中国省市自治区行政区域数据可视化

动机

近期的论文中需要对省市自治区数据进行可视化，查询资料后获取如下的解决方案：

• Excel Power Map
• Matlab geoshow/mapshow
• Mapshaper

需求说明

本次需要绘制的数据图为区域图，即对各省市自治区按照数值大小用不同颜色反映出数据的差异，将相应区域整体着色。

Demo

中国各省市自治区电动汽车公共充电桩数量分布（截至2017年12月）

如图所示，通过区域绘图的方式绘制了充电桩的分布情况（Matlab实现）。其他与省市相关的数据可视化均可以通过这种方式展示。

解决方案

下面分别对以上方案进行简单介绍与对比。

Excel Power Map

自Office 2016以来，Excel 集成了Power Map功能（使用时需要联网）；Office 2013需要单独下载安装Power Map工具；再之前的版本不支持该功能。Power Map的优势在于上手方便，无需编程。在Excel表格中选中相应的数据即可添加至Power Map加载项中即可实现相应的需求。需要注意的是：该功能中务必将省市自治区的名称完整写出，例如：北京市、广东省、广西壮族自治区，不能写为北京、广东、广西；否则在选择数据类型时无法准确识别。此外，Power Map可以选择不同的数据表示方式，包括：柱状图、热力图、区域图；根据需求，我们需要采用区域图。

优点

• 上手快，无需编程

缺点

• 颜色只能选择单一色调，颜色深浅是按照原有数据自动配置色彩深浅。（这一点可以通过对数据预处理解决，对原始数据先进行分级）
• 地图为世界地图，无法单独抠出中国地图
• 图例形式单一

Matlab geoshow/mapshow

Matlab中提供了地图绘制的函数，geoshow与mapshow

可以方便地从地图文件（Shapefile, .shp）中提取经纬度信息，绘制成地图。具体的操作如下代码所示：

s = shaperead('省界_region.shp'); % load shapefile
axesm('mercator') % set projection type as mercator projection
set(gca, 'Color', 'none') % set background transparent
set(gca,'XColor','none'); set(gca,'YColor','none'); % set boundary transparent
for k = 1 : length(s)
geoshow(s(k).Y, s(k).X, 'DisplayType', 'polygon');
hold on
end

首先读取地图文件，存储为地图结构体，其中包括34个省市自治区的边界信息；然后设置坐标轴的投影类型为墨卡托投影（这一点在后面会补充提到）；设置坐标轴以及背景为空为了仅显示地图而不显示背景与坐标轴；通过循环利用geoshow函数绘制各个省市自治区。geoshow函数的用法如下：

handle = geoshow(lan, lon, 'DisplayType', 'polygon', 'FaceColor', [r, g, b]);

与普通的plot函数用法别无二致。通过设置facecolor即可完成对区域着不同颜色的目标，而此处着色的方式就更为自由；handle为图形的句柄，可以为后续设置图例使用。总结Matlab geoshow/mapshow方式的优缺点如下：
优点

• 自由度高，能达成所有目标
• 了解matlab而言，上手容易

缺点

• 需要安装matlab
• 有一定门槛

Mapshaper

mapshaper是一个开源地图编辑软件，由纽约时报记者Matthew Bloch开发。该工具基于Node.js开发，可以在windows，Mac OS，Linux系统下安装，或者由其提供的web端运行，该工具使用方便，功能丰富。以web端为例，用户只需要将地图文件（以shapefile为例，是.zip压缩包）拖拽至web端，网页将自动加载地图文件；网页端提供控制台(console)，用户可以在控制台中输入相关的命令即可完成对地图的编辑，从而实现数据可视化的目标。（该web端提供解析地图的本地脚本，并不需要将数据上传至服务器，因此安全性与操作性都可以保障）下面的命令行脚本将提供相关的数据可视化功能示例：

mapshaper 省界_region.shp -join evse_distribution.csv keys=ID,ID fields=evse_number -o joined.shp

以上代码完成的功能是将外部数据添加到地图文件中，便于后续的数据展示。

mapshaper joined.shp -svg-style fill="#CCE5FF" where="evse_numbe <= 1000" -svg-style fill="#99CCFF" where="evse_numbe > 1000 && evse_numbe <= 3000" -svg-style fill="#66B2FF" where="evse_numbe > 3000 && evse_numbe <= 5000" -svg-style fill="#3399FF" where="evse_numbe > 5000 && evse_numbe <= 10000" -svg-style fill="#0080FF" where="evse_numbe > 10000 && evse_numbe <= 20000" -svg-style fill="#0066CC" where="evse_numbe > 20000 && evse_numbe <= 25000" -svg-style fill="#004C99" where="evse_numbe > 25000" -svg-style stroke-width=1.5 -svg-style stroke="black" -proj merc -o evse_numbers.svg

以上代码完成对载入数据的可视化展示并生成svg格式图片。

其中的主要语句包括：-join, -svg-style,-proj以及-o。

优点

• 自由度高，无需安装任何软件（web接口）

缺点

• 有一定编程门槛
• 图例不便于程序化实现

注意

• dbf文件写入时，对于非ascii编码文件，字段长度截断为10个字符；因此在以上的代码中“evse_number”在后续调用时变成了“evse_numbe”；这一点在此前的版本没有截断提示，近期更新作者已完善提醒。

其他

地图文件格式

Shapefile格式与说明如下：

xxx.zip

   |--- xxx.dbf:    属性数据格式，以dBase IV的数据表格式存储每个几何形状的属性数据。

   |--- xxx.prj:     投帧式，用于保存地理坐标系统与投影信息。

   |--- xxx.shp:    图形格式，用于保存元素的几何实体。

   |--- xxx.shx:    图形索引格式。

投影算法

地图的投影算法决定了地图数据展示的效果；国内常用的投影算法为墨卡托投影。详细的投影算法介绍可以参见文章。

中国省界地图下载

下载链接：谷歌云盘，百度云盘
解压密码：malagis.com

自定义IEEE Xplore文献列表

IEEE Xplore 数据库提供了文献列表下载服务，可以方便地导出所查询文献的相关信息，存储与csv文件中。相关信息包括：文献名称、作者、发表年份、发表刊物等共计31个标签。在上一篇博文（批量下载IEEE Xplore数据库论文）中给出了根据csv文件下载文献的方法，在此做进一步补充：自定义下载的文献列表信息，例如只选择关注其中的若干标签，如：文献名称、作者、发表年份、发表刊物、引用次数这五个标签。此外，为每个条目添加文献超链接，关联到本地已下载的文献，从而便于索引和查看。

可以通过Matlab快速实现以上两个目标，涉及的主要函数如下：

• xlsread / xlswrite
• actxserver

其中，xlsread / xlswrite 分别读取和写入excel(csv)文件；而 axtxserver 可以创建windows的COM组件，从而操作该对象，例如：exl = axtxserver('excel.application') 可以创建一个Excel对象。以下给出通过Matlab为Excel单元格添加超链接的实现示例：

exl = actxserver('excel.application');
exlWkbk = exl.Workbooks;
exlFile = exlWkbk.Open([pwd '/' filename]);
exlSheet1 = exlFile.Sheets.Item('Sheet1');

rngObj = exlSheet1.get('Cells', row, col);
exlSheet1.Hyperlinks.Add(rngObj, 'somelink');

exlFile.Save()
exlFile.Close()
exl.Quit
exl.delete

在创建Excel对象后，可以调用Excel VBA中的方法对Excel单元格进行访问，而其中添加超链接的方式即： exlSheet1.Hyperlinks.Add(rngObj, 'somelink'); 值得注意的是以R1C1方式访问Excel单元格的方式为：rngObj = exlSheet1.get('Cells', row, col); 完整代码如下所示：

function SelectInterestTags(export, filename, savepath)
%% Select interested tags from IEEE Xplore export file
%   and generate an excel file which contains hyperlink for each entry to
%   locate the downloaded file
%
%   export: csv file downloaded from IEEE Xplore
% filename: saved excel filename
% savepath: path for downloaded pdf files
%
clc

%% initial
switch(nargin)
    case 2
        savepath = pwd;
    case 3
        % do nothing
    otherwise
        error('Wrong for number of inputs.')
end

%% load csv file
[raw_numerical, raw_text, RAW] = xlsread(export);
NameList = raw_text(3:end, 1);
YearList = raw_numerical(1:end, 2);

pat = '[\\/:*?"<>|]';
NameList = regexprep(NameList, pat, ' ');

%% disp all tags and choose interest tags
Tags = raw_text(2, :);
for k = 1 : length(Tags)
    fprintf('\t%d\t%s\n', k, Tags{k});
end

prompt = 'Please Select Your Interest Tags (-1 for all, 0 for default): ';
interestTags = input(prompt);

%% parameter check
if interestTags == -1
    interestTags = 1:length(Tags);
else
    if interestTags == 0 % default selection
        interestTags = [1, 22, 4, 6, 11, 17, 24, 2];
    end
end

disp('The following tags are selected: ')
disp(Tags(interestTags)')

%% write xls file
InterestArray = RAW([2:end], interestTags);
xlswrite(filename, InterestArray);

%% add hyperlink for each paper

exl = actxserver('excel.application');
exlWkbk = exl.Workbooks;
exlFile = exlWkbk.Open([pwd '/' filename]);
exlSheet1 = exlFile.Sheets.Item('Sheet1');

for k = 1 : length(InterestArray) - 1
    pdfFile = [savepath '/' num2str(YearList(k)) ' ' NameList{k} '.pdf'];
    if exist(pdfFile, 'file') == 2
        rngObj = exlSheet1.get('Cells', k + 1, 1);
        exlSheet1.Hyperlinks.Add(rngObj, pdfFile);
    end
end
disp([filename ' generated!'])

%% save file and close activex excel com
exlFile.Save()
exlFile.Close()
exl.Quit
exl.delete

参考

[1]. 使用 ActiveX 将数据写入 Excel 电子表格

[2]. Reference Excel cells in R1C1 style using ConvertFormula

[3]. Add a hyperlink in excell through matlab