Карта потоков — это тип тематической карты , которая использует линейные символы для представления движения между локациями. [1] Таким образом, ее можно считать гибридом карты и диаграммы потоков . Отображаемое движение может быть движением чего угодно, включая людей, дорожное движение, торговые товары, воду, идеи, телекоммуникационные данные и т. д. [2] Большое разнообразие движущихся материалов и разнообразие географических сетей, через которые они перемещаются, привело к появлению множества различных стратегий дизайна. Некоторые картографы расширили этот термин до любой тематической карты линейной сети , в то время как другие ограничивают его использование картами, которые специально показывают движение какого-либо вида.
На многих картах потоков используется ширина линии, пропорциональная объему потока, что делает их похожими на другие карты, использующие пропорциональный размер , включая картограммы (изменяющие площадь региона) и пропорциональные точечные символы.
Самые ранние известные карты, наглядно представляющие объем потока, были две карты инженера Генри Друри Харнесса, опубликованные в 1838 году как часть отчета о потенциале строительства железных дорог в Ирландии , показывающие объемы грузопотоков по дорогам и каналам. [3] [4] В последующие годы другие экспериментировали с этой техникой в Европе, пока ее не освоил Чарльз Джозеф Минард . [5]
В 1850-х и 1860-х годах Минар опубликовал сорок две карты потоков на самые разные темы среди своих cartes figuratives . Среди них его карта 1869 года французского вторжения в Россию в 1812-1813 годах , которая была названа «лучшей статистической графикой из когда-либо созданных». [6] [7] Многие карты Минара используют методы дизайна, которые еще предстоит усовершенствовать, даже в эпоху компьютерной графики.
В 1980-х годах Уолдо Тоблер проводил эксперименты по созданию карт потоков с помощью компьютера. [8] [9] Ранние компьютерные карты не соответствовали стандартам Минарда, но Географическая информационная система (ГИС) и графическое программное обеспечение улучшили возможности проектирования карт потоков. [ необходима ссылка ]
С 1830-х годов было создано множество разнообразных карт потоков, показывающих движение во многих формах. Согласно Эдуарду Имхофу , карта потоков может представлять несколько различных аспектов явлений, которые движутся, и сетей, по которым они движутся; он перечислил следующее: [10] : 94–95
Это не отдельные типы карт; карта потока может отображать любой из этих аспектов одновременно.
Типы явлений, которые были предметом карт потоков, разнообразны. Темы, связанные с географией человека, включают: миграцию , путешествия , международную торговлю , логистику , коммунальные услуги (вода, канализация, электричество, телекоммуникации) и дорожное движение , среди прочих. Другие связаны с физической географией : речной сток , ветер , миграция диких животных и т. д.
Разнообразие карт потоков по предмету и относительная важность аспектов потока Имхофа привели к ряду стратегий дизайна. В диссертации 1987 года Мэри Паркс выделила несколько различных типов карт потоков, [13] которые широко цитировались, хотя ее список не был исчерпывающим, и здесь приведены другие. Эти типы являются прототипическими; реальные карты могут сочетать некоторые аспекты нескольких типов.
В этом типе основная цель — показать существование связи между двумя местами, часто сопровождаемую представлением объема потока и/или направления. [12] Маршрут, как правило, не важен для аудитории, поэтому соединительные линии часто прямые или слегка изогнутые. Распространенным примером этой формы является карта маршрутов авиакомпаний. Паркс различал радиальные карты (исходящие из одного пункта отправления или назначения) и сетевые карты (соединяющие несколько узлов), но это разница в географической схеме; дизайн очень похож для обоих типов.
Карты исходной и конечной точек имеют уникальный дизайн, ориентированный на схематическую форму соединительных линий. Прямые линии легко рисовать, но они могут вызывать проблемы, особенно когда более длинные линии и более короткие линии коллинеарны, заслоняя друг друга и их пункты назначения. Они также могут иметь беспорядочный вид. По этим причинам предпочтительны изогнутые линии, обычно дуги окружности, как более эстетически приятные. Их также можно корректировать, чтобы избежать промежуточных линий и точек. [14] Ранние алгоритмы автоматизированной генерации линий обычно были прямыми линиями, [9] но недавние алгоритмы успешно создают изогнутые линии. [15]
Этот тип иллюстрируется сбалансированным фокусом на узлах отправления-назначения, маршрутах перемещения между ними (обычно сильно обобщенных) и объеме потока. Наиболее распространенным примером, восходящим к Минарду, является карта, показывающая судоходство между набором узловых регионов или портовых городов по общим морским путям . На карте распределения пути выходят из источника с шириной, пропорциональной сумме нескольких пунктов назначения, затем разделяются, поскольку маршруты «распределяются» к каждому пункту назначения.
Проектирование карт распределения требует некоторой осторожности и мастерства в составлении линий потока, чтобы они разделялись с надлежащей шириной и плавными углами изгиба. Вычислительные эксперименты показали потенциал для их автоматического создания, [2] но сегодня большинство рисуется полуручным способом с использованием ГИС и графического программного обеспечения. [12]
Этот тип карты потоков изначально восходит к карте Харнесса Ирландии. [4] Он больше фокусируется на маршрутах сети, чем на ее узлах отправления/назначения. Маршруты могут быть точными или весьма обобщенными (как на многих транзитных картах ), и могут или не могут представлять объем или скорость потока. Типичным примером является карта движения на автомагистралях .
3.png/1280px-Ocean_currents_1943_(borderless)3.png)
Не все потоки происходят вдоль линейных сетей; двумерные и трехмерные массы также могут течь, особенно вода (например, океанское течение ) и воздух ( ветер ). Их движение можно смоделировать как векторное поле , в котором величина и направление движения могут быть измерены в любой точке пространства. [10] : 149 В приведенном выше списке Имхофа карта, которая визуализирует это, часто называемая картой потока масс или картой непрерывного потока , [16] фокусируется на направлении и скорости потока, в то время как другие аспекты, такие как источник/назначение и маршрут движения, по большей части бессмысленны.
В 1688 году Эдмунд Галлей составил карту пассатов , используя массив коротких линейных сегментов, ориентированных в направлении воздушного потока. [5] : 69 В начале 20-го века на погодных картах эта техника была разработана в виде ветровых зубцов , сложных символов, используемых для указания скорости и направления ветра. Единичные векторы и ручейки были предложены в качестве общего термина для точечных символов потока, но ни один из них не получил широкого распространения. [17] Их можно легко сгенерировать с помощью компьютерных алгоритмов, особенно с использованием растровых данных ГИС или данных точек выборки (например, метеостанций). [18] Этот подход больше похож на пропорциональные точечные символы , чем на типичную карту потока.
Другой вариант визуализации векторных полей — рисовать линии тока , которые соединяют точки, перетекающие друг в друга; это обычно использовалось для представления океанских течений с начала 19 века. [5] : 82 Среди компьютерных алгоритмов Тоблера 1981 года были модели векторных полей для создания «линий тока», а последующая работа улучшила результаты. [8] [17]
Наиболее распространенный метод визуализации количества или скорости потока — через визуальную переменную размера, в частности, толщину линии (обычно измеряемую в точках или миллиметрах). При этом размер гораздо более интуитивен для общей величины, поэтому другие визуальные переменные (такие как оттенок цвета или значение цвета ) также могут рассматриваться для скорости. Следующие методы определения толщины линии очень похожи на методы масштабирования для пропорциональных карт символов . [12]
Наиболее распространенный метод заключается в вычислении веса заданной строки w в прямой пропорции к значению суммы v на основе произвольно выбранного веса w 0 для выбранного базового значения v 0 (часто, но не обязательно, минимального значения):
Это помогает читателям делать интуитивные суждения об относительных соотношениях значений на основе относительных весов; линия, которая в два раза толще другой, представляет удвоенное значение. Однако, когда существует очень высокий уровень вариации между максимальными и минимальными значениями (обычно более 25:1, хотя это зависит от географии сети потоков и дизайна), результирующая карта может быть проблематичной, с подавляющими толстыми линиями и почти невидимыми тонкими линиями. Альтернативой в этом случае является установка минимального и максимального веса ( w max и w min ) и выполнение линейной интерполяции между ними, даже если это исключает возможность интуитивного оценивания весовых соотношений:
Третья альтернатива — просто использовать порядковые веса (толстый, средний, тонкий и т. д.) для представления порядковой переменной или количественной переменной, которая была классифицирована (часто называемой градацией диапазона в этом контексте). Это также теряет способность читателей интуитивно судить о различиях значений, но имеет преимущество общей простоты.
Для всех этих типов масштабирования легенда обычно показывает примерный набор толщин линий с соответствующими им значениями, аналогично легенде карты пропорциональных символов .
Помимо карт потоков в картографии существует несколько других методов визуализации негеографических потоков:
