GIS4SG Explorace prostorových dat podzim 2023 Lukáš Herman herman.lu@mail.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic Užití mapy (Map use) • Změna kartografického paradigmatu na začátku 90. let 20. století – Jak mohou mapy lépe sloužit uživatelům? • Důraz na kartografickou vizualizaci • Di Biase (1990) – vizualizace jako nástroj výzkumu. – Viz další slide. Křivka vizualizace zobrazuje sekvenci výzkumných kroků a odlišnou rolí vizualizace. • Na straně explorace hraje mapa a další typy vizualizace roli nástroje pro zdůvodnění (napomáhají vizuálnímu myšlení). GIS4SG Mapa a vizualizace v geografickém výzkumu The role of maps and other graphics as tools in a geographic research sequence (after DiBiase, 1990) „Prostor" užití mapy • MacEachren(1994) – konceptuální pohled. • Vizualizace (ve smyslu vizuálního myšlení) je doplněk komunikace (ve smyslu přenosu informace). • Možnost souvislého měření podél tří os: – Private – public – Revealing unknown – presenting known – High human-map interaction – low interaction • Kartografická vizualizace = užití mapy v části krychle pro soukromé využití, odhalující nové a s vysokou mírou interakce. GIS4SG Kraak a Ormeling (1996) širší pojetí v prostředí GIS Širší interpretace termínu „vizualizace“: • explore pro neznámá a často „surová“ nezpracovaná data; • analyse (manipulate) – pro známá data; • present (communicate) znalosti a informace. Odpovídající změny umístění uvnitř MacEachrenovy krychle. GIS4SG Kraak a Ormeling (1996) širší pojetí v prostředí GIS GIS4SG Kartografická explorace – nová agenda (Kraak a MacEachren 1997) Definování základních 4 cílů : • Explorace • Analýza • Syntéza • Prezentace Každý cíl vyžaduje přitom specifické vizualizační přístupy či strategie a je charakterizován svým umístěním v rámci konceptuálního prostoru užití mapy. Explorace • Pozice – private - high interaction – revealing of unknown. • Otázky : – Jaká je podstata datové sady? – Které z vybraných datových sad mají podobné prostorové vzory? – Co když…? • Nástroje umožňující uživateli : – Zkoumat prostorová data vizuálně – animace, – Identifikovat vztahy mezi proměnnými – propojená okna, „brushing“ – Pohlížet na data s více pohledů – jak prostorových , tak konceptuálních. • Dynamické mapovací metody. Vzhled ovlivnitelný uživatelem. Kartografická explorace • Je účinná a funkční v prvotní fázi výzkumného procesu. • Datové sady jsou prohlíženy a zkoumány při měnících se kartografických podmínkách. • Cílem je rozpoznat prostorové vzory (patterns) a trendy, které jsou přítomny a případně ohodnotit jejich platnost. • Snaží se podpořit vznik nových myšlenek a nápadů, hlavním cílem není prezentování závěrů. • Poskytuje dynamické zobrazení – linking and bruhsing. • Podporuje experimentování s různými kombinacemi dat a grafických symbolů. GIS4SG Příklady exploračních kartografických funkcí a metod Základy explorační analýzy dat • Základní forma explorační datové analýzy zahrnuje výpočet základních statistických ukazatelů jednotlivých datových atributů. • Grafické znázornění/vizualizace výsledků využívá především formu: – Histogram – Pie charts, – Box plots – Parallel coordinate plot • Neposkytují explicitně prostorový pohled na dat, avšak lze je propojit s mapovým výstupem/vizualizací a vytvořit nový nástroj pro vstupní exploraci. • Brushing and linking Linking a brushing Parallel coordinate plot (PCP) Rovnoběžné souřadnice • Zaměřen na exploraci vícerozměrných datových sad. • Každá proměnná má vlastní osu s [min, max] vertikálním rozsahem a spojitou linii vyjadřující průběh změn proměnných v jednotlivých prostorových jednotkách. • Lze vybrat jednotlivé „podpisy“ jednotek podle volby uživatele a zvýraznit jejich hodnoty a případně umístění v mapě. Star plot Paprskový graf/hvězdicový či pavučinový graf • Každá proměnná je vynesena na jednu osu, • Počet os je roven počtu proměnných, délka osy je proporčně upravena podle rozsahu proměnných, případně přizpůsobena dle pravidel normalizace. • Každá mapovaná oblast má individuální tvar grafu a lze je použít ve formě kartodiagramu. Box plot Krabicový graf/diagram • Představuje jeden ze základních grafů – jak je konstruován? • Horní a spodní hranice „krabice/box“ – 25 a 75 percentil vzorku. Vzdálenost mezi nimi inter-quartile range (IQR) • Linie uvnitř boxu - medián vzorku, jeho umístnění indikuje zešikmení (skewness) souboru. • Vodorovné čárky (whiskers) zobrazují rozsah zbytku souboru za předpokladu, že nejsou přítomny odlehlé hodnoty (outliers). • Odlehlá hodnota? • Outlier více než 1.5 krát IQR od hranic krabice, možno definovat i jinak. • Symboly mimo rozsah souboru (obvykle jinak barevné tečky či kruhy) indikují odlehlé hodnoty. • Zdroje odlehlých hodnot? GIS4SG Příklady exploračních kartografických nástrojů Linked Micromaps • Umožní pohled na více proměnných v jednom okamžiku a srovnání atributů napříč vymezenými jednotkami v prostorou a čase. • Podporuje 6 typů vizualizace: – Sloupcové grafy; – Box plots; – Tabulky dat; – Bodové symboly; – Bodové symboly se šipkou (trendem); – Bodové symboly s intervalem spolehlivosti. • http://gis.cancer.gov/tools/micromaps/ GIS4SG GIS4SG Geoviz Toolkit • Frank Hardisty et al., Pen State university. • Systematická analýza prostorových, časových a atributových pohledů na data. • Dynamicky propojený a multivariační pohled na datové sady. • Vývojové prostředí pro doplňování nástrojů. • Možnost vstupu vlastních dat *.shp • Omezené vysvětlení funkcionality. GIS4SG GeoViz Toolkit http://www.geovista.psu.edu/geoviztoolkit/ GeoDa • GeoDa - Dr. Luc Anselin. • Určen pro ESDA na vektorových datech. • Grafické rozhraní pro popisnou geografickou analýzu, ale také prostorovou autokorelaci a prostorovou regresní analýzu. • Stále ve vývoji – původně postaveno na MapObjects. • http://geodacenter.asu.edu/projects/opengeoda GEoDa funkcionalita • In broad terms, the functionality can be classified into six categories: • spatial data manipulation and utilities: data input, output, and conversion, • data transformation: variable transformations and creation of new variables, • mapping: choropleth maps, cartogram and map animation, • EDA: statistical graphics, • spatial autocorrelation: global and local spatial autocorrelation statistics, with inference and visualization, • spatial regression: diagnostics and maximum likelihood estimation of linear spatial regression models. GIS4SG