Карта потока

Карта Шарля Жозефа Минара, изображающая вторжение французов в Россию в 1812 году .

Карта потоков — это тип тематической карты , на которой для обозначения движения между локациями используются линейные символы . ^[1] Таким образом, его можно рассматривать как гибрид карты и блок -схемы . Картируемое движение может быть движением чего угодно, включая людей, дорожное движение, торговые товары, воду, идеи, телекоммуникационные данные и т. д. ^[2] Широкое разнообразие движущихся материалов и разнообразие географических сетей, по которым они перемещаются, привели к появлению множества различных стратегий проектирования. Некоторые картографы расширили этот термин до любой тематической карты линейной сети , в то время как другие ограничивают его использование картами, которые специально показывают какое-либо движение.

На многих картах потоков ширина линий пропорциональна объему потока, что делает их похожими на другие карты, использующие пропорциональный размер , включая картограммы (изменение площади региона) и пропорциональные точечные символы.

История

Самой ранней известной картой, визуально представляющей объем потока, были две карты инженера Генри Друри Харнесса, опубликованные в 1838 году как часть отчета о потенциале строительства железных дорог в Ирландии , показывающие количество грузовых перевозок по дорогам и каналам. ^[3]^[4] В последующие годы с этой техникой экспериментировали и другие в Европе, пока ее не освоил Шарль Жозеф Минар . ^[5]

сорок две карты потоков на самые разные темы В течение 1850-х и 1860-х годов Минар опубликовал среди своих фигуративных карт . Среди них — его карта вторжения французов в Россию в 1812–1813 годах 1869 года , которую назвали «лучшим статистическим графиком, когда-либо созданным». ^[6]^[7] Во многих картах Минарда используются методы проектирования, которые еще предстоит усовершенствовать даже в эпоху компьютерной графики.

В 1980-е годы Уолдо Тоблер проводил эксперименты по созданию карт потоков с помощью компьютера. ^[8]^[9] Ранние компьютерные карты не соответствовали стандартам Minard, но Географическая информационная система (ГИС) и графическое программное обеспечение улучшили возможности создания карт потоков. ^{[ нужна ссылка ]}

Явления потока

С 1830-х годов было создано множество карт потоков, показывающих движение во многих формах. По мнению Эдуарда Имхофа , карта потока может представлять несколько различных аспектов движущихся явлений и сетей, по которым они движутся; он перечислил следующее: ^[10]^: 94–95

Происхождение и назначение : «откуда и куда что-то движется?»
Маршрут : «По какой линии происходит движение?» Это можно представить точно, обобщенно или только в схематической форме прямых линий. ^[11]
Тип движения : «Что движется?» Эта номинальная категория может включать такие переменные, как продукт, доставляемый из одной точки в другую, вид транспорта или температура воды в океанском течении.
Объем перемещения : "сколько перемещается? Количество перевозимого предмета меняется стабильно (постепенно) или поэтапно?" Это будет неотрицательная переменная отношения , такая как количество транспортных средств в день, общее количество мигрантов или расход воды в кубических футах в секунду. Некоторые карты потоков представляют пропускную способность, а не фактический объем движения, например, пропускную способность телекоммуникаций.
Направление движения : «В каком направлении или в обоих направлениях что-то движется?» Это часто показано стрелками. ^[12]
Скорость потока : «С какой скоростью и за сколько времени что-то перемещается?» Это переменная соотношения, похожая на величину движения, но отличающаяся от нее. Примером может служить представление уровня дорожного движения на шоссе с использованием средней скорости транспортного средства или скорости ветра.

Это не отдельные типы карт; карта потока может отображать любой из всех этих аспектов одновременно.

Типы явлений, которые были предметом карт потоков, разнообразны. Темы, относящиеся к географии человека, включают: миграцию , путешествия , международную торговлю , логистику , коммунальные услуги (водоснабжение, канализация, электричество, телекоммуникации) и дорожное движение , среди других. Другие относятся к физической географии : речной поток , ветер , миграция диких животных и т. д.

Типы карт потоков

Разнообразие карт потоков по предметам и относительная важность аспектов потока Имхофа привели к появлению ряда стратегий дизайна. В диссертации 1987 года Мэри Паркс выделила несколько различных типов карт потоков: ^[13] которая широко цитировалась, хотя ее список не был исчерпывающим, и здесь включены другие. Эти типы являются прототипами; реальные карты могут сочетать в себе некоторые аспекты нескольких типов.

Карта отправления-назначения

В этом типе основная цель — показать существование связи между двумя местами, часто сопровождаемую представлением объема потока и/или направления. ^[12] Маршрут, как правило, не важен для зрителей, поэтому соединительные линии часто прямые или слегка изогнутые. Типичным примером этой формы является карта маршрутов авиакомпании. Паркс отличал радиальные карты (исходящие из одного источника или пункта назначения) от сетевых карт (соединяющих несколько узлов), но это различие в географической структуре; дизайн очень похож для обоих типов.

Карты пунктов отправления и назначения имеют уникальный дизайн, в котором основное внимание уделяется схематической форме соединяющих линий. Прямые линии легко рисовать, но могут возникнуть проблемы, особенно когда более длинные и короткие линии лежат на одной прямой, скрывая друг друга и места назначения. Они также могут иметь случайный вид. По этим причинам изогнутые линии, обычно круговые дуги, предпочтительнее как более эстетичные. Их также можно регулировать, чтобы избежать промежуточных линий и точек. ^[14] Ранние алгоритмы автоматического создания линий обычно представляли собой прямые линии. ^[9] но последние алгоритмы успешно создают изогнутые линии. ^[15]

Карта распространения

Примером этого типа является сбалансированное внимание к узлам происхождения и назначения, маршрутам движения между ними (обычно весьма обобщенным) и объему потока. Самый распространенный пример, восходящий к Минару, — это карта, показывающая судоходство между набором узловых регионов или портовых городов по общим морским путям . На карте распределения пути выходят из источника с шириной, пропорциональной сумме нескольких пунктов назначения, а затем разделяются по мере того, как маршруты «распределяются» к каждому пункту назначения.

Разработка карт распределения требует некоторой осторожности и умения прорисовывать линии потока, чтобы они разделялись с нужной шириной и имели плавные углы изгиба. Вычислительные эксперименты показали возможность их автоматического создания. ^[2] но сегодня большинство из них рисуются полувручную с использованием ГИС и графического программного обеспечения. ^[12]

Карта сетевых маршрутов

Типичная схематическая транспортная карта представляет собой простую форму карты сетевых маршрутов с упором на весьма обобщенные транзитные маршруты.

Этот тип карты потоков первоначально восходит к карте Харнесса Ирландии. ^[4] Он больше фокусируется на маршрутах сети, чем на ее узлах происхождения/назначения. Маршруты могут быть точными или весьма обобщенными (как на многих транспортных картах ) и могут отражать или не отражать количество или скорость потока. Типичным примером является карта дорожного движения .

Карта непрерывного/массового расхода

Не все потоки происходят по линейным сетям; Также могут течь двух- и трехмерные массы, особенно вода (например, океанское течение ) и воздух ( ветер ). Их движение можно смоделировать как векторное поле , в котором величину и направление движения можно измерить в любой точке пространства. ^[10]^: 149 В приведенном выше списке Имхофа карта, которая визуализирует это, часто называемая картой массового потока или картой непрерывного потока , ^[16] основное внимание уделяется направлению и скорости потока, в то время как другие аспекты, такие как пункт отправления/назначения и маршрут путешествия, по большей части бессмысленны.

В 1688 году Эдмунд Галлей нанес на карту пассаты , используя набор коротких отрезков линий, ориентированных по направлению воздушного потока. ^[5]^: 69 начала 20-го века На картах погоды этот метод был развит в виде зазубрин ветра — сложных символов, используемых для обозначения скорости и направления ветра. Единичные векторы и ручейки были предложены в качестве общего термина для символов точечного потока, но ни один из них не получил широкого распространения. ^[17] Их можно легко создать с помощью компьютерных алгоритмов, особенно с использованием растровых данных ГИС или данных точек отбора проб (например, метеостанций). ^[18] Этот подход больше похож на пропорциональные точечные символы , чем на типичную карту потока.

Еще один вариант визуализации векторных полей — рисование линий тока , соединяющих точки, которые бы перетекали друг в друга; это обычно использовалось для обозначения океанских течений с начала 19 века. ^[5]^: 82 Среди компьютерных алгоритмов Тоблера 1981 года были модели векторных полей для создания «полосатых линий», и последующая работа улучшила результаты. ^[8]^[17]

Масштабирование веса

Самый распространенный метод визуализации количества или скорости потока — это визуальная переменная размера, в частности веса линии (обычно измеряется в пунктах или миллиметрах). Тем не менее, размер гораздо более интуитивно понятен для общей суммы, поэтому другие визуальные переменные (такие как цветовой оттенок или значение цвета ) также могут учитываться при определении скорости. Следующие методы определения веса линий очень похожи на методы масштабирования для карт пропорциональных символов . ^[12]

Самый распространенный метод — вычислить вес данной линии w прямо пропорционально значению суммы v на основе произвольно выбранного веса w ₀ для выбранного базового значения v ₀ (часто, но не обязательно минимального значения):

${\frac {w}{w_{0}}}={\frac {v}{v_{0}}}$

Это помогает читателям делать интуитивные суждения об относительных соотношениях стоимости на основе относительных весов; линия, которая в два раза толще другой, представляет удвоенное значение. Однако, когда существует очень высокий уровень различия между самым высоким и самым низким значениями (обычно более 25:1, хотя это зависит от географии проточной сети и конструкции), результирующая карта может быть проблематичной, поскольку толстые линии и почти невидимые тонкие линии. Альтернативой в этом случае является установка минимального и максимального весов ( w _max и w _min ) и выполнение линейной интерполяции между ними, хотя это исключает возможность интуитивно оценивать соотношения весов: ${\frac {w-w_{min}}{w_{max}-w_{min}}}={\frac {v-v_{min}}{v_{max}-v_{min}}}$

Третий вариант — просто использовать порядковые веса (толстый, средний, тонкий и т. д.) для представления порядковой переменной или количественной переменной, которая была классифицирована (в этом контексте часто называемая градацией диапазона ). При этом читатели также теряют способность интуитивно оценивать различия в ценностях, но имеют преимущество общей простоты.

Для всех этих типов масштабирования в легенде обычно отображается примерный набор весов линий с соответствующими значениями, аналогично легенде карты пропорциональных символов .

Другие типы блок-схем

Помимо карт потоков в картографии существует несколько других методов визуализации негеографических потоков:

Карта потока жидкости Бейкера
Карты кровотока, см. историю нейровизуализации.
Карта потока или оператор решения , см. случайную динамическую систему.
Карта технологического процесса производственного процесса
Диаграмма Санки
Карты потоков XSL, см. Объекты форматирования XSL.

См. также

Блок-схема (значения)
Тематическая карта

Ссылки

^ Койлу, Чаглар; Тянь, Гэн; Виндзор, Мэри (2023). «Flowmapper.org: веб-платформа для разработки карт потоков отправления и назначения» . Журнал карт . 19 (1). arXiv : 2110.03662 . дои : 10.1080/17445647.2021.1996479 . Проверено 14 февраля 2024 г.
^ Jump up to: ^а ^б Фан, Доантам; Сяо, Лин; Да, Рон; Ханрахан, Пэт; Виноград, Терри (2005). «Схема карты потока» . Симпозиум IEEE по визуализации информации, 2005 г. ИНФОВИС 2005 г. стр. 219–224. дои : 10.1109/INFVIS.2005.1532150 . ISBN 0-7803-9464-Х .
^ Робинсон, Артур Х. (декабрь 1955 г.). «Карты Генри Друри Харнесса 1837 года» . Географический журнал . 121 (4): 440–450. дои : 10.2307/1791753 . JSTOR 1791753 .
^ Jump up to: ^а ^б Гриффит, Ричард Джон; Харнесс, Генри Друри (1838). Атлас к второму отчету комиссаров железных дорог . Ирландия.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Робинсон, Артур Х. (1982). Раннее тематическое картографирование в истории картографии . Издательство Чикагского университета. стр. 147–154.
^ Тафте, Эдвард (2006). Красивые доказательства . Графика Пресс. Бибкод : 2006beev.book.....T .
^ Джейкобс, Фрэнк (23 июля 2010 г.). «Карта Минарда — «лучшая статистическая графика из когда-либо созданных» » . Большое Думай . Проверено 13 ноября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б Тоблер, Уолдо Р. (январь 1981 г.). «Модель географического движения» . Географический анализ . 13 (1): 1–20. дои : 10.1111/j.1538-4632.1981.tb00711.x .
^ Jump up to: ^а ^б Тоблер, Уолдо Р. (1987). «Эксперименты по картированию миграции с помощью компьютера». Американский картограф . 14 (2): 155–163. дои : 10.1559/152304087783875273 . S2CID 1363699 .
^ Jump up to: ^а ^б Имхоф, Эдуард (1972). Тематическая картография . Берлин: Де Грюйтер.
^ Робинсон, Артур Х., Элементы картографии , 2-е издание, Нью-Йорк: Wiley, 1960.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дент, Борден Д.; Торгюсон, Джеффри С.; Ходлер, Томас В. (2009). Картография: Дизайн тематических карт (6-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 188–201.
^ Паркс, Мэри Дж. (1987). Американское картирование потоков: обзор карт потоков, найденных в учебниках географии двадцатого века, включая классификацию различных дизайнов карт потоков . Университет штата Джорджия: неопубликованная магистерская диссертация.
^ Дженни, Бернхард; Стивен, Дэниел М.; Мюленхаус, Ян; Марстон, Брук Э.; Шарма, Ритеш; Чжан, Юджин; Дженни, Хелен (2018). «Принципы проектирования карт потоков отправления и назначения». Картография и географическая информатика . 45 (1): 62–75. дои : 10.1080/15230406.2016.1262280 . S2CID 36668445 .
^ Дженни, Бернхард; Стивен, Дэниел М.; Мюленхаус, Ян; Марстон, Брук Э.; Шарма, Ритеш; Чжан, Юджин; Дженни, Хелен (2017). «Принудительное расположение карт потоков отправления и назначения». Международный журнал географической информатики . 31 (8): 1521–1540. дои : 10.1080/13658816.2017.1307378 . S2CID 205794904 .
^ Т. Слокум, Р. Макмастер, Ф. Кесслер, Х. Ховард (2009). Тематическая картография и геовизуализация, Третье издание, стр. 252. Пирсон Прентис Холл: Аппер-Сэддл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 360-369.
^ Jump up to: ^а ^б Терк, Г.; Бэнкс, Д. (август 1996 г.). «Оптимизированное размещение под руководством изображения». Материалы 23-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . стр. 453–460. дои : 10.1145/237170.237285 . ISBN 0897917464 . S2CID 2310527 .
^ Лавин, С.Дж.; Червени, РС (1987). «Отображение плотности единичного вектора». Картографический журнал . 24 (2): 131–141. дои : 10.1179/caj.1987.24.2.131 .

Внешние ссылки

[Koylu2023-1] Койлу, Чаглар; Тянь, Гэн; Виндзор, Мэри (2023). «Flowmapper.org: веб-платформа для разработки карт потоков отправления и назначения» . Журнал карт . 19 (1). arXiv : 2110.03662 . дои : 10.1080/17445647.2021.1996479 . Проверено 14 февраля 2024 г.

[phan-2] Jump up to: ^а ^б Фан, Доантам; Сяо, Лин; Да, Рон; Ханрахан, Пэт; Виноград, Терри (2005). «Схема карты потока» . Симпозиум IEEE по визуализации информации, 2005 г. ИНФОВИС 2005 г. стр. 219–224. дои : 10.1109/INFVIS.2005.1532150 . ISBN 0-7803-9464-Х .

[robinson1955-3] Робинсон, Артур Х. (декабрь 1955 г.). «Карты Генри Друри Харнесса 1837 года» . Географический журнал . 121 (4): 440–450. дои : 10.2307/1791753 . JSTOR 1791753 .

[harness1837-4] Jump up to: ^а ^б Гриффит, Ричард Джон; Харнесс, Генри Друри (1838). Атлас к второму отчету комиссаров железных дорог . Ирландия.

[robinson1982-5] Jump up to: ^а ^б ^с Робинсон, Артур Х. (1982). Раннее тематическое картографирование в истории картографии . Издательство Чикагского университета. стр. 147–154.

[tufte2006-6] Тафте, Эдвард (2006). Красивые доказательства . Графика Пресс. Бибкод : 2006beev.book.....T .

[jacobs-7] Джейкобс, Фрэнк (23 июля 2010 г.). «Карта Минарда — «лучшая статистическая графика из когда-либо созданных» » . Большое Думай . Проверено 13 ноября 2020 г.

[tobler1981-8] Jump up to: ^а ^б Тоблер, Уолдо Р. (январь 1981 г.). «Модель географического движения» . Географический анализ . 13 (1): 1–20. дои : 10.1111/j.1538-4632.1981.tb00711.x .

[tobler1987-9] Jump up to: ^а ^б Тоблер, Уолдо Р. (1987). «Эксперименты по картированию миграции с помощью компьютера». Американский картограф . 14 (2): 155–163. дои : 10.1559/152304087783875273 . S2CID 1363699 .

[imhof1972-10] Jump up to: ^а ^б Имхоф, Эдуард (1972). Тематическая картография . Берлин: Де Грюйтер.

[robinson1960-11] Робинсон, Артур Х., Элементы картографии , 2-е издание, Нью-Йорк: Wiley, 1960.

[torguson2009-12] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Дент, Борден Д.; Торгюсон, Джеффри С.; Ходлер, Томас В. (2009). Картография: Дизайн тематических карт (6-е изд.). МакГроу-Хилл. стр. 188–201.

[parks1987-13] Паркс, Мэри Дж. (1987). Американское картирование потоков: обзор карт потоков, найденных в учебниках географии двадцатого века, включая классификацию различных дизайнов карт потоков . Университет штата Джорджия: неопубликованная магистерская диссертация.

[jenny2018-14] Дженни, Бернхард; Стивен, Дэниел М.; Мюленхаус, Ян; Марстон, Брук Э.; Шарма, Ритеш; Чжан, Юджин; Дженни, Хелен (2018). «Принципы проектирования карт потоков отправления и назначения». Картография и географическая информатика . 45 (1): 62–75. дои : 10.1080/15230406.2016.1262280 . S2CID 36668445 .

[jenny2017-15] Дженни, Бернхард; Стивен, Дэниел М.; Мюленхаус, Ян; Марстон, Брук Э.; Шарма, Ритеш; Чжан, Юджин; Дженни, Хелен (2017). «Принудительное расположение карт потоков отправления и назначения». Международный журнал географической информатики . 31 (8): 1521–1540. дои : 10.1080/13658816.2017.1307378 . S2CID 205794904 .

[slocum2009-16] Т. Слокум, Р. Макмастер, Ф. Кесслер, Х. Ховард (2009). Тематическая картография и геовизуализация, Третье издание, стр. 252. Пирсон Прентис Холл: Аппер-Сэддл-Ривер, Нью-Джерси, стр. 360-369.

[turk1996-17] Jump up to: ^а ^б Терк, Г.; Бэнкс, Д. (август 1996 г.). «Оптимизированное размещение под руководством изображения». Материалы 23-й ежегодной конференции «Компьютерная графика и интерактивные технологии» . стр. 453–460. дои : 10.1145/237170.237285 . ISBN 0897917464 . S2CID 2310527 .

[18] Лавин, С.Дж.; Червени, РС (1987). «Отображение плотности единичного вектора». Картографический журнал . 24 (2): 131–141. дои : 10.1179/caj.1987.24.2.131 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]