如何在地理位置中可視化流動(dòng)信息是一個(gè)目前廣泛研究的問(wèn)題，尤其是多對(duì)多的流動(dòng)信息，例如動(dòng)物的移動(dòng)，疾病、貨物或者知識(shí)的傳播。本文所做的工作提出了更有效的可視化形式Maptrix幫助用戶分析這一類型的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)合理詳細(xì)的user study針對(duì)提出的maptrix可視化形式與Bundled Flow Map和OD Matrix進(jìn)行有效性方面的比較。

三種可視化方式Maptrix，Bundled Flow Map， OD Matrix的可視化效果如下圖1所示。

在地圖中流動(dòng)數(shù)據(jù)問(wèn)題的研究具有很長(zhǎng)的研究歷史。這個(gè)問(wèn)題***次提出是應(yīng)用在鐵路地圖的可視化中，但是當(dāng)時(shí)的可視化方式存在視覺(jué)元素的重疊以及交叉的現(xiàn)象，針對(duì)這一問(wèn)題，目前有三類解決方案，***類方案，通過(guò)將視覺(jué)元素，即連接邊轉(zhuǎn)換成密度圖的方式，但是使用密度圖會(huì)丟失地圖中的很多的細(xì)節(jié)信息;第二類是通過(guò)邊綁定的方式，但是邊綁定的方式更適合應(yīng)用在一對(duì)多的場(chǎng)景中;第三種針對(duì)這一問(wèn)題的解決方案是通過(guò)交互以及聚合的方式完成。

針對(duì)地理位置中的流動(dòng)數(shù)據(jù)的第二種可視化方式是通過(guò)OD矩陣可視化完成，但是OD矩陣丟失了地圖中的位置信息，因此存在一些研究可以通過(guò)small multiple的方式增加缺失的地理位置信息。

但是通過(guò)對(duì)于上述相關(guān)工作的分析，我們發(fā)現(xiàn)有很少的工作將地圖與OD矩陣結(jié)合到一起來(lái)解決地圖中多對(duì)多的可視化的問(wèn)題，因次提出了MapTrix的可視化方式。

Maptrix的可視化方式的組成部分主要有三個(gè)，代表流動(dòng)數(shù)據(jù)起始地點(diǎn)的地圖，代表流動(dòng)數(shù)據(jù)終止地點(diǎn)的地圖以及OD矩陣。為了方便用戶發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的模式，將OD矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)保證OD矩陣的橫軸與縱軸是對(duì)稱分布。建立矩陣與地圖之間的關(guān)聯(lián)，就需要將OD矩陣與起始地圖，終止地圖之間進(jìn)行連接，為了保證地圖上的地點(diǎn)與矩陣之間的連接線不交叉，保證得到更好的視覺(jué)效果，本文的工作使用二次規(guī)劃的方式尋找***的連接點(diǎn)位置，如下圖2所示即為連接線的三類主要的約束條件。

圖2 三類約束條件

從左到右三個(gè)約束條件的目的分別是：防止連接線與點(diǎn)連接點(diǎn)之間的交叉;防止相反方向的連接線之間的交叉;防止相同方向的連接線之間的交叉。

為了驗(yàn)證所提出的可視化形式的有效性，本文針對(duì)Maptrix與Bundled Flow Map，OD Map三種可視化形式設(shè)計(jì)有效全面的user study。對(duì)于本文中設(shè)計(jì)的user study中的task都經(jīng)過(guò)了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的任務(wù)在地圖都會(huì)經(jīng)常被使用，按照識(shí)別的范圍主要分為三種類型：在整個(gè)地圖的范圍內(nèi)識(shí)別;在單個(gè)地點(diǎn)的范圍內(nèi)識(shí)別;在部分區(qū)域的范圍內(nèi)識(shí)別。具體的簡(jiǎn)稱，描述以及實(shí)例如下表1所示。

對(duì)于***個(gè)user study的分析所得到的信息主要分為兩點(diǎn)：

RF類型(regional flow，分析某一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的流數(shù)據(jù))在列出的三種類型的任務(wù)中所耗費(fèi)的時(shí)間最長(zhǎng)。

相比其他兩類的可視化方式Bundled Flow Map以及OD Map，Maptrix與Bundled Flow Map的效率相似。

針對(duì)***個(gè)user study的上述兩個(gè)發(fā)現(xiàn)，本文接下來(lái)設(shè)計(jì)了第二個(gè)user study針對(duì)RF類型的任務(wù)以及Maptrix、Bundled Flow Map的可視化方式的有效性進(jìn)行分析。

首先針對(duì)RF類型的任務(wù)進(jìn)行了詳細(xì)的劃分，判斷具體怎樣類型的任務(wù)的效率較低。同時(shí)對(duì)于Maptrix，Bundled Flow Map兩類可視化形式，使用不同復(fù)雜度的數(shù)據(jù)集驗(yàn)證其有效性。

對(duì)于RF類型(regional flow，分析某一區(qū)域范圍內(nèi)的流數(shù)據(jù))任務(wù)的具體劃分標(biāo)準(zhǔn)主要有以下兩個(gè)方面，

按照全局?jǐn)?shù)據(jù)流的特點(diǎn)，需要識(shí)別出的主導(dǎo)數(shù)據(jù)流在AB區(qū)域的內(nèi)部，還是在A與B兩個(gè)區(qū)域之間

位置元素的鄰接情況，具體有以下三種情況：

1. 選擇的具體的位置在區(qū)域內(nèi)部，同時(shí)區(qū)域之間是鄰接的
2. 選擇的具體位置在區(qū)域內(nèi)部，同時(shí)在區(qū)域內(nèi)部選擇的位置之間是鄰接的
3. 選擇的位置與區(qū)域之間不存在鄰接關(guān)系

通過(guò)第二次user study的結(jié)果， 我們發(fā)現(xiàn)在不同的數(shù)據(jù)復(fù)雜度下，OD map與matrix之間的表達(dá)能力仍然非常相似;regional flow類型的數(shù)據(jù)所耗費(fèi)的時(shí)間仍然非常高，但是通過(guò)交互的方式可以幫助用戶的理解，比如在執(zhí)行任務(wù)的過(guò)程中用戶點(diǎn)擊選擇的區(qū)域會(huì)高亮。

然而，針對(duì)數(shù)據(jù)集復(fù)雜度與任務(wù)實(shí)行所耗費(fèi)時(shí)間之間的關(guān)系，隨著執(zhí)行任務(wù)所針對(duì)的數(shù)據(jù)集的復(fù)雜度的不斷提高，執(zhí)行任務(wù)的效率并沒(méi)有相應(yīng)的增加，例如各個(gè)省(州)之間數(shù)據(jù)流的復(fù)雜度中國(guó)低于美國(guó)，但是執(zhí)行任務(wù)的速度美國(guó)優(yōu)于中國(guó)，這可能是因?yàn)橛脩魧?duì)于美國(guó)的地圖比中國(guó)的地圖更加熟悉，同時(shí)美國(guó)的地圖相比中國(guó)更加的規(guī)則，對(duì)于執(zhí)行任務(wù)也會(huì)有很大的幫助，因此數(shù)據(jù)的復(fù)雜度與用戶執(zhí)行任務(wù)并沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，本文的工作貢獻(xiàn)主要在于兩點(diǎn)：

這個(gè)工作提出了新穎的可視化方式MapTrix，將地圖與OD矩陣結(jié)合到一起，同時(shí)使用二次回歸的方式獲得***的可視化效果。

本文針對(duì)所提出的新的可視化方式與之前的工作Bundled Flow Map, OD Matrix之間進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)了兩個(gè)user study來(lái)比較現(xiàn)有的可視化工作的優(yōu)勢(shì)與不足。

這個(gè)工作針提出了新的可視化方式，為了驗(yàn)證所提出的可視化形式的有效性，需要對(duì)于當(dāng)前的可視化與之前的工作進(jìn)行對(duì)比，這一個(gè)工作設(shè)計(jì)的user study所針對(duì)的方面非常全面。新的可視化形式需要學(xué)習(xí)這一工作的研究方式。另一方面，我們可以使用新的可視化形式幫助分析帶有時(shí)間屬性的多對(duì)多流動(dòng)數(shù)據(jù)。