地理时空数据可视化

地图是人类最古老的可视化形式之一。早在公元前六世纪，巴比伦陶片就刻画了已知世界的地理概貌；1569年，墨卡托发明了同名投影法，使航海导航成为可能，开启了现代制图学的新纪元。

现代地理信息科学将空间分为三元空间：

地理可视化的目标就是将这三元空间中的数据有效地融合与呈现，帮助人们理解空间现象背后的规律与联系。

将三维球面展平为二维平面，必然会产生变形。不同投影方法在角度、面积、距离、方向之间做出不同的权衡取舍。核心思想是：没有完美的投影，只有适合特定用途的投影。

比例尺描述地图上的距离与实际距离的比值。大比例尺（如 1:10,000）展示的区域小但细节丰富，适合城市街道；小比例尺（如 1:1,000,000）展示的区域大但细节少，适合国家或大洲。

在数字地图中，比例尺通过缩放级别（zoom level）来控制。不同缩放级别下，地图展示的内容和符号都会发生变化，这就是多尺度表达。

地图通过符号系统表达地理现象，可分为三类：

点数据可用散点地图（Dot Map）表示，每个点代表一个事件或实体的位置。线数据可用OD流（Origin-Destination Flow）表示，展示起止点之间的流动关系。面数据可用等值区域图（Choropleth Map）表示，用颜色深浅来表示区域的统计值。

当空间数据加上时间维度，就形成了时空数据。时空立方体（Space-Time Cube）是经典的可视化方法：底面表示二维空间，纵轴表示时间，数据点在三维空间中形成轨迹。

时空立方体最早由地理学家 Hagerstand 在 1970 年提出，用于研究人类活动的时空模式。每个人的一天可以用一条从底面（早晨出发地点）到顶面（晚上到达地点）的曲线表示。

时空数据分析的核心目标是发现时空模式。时空模式主要分为两类：

时空模式的变化模式可以进一步分为：趋势性变化（持续增长或下降）、周期性变化（如早晚高峰）、突变（如自然灾害），以及空间扩散与聚集过程。