[发明专利]一种高维时空数据可视化交互分析方法

权利要求书

1.一种高维时空数据的可视化交互分析方法，包括以下步骤：

S1，获取直接或潜在的影响空气质量的数据并整理，形成空气质量高维时空数据集；

S2，对所述空气质量高维时空数据集进行多视角可视化；

S3，为多角度的可视化添加交互分析设计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

获取直接或潜在影响空气质量数据；

数据整理并形成空气质量高维时空数据集，所述高维时空数据集包括高维度的一般属性信息，时间属性信息，以及地理位置属性信息。

3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

步骤S21，使用时空地图，可视化空气质量指数；

步骤S22，使用核密度曲线，可视化各个行政区划的空气质量指数分布状况，并按照月份排序；其中，在曲线内部面积中采用与密度对应的连续渐变的颜色进行着色，以体现数据的概率分布情况；

步骤S23，使用皮尔逊相关系数矩阵，可视化影响空气质量的高维一般属性的相关性；

步骤S24，对高维一般属性、时间属性、地理位置属性进行联合可视化。

4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述步骤S21具体包括：

以省级行政区划为基本分析单元，采用地图可视化方法绘制若干年份内全年每个月份的空气质量指数时空地图；

使用颜色展示空气质量的数值大小，对每个行政区划进行颜色填充；

使用下拉列表的形式可视化时间序列。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S22中的核密度值根据以下方法进行估计：

设x₁,x₂……x_n为随机变量x的独立同分布F的n个样本点，设其概率密度函数为f，刚x的核密度估计为：

其中，K(·)为核函数；h定义为带宽，为需要设定的平滑参数，h0；为缩放核函数；

其中，核函数使用epanechinikov函数，公式如下：

所述步骤S22中核密度曲线的带宽参数设置为7。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S23的具体方法包括：以行政区划为单元，对若干年份内各个维度的数值，计算皮尔逊相关系数值，并以矩阵形式可视化表达，其中，使用圆面积表达相关程度的大小，用颜色表达相关的正负。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S24的具体方法包括：

步骤S241：平行坐标与地图和时间下拉列表集成可视化高维时空数据；

步骤S242：在步骤S241基础上与散点图矩阵集成，以直观显示两两维度之间关系；

步骤S243：在步骤S242基础上集成数据表格以辅助可视分析。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S241具体包括：

使用平行坐标与地图联合可视编码，其中，使用平行坐标可视化高维一般属性，使用地图可视化地理位置属性；将时间属性信息以下拉列表的形式集成到平行坐标中，以同时实现高维度的、时间的、空间的数据可视化，用于可视化空气质量的影响因素及其导致的空气质量的时空变化。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S242具体包括：

在散点图矩阵对角线上使用直方图显示每个属性的整体分布；

在直方图的上添加一维核密度估计曲线，与直方图一同可视化每个属性的分布；

为每个属性值设置缩放因子，使核密度曲线能够与直方图联合表达，不同维度的数据量纲不同，设置不同的缩放因子。

10.根据权利要求7-9中任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

为时空地图添加可视交互分析方法，包括：高亮交互和鼠标悬浮提示框可视交互分析，其中，所述高亮交互指加粗当前行政区划的边界线，并对应显示该区域的单个具体数值；

对核密度曲线图添加时间切换交互；

对皮尔逊相关系数矩阵添加地域切换交互；

联合可视化中添加平行坐标图与地图的联合可视交互，包括：地图中行政区域高亮的同时，平行坐标图中对应的折线高亮；点击平行坐标轴上方的属性名称，地图切换显示当前属性并填色表示，并配以当前的图例；

联合可视化中的散点图矩阵采用可定制维度的散点图矩阵，即通过选择属性，在散点图矩阵中展示被选择的属性的散点矩阵。