用户感知和观察地理时空的衍变，而目前研究者也开发出了不同界面的人机交互方法，进而使人机在信息沟通和感知方面的能力得到了增强。(3)可同溯性:时空数据当中包涵了十分全面的历史数据，这也是相较于静态数据，时空数据所蕴含的优势。对时空数据的历史状况加以回顾，是实现动态可视化的重要保证。它的作用除了对历史场景加以再现外，也同样要对不同阶段的历史状态加以比对，进而保证用户可清楚了解到发生的动态变化及历史的状况。(4)平滑流畅:动态可视化重点是

12、要从数据库当中调取和访问相关时空的数据，同时根据事件的衍变来体现相应的时态变化数据。因此动态可视化的实现有赖于高校提取和检索相关数据的技术，这也将增强动态可视化的技术体验。3. 2时空过程动态可视化方法(1)时间轴动画：根据相应的时间跨度，根据时间轴的逆向或正向方式来展现不同区域的地理实体的衍变历程，这也同样是人们研究时空衍变最为有效和直观的技术方法。用户可通过时间轴动画，制定动画的起始与结束阶段，并根据时间对应的数据库，将特定时间所对应的数据库加以关联，并对变化历程中的播放方向和时间范畴加以限定，进而加入到时空筛选计算当中。20。(2)多时态对比：首先明确即将进行对比的特定时间点，而后再采用

13、多是口的模式，对相同区域中不同时态的地理实体差别进行清晰的展示。这也将对人们对区域变化和发展的研究产生关键作用。对用户所要查询的特定时间，应当根据时空筛选机制，从过程库、历史库和现势库当中获取信息，共同组成相应时空的版本库。而后再将版本数据加以可视化调整。在用户指定了n段时间以后，则会相应的出现n段时间场景的数据，而将这些数据分别对应到不同的视口中后，可同时呈现出不同时态的场景数据，同时也可发现不同视口中的数据主要由相同的漫游奇来进行控制，进而实现了相同视角、相同为之的观察和蛮有，进而可充分比较同一地区中发生的变化。(3)实体历史回溯：根据地理实体作为研究目标，并对地理实体的实体ID等检索条件

14、为基准，重点在数据库中查询不同时空范畴中实体的状态和存在方式，并有效呈现特定实体在历史演变过程中的变化状况的方法。3.3动态可视化设计(1)研究设计原则对疫情数据的动态反映，主要是为了能够让人们及时地查询到疫情的时空分布状况，并用可视化的方式对疫情动态加以呈现，而在实现这一目标的过程中则可采取多种思路、方法和原理来展现疫情数据的更新。在设计时，主要应当重视如下几方面的问题：根据研究的方向具体明确研究的需要。研究的最终目标决定了研究结果的主要方向，研究结果需要帮助公众更简单、直接的理解和分析数据，了解研究所表达出的信息。如果研究设计过于复杂，非专业人员不能很好的使用，则该研究就失去了意义。可确保

15、搜集的资料和数据的准确性与全面性。方便用户们进行设计交互。此系统本身拥有较强的交互性，也便于客户加入到制图工作当中，在用户们进行操作与判断的过程中，可以充分满足自身的个性化服务需求。动态地图显示友好，动态化展示方式多样。友好清晰的设计更有利于公众快速了解想要获取的信息,多样化的展示也能够满足更多人的需求，也能让公众从多角度了解所需信息。(2)研究设计目标新冠肺炎疫情数据动态可视化的目的是为了研究地理信息系统与信息可是话技术的结合，故而本文除了要充分阐述信息可视化的目标，即对多元化的数据加以分析，使数据中呈现的客观规律、特征以及隐藏的信息等加以明确表现，同时还应当运使GIS技术，使之同信息可视化

16、技术相融合，进而有效发挥GlS对非空间信息加以可视化展现，以及对空间信息进行充分发掘的能力，使之在地图上更好的做出展示。(3)研究设计针对新冠肺炎疫情数据的特点以及对地图显示的需求，该研究主要包括以下内容:疫情地图浏览、疫情数据的动态显示等。研究的基本内容：疫情地图浏览、疫情数据在地图中动态显示、用其他方法展示疫情相关数据的信息等。研究要能直接的表达数据的变化。对于信息的可视化，用数据的的变化传递信息是一种常用的方式,动态的可视化方式可以非常直观的将这种变化呈现给公众，所以要使疫情数据随着时间变化在地图上动态展示。3.4项目可行性分析通过对国内外研究现状的查询和了解，并对现行研究内容进行了分析

17、和总结，影响可行性的几类要素主要包涵了：(1)技术可行性：此项目应当通过WindoWS来进行具体运行，并使用ArCGIS来完成绘图，同时计算机上仅需下载ArcGIS软件，至少包括ArcMap与ArcCatalog,不需要大型的系统软件和应用软件来支持。在人员配置上，需了解GIS相关知识并会使用ArCGlS,综上，研究该项目具有技术可行性。(2)系统经济可行性：该项目作为非盈利项目没有后续销售收益，但该项目的实现有助于之后做进一步研究。(3)法律可行性：该项目研究所使用工具和技术不违反法律。(4)扩展可行性：该项目寿命在5年以上，将根据未来需求进行扩展到更多领域。(5)运行可行性：该研究考虑公众

18、要快速获取信息，尽量做到界面美观，直观，易于了解信息。综上，该项目具有可行性。4基于ArcGIS的动态可视化实现过程本研究使用的是疫情期间公开的确诊数据，以全国各省份地理位置为范围，利用ArCGIS中的时态GIS工具时间滑块来将确诊数据动态的展示出来。这样的可视化方法能让地图中的确诊数据更直观、丰富和细致的阐释各地疫情的严重程度和发展变化，这对全国疫情增长的趋势做出了可视化的动态疫情图。使得公众可以发现随着时间的推移，新型冠状病毒在全球和全国的蔓延态势，直观的发现中国疫情的拐点。使得公众可以结合时事政治，了解国家的不同的措施对本国疫情控制的影响。4.1数据准备我们可通过各种平台的公众号、网站以

19、及线上平台中获得疫情的报告地图，并发现这些平台已对疫情进行了可视化的展现。所以网上可以有多种方式获得数据，卫健委所下达的疫情报告是相对官方的数据，各地卫健委官网上均反馈了有关信息，不过这种数据还不能够完全作为研究全国疫情的依据，并且卫健委的通告基本上是文字的形式还需要自己处理。想要获取全球各个国家的数据还可从阳0(WorldHealthOrganization)官网获的。另外还可凭借已有的开源项目获取数据，如GitHUb上的开源项目，这个项目的记录从2019年12月1日开始，每日精确到国家、省、市的确诊、疑似、治愈、死亡人数。2019-12-01至202（三）l-02数据来自asycns提供的

20、实验室确诊数据。2020-01-02至202O-OlTO数据无变化。2020-0170至2020-02-06数据来源是国家、各省、武汉市卫生健康委员会的疫情通告。之后的数据是从今日头条界面上收集的。数据以CSV格式存储在版本库中，同时提供JSON及EXCEL格式数据。该研究数据是从2020年2月5日开始，到2020年8月6日结束。该数据描述的是全国每日新增确诊的数量。此数据囊括了不同日期、不同省份地区每天的病情变化情况，且数据在进行实时更新，故而在研究过程中，每天都应对应相应的字段，而每天的字段命名格式为yyyymmdd,数据类型为文本。4. 2数据的连接与转置将获取到地确诊数据与地图数据利用

21、“连接”功能进行“连接”。由于数据是动态演变的，需要每天的矢量面都有一个记录。而且因为数据量大，所以利用ArCGIS软件的工具箱中的“转置字段”工具，生成一个结果包含“省”、“DATE”、“num”字段的属性表，“省”的数据类型为文本，“DATE”的数据类型为日期，“num”的数据类型为长整型。最终总共6255条数据。结果片段如图2所示:内容预览捅述FIDShape,Objictid省DATEnsO面1北京2020/2/1121面2天津2020/2/11132面I3河北2020/2/11293五4山西2020/2/11344面5内蒙古2020/2/11325面6辽宁2020/2/111267吉

22、林2020/2/11478黑龙江2020/2/1189上海2020/2/119IO江苏2020/2/1110面11浙江2020/2/1111面12安徽2020/2/111213福建2020/2/111314江西2020/2/11H面15山东2020/2/1116381516河南2020/2/11191617湖北2020/2/114217面18期南2020/2/11718面19广东2020/2/11219面20广西2020/2/111920面21海南2020/2/11421百22重庆2020/2/111822面23四川2020/2/11523面24贵州2020/2/11424面25萌2020/2

23、/11O25面26醯2020/2/11826面27陕西2020/2/11O27面28甘肃2020/2/11O一28面29青海2020/2/11929面302020/2/111430面312020/2/11631面322020/2/11O32面332020/2/111933面342020/2/117图2数据处理后的部份表格4.3 动态图生成选中处理完成后的数据图层，并打开“属性”，在“时间”标签里选中“在图层中应用时间”的复选框，继而在加入时间数据以后，明确其时间属性，而后再借助ArCMaP来加入不同时间段的数据。继续对“时间”标签下其他内容进行编辑。对“图层时间”进行点击，同时选定“结束和开始

24、的时间字段”，若时间被某个特定的属性图层所收藏，那么要应用“不同要素拥有单个时间字段”；若要素的起始和结束时间分别为两个不同的字段所储存，那么则应采用“不同要素拥有开始和结束的时间字段”，在此过程中，不同的时间段通常会展现出不同的要素，同时也主要由结束和起始字段的时间值来决定。本研究选择“每个要素具有单个时间字段”。对步长和时间加以调整，并根据固定的时间段对实况数据加以搜集。而时间步长还可对石台数据的相隔距离加以定义，并可运用时间滑块来查阅特定间隔的有关数据，设置结果如图3所示：图3图层属性编辑效果在“工具”中打开“时间滑块”编辑器，它可按日期显示数据，时间滑块与瞬时地图效果如图4与图5所示。另外“时间滑块”还可导出为视频，以便储存和查看，导出格式为avi,如图6所示。中国各省新冠新1图4时间滑块效果DSB0-1 -1 0 12 -18=)32 -37a49 - 5679 -