面向空气质量监测数据时空多维属性的可视分析方法

摘要

空气质量监测数据具有显著的时空多维属性.传统的平行坐标技术虽然能够有效展示数据的多维属性信息,却在分析与解读空气质量监测数据各个属性的时空变化规律方面表现出一定的局限性.本文在平行坐标展示空气质量监测数据多维属性的基础上,提出了一种支持用户交互式探索大气污染时空特征的可视分析方法.首先,利用平行坐标展示空气质量监测数据,支持用户交互改变时空维度,以及指定坐标轴排列顺序;引入角度、面积、正负相关性等方式度量数据在平行坐标系中的布局差异,并且通过矩阵图和交互式柱状图分别展示不同时空维度下数据的布局差异:综合考虑各个属性之间的数据布局差异,构建相似性矩阵,利用多维标度法对当前时空维度的数据进行降维,获得初始数据在低维空间的表示.进而,利用层次聚类方法对低维空间的数据表达做聚类分析,并且分别设计时间隐喻图和地域抽象图描述各个类别的时空节点组成.集成上述可视化算法,设计便捷的用户交互模式,开发面向空气质量监测数据时空多维属性的可视分析原型系统,为用户快速分析和解读大气污染的时空特征及潜在规律提供有效手段.大量的可视化效果及用户反馈结果,进一步验证了本文工具的有效性和实用性.