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摘 要： 目前,用户可获取环保领域数据的途径众多,但所得到的数据往往以表格作为载体,只可凭借传统图表分析进行 相关工作的展开,这导致了用户体验的下降。因此,本文提出基于 ECharts 可视化技术并结合 HTML5、CSS3 和 JavaScript 技术搭建中国环境保护情况数据可视化系统,为相关研究人员及普通民众提供了交互式、动态数据可视化平台,并可应用于环 保事业单位或教育教学部门的数字大屏,在弥补环境保护类可视化平台缺失的同时提升了全民环境保护意识。
关键词：ECharts,数据可视化,交互信息设计,数据挖掘
Design and Implementation of China's Environmental Protection Data Visualization System Based on ECharts
LIU Siyu
(Liaoning Normal University, the School of Computer and Information Technology, Dalian Liaoning 116000)
【Abstract】： At present, there are many ways for users to obtain data in the field of environmental protection, but the obtained data is often based on tables, and related work can only be done with traditional chart analysis, which leads to a decline in user experience. Based on this, this paper proposes to build a data visualiza tion system for China's environmental protection situation based on ECharts combined with HTML5. CSS3 and JavaScript technology, providing an interactive and dynamic data visualization platform for relevant researchers and ordinary people, and can be applied to the digital large screen of the environmental protection institutions or the education sector, which not only makes up for the lack of environmental protection visualization platforms, but also improves the national environmental protection awareness.
【Key words】： ECharts;data visualization;interactive information design;data mining
引言
随着“绿水青山就是金山银山”“碳中和”“碳达峰” 等理念的深入人心, “环保”成为了我国民生工程的关 注点 [1]。同时,生态文明建设的不断发展,生态文明体 制的深化改革,以及大数据、“互联网 +”等信息技术 的迅速发展,促使大数据技术成为推进生态文明建设的 重要手段, 在生态环境保护中的作用越来越明显 [2]。然 而,针对相关领域众多且数据量庞大的环境保护情况进 行分析,若采用传统图表的方式,其虽具备“图文并 茂”的特点,但数据之间相互割裂,容易引起研究人员 及大众的视觉疲劳。
基于此,为深入挖掘我国近 10 年来在环境保护上 的发力点及重大成果,宣扬我国在环境保护上的卓越贡 献。本系统以中国国家统计局官网的真实数据为主要研 究对象, 基于 ECharts 可视化技术将海量数据用可视 化、交互式的图形图表进行展示。在保证科学性的同 时,又兼顾了美观性和实用性,更加便捷了环保相关的 从业人员或民众了解我国 2011-2020 年间环境保护相关 数据、政策解释以及节能环保产业的发展情况等,认识 到在环境保护上的“中国智慧”“中国方案”,意识到在 “十二五”“十三五”时期中国环保有着十分精彩的 10 年,更抱有期待展望“十四五”。以数据共享为前提,打破了系统内的“信息孤岛”与“数据壁垒”,推进了 我国智慧环保大数据平台的建设 [3]。
1 需求分析
大数据所引发的变革逐渐渗透到各行各业,在生态 环境领域中,大数据能够通过分析整合创造出新的价 值、实现更好的效果 [4]。对于节能环保产业,其需了解 国家近年来的环境数据,贴合环境自身的变化趋势并借 助国家的政策支持,进而实现领域的发展创新;对于生 态环境宣教工作,其需构建一种便于受众者理解的教育 模式,而可视化、交互式的图形图表设计往往能够在教 学宣讲中发挥一定的辅助作用,进而实现生态文明建设 的提升。综上所述,也就需要一种既能够实现环境数据 高效整合又可使其可视化的手段和工具。
2 系统设计
2.1 数据来源
本系统采用的数据来源正规, 具有可查证性。环保 领域数据类型选用广泛,囊括水资源、森林资源、大气 资源、无害工厂数量等诸多方面。由于,网络爬虫已成 为大数据时代最重要的信息收集方式 [5] ,为提升系统中 数据获取的效率,本系统处理的数据均借助网络爬虫技 术获取,其中中国环境数据来自中国国家统计局官网, 环境保护类的政策文件内容来自中华人民共和国生态环 境部门,热搜词云的词语及其频数数据则来自中国知网。
2.2 系统架构
本文提出设计基于 ECharts 的中国环境保护情况 数据可视化系统,ECharts 是基于 HTML5 Canvas 的 图标库 , 可以流畅的运行在 PC 和移动设备上,兼容当 前绝大部分浏览器 [6]。
系统的前端采用了多页面大屏的显示,使用 ECharts. min.js 组件,ECharts.min.js 所提供的众多图表工具利用自身渲染功能并结合 CSS3 技术可实现图表样式的 重绘,完成定制形象可视化图形图表的工作,增加了大 屏显示的可视交互效果。系统的后端则是进行解析爬取 的环境保护数据的 Excel 表格并进行预处理工作,同时 通过 Python 编程语言将其转换成 JSON 格式,最后将 数据返回至前端,用户端可通过系统的部署链接或 exe 可执行程序直接进行访问使用,架构流程图如图 1 所示。
本系统共计包括 4 个界面,分别为首页、热搜词 云、政策解释和节能环保。本系统界面的配色上,以暗 绿色为背景色调,达到了凸显可视化图形图表的效果, 并且图表内对比数据采用互补色显示,保证了全局的色 彩平衡,实现了将海量环境保护数据以可视化、交互的 形式呈现给用户,降低了用户对于环境保护领域的认知 负担。本系统功能体系架构图如图 2 所示。
2.3 可视化设计及实现
2.3.1 首页
在首页界面,共分为左、中、右三栏共计 5 个图形 图表模块。左右两栏：展示了我国某些省份地区在有害 气体排放、生活垃圾处理、人工造林面积等环境保护数 据的统计情况; 中间栏：用户可通过顶端图形按钮进行切换全国水资源或人工造林面积数据的展示,用户通过 时间轴的自动推移或人为选中结点进行跳转至某一年份 中国各个省份地区相关环境数据统计情况,以地图中亮 点面积和右侧条形图来共同反应排名情况,用户拖动鼠 标可进行地图细节的放大,并且通过点击某个省份的亮点 还可跳转至该省份地区的生态环境厅官网,如图 3 所示。
2.3.2 热搜词云
在热搜词云界面,以彩色的、可拖动式的矢量圆形作 为载体构成词云网络,展示了在中国知网中搜索“环境保 护”四字所出现的相关词语频数,频数越大,矢量圆形的 面积也就越大,增加了可视化交互效果,如图 4 所示。
2.3.3 政策解释
在政策解释界面, 包括政策规划、相关标准和法律 法规 3 个子页面,以时间流向的形式展示了自 2011 年 起国家出台的具有代表性的、惠及人民生产生活的相关 文件,鼠标滑动至文件名称左侧圆点还可实现文件内容的具体展示。
2.3.4 节能环保
在节能环保界面,二级菜单中包括节能环保产业地 区分布、专利细分、产业产值、规模走势和科普视频, 以浮动框架的形式展示了契合于我国十年来在环境保护 领域突飞猛进背景下,我国节能环保产业的相关发展情 况,又考虑到“碳中和”于 2021 年被写入了政府工作 报告,因此将“碳中和”“碳达峰”的 MG 科普动画嵌 入该页面中,如图 5 所示。
3 系统实现
3.1 平台界面
本系统以中国国家统计局官网的全国各个省份地区 的多类别环境数据为主要研究对象,相关环境数据可视 化界面如图 3 所示。以系统的首页界面为例,在该页面 布局设计上,其上层布局设计从大气资源的角度出发, 展示了山东省二氧化硫排放量变化及部分省份无害工厂数量占比情况。下层布局采用 2 个双折线图,从中可看 出双变量的共同走势。
对于页面中心位置的中国地图的实现,由于百度 地 图 API 能 在 Windows、Mac、Linux 的 所 有 平 台 中使用 [7] ,考虑到网络平台的适用性,遂调用百度地图 的 API 并与条形图对象和底部的时间轴组件绑定来实现 10 年间(2011-2020 年)全国省份地区人工造林面积及 水资源数据统计情况的形象显示。
3.2 实例数据分析
如图 3 所示：(1)山东省二氧化硫排放量分析：左 栏上层山东省二氧化硫排放量变化条形图, 2011 年该 省二氧化硫排放量为 182.74 万吨, 2020 年该省二氧 化硫排放量为 19.33 万吨, 同比 2011 年排放量下降了 89.42%,可见山东省近年来在大气治理上取得了一定 成就。(2)中国生活垃圾处理情况分析：左栏下层生活 垃圾处理情况折线图,在 2011-2020 年,垃圾清运量 及无害处理量逐年递增, 其中 2019 年垃圾清运量及无 害处理量达到最高水平,分别为 24206 万吨和 24012 万吨,可见我国在垃圾处理无害化付出了很大的努力。 (3)某年全国水资源排名情况分析： 中间栏全国水资源 数据统计条形图,需手动点击时间轴中具体年份结点, 通过条形图排名情况及中国地图中各个省份亮点面积的 大小共同反映。西藏自治区水资源含量连续 10 年位居 全国第一名,由此可见,西藏自治区水资源丰厚,可进 行有效开发利用。(4) 2020 年部分省份无害工厂数量 分析：右栏上层 2020 年部分省份无害工厂数量占比玫 瑰图。以全国无害工厂数量居前五的省份：河北省、浙 江省、江苏省、山东省和广东省为例进行分析,其数量 分别为 118、97、85、76、59.(5) 北京市森林资源与水资源总量分析：右栏下层北京市森林资源与水资源总 量占比分析双折线图,通过点击图例,可选中单一数据 进行观察,可见,北京市水资源总量在 20 ~ 40 亿公顷 之间波动。
4 结语
本系统契合于时代热点,关注节能环保对于人民生 产、生活的影响。多个页面编排有序得当,整体界面布 局工整。在保证环境保护数据的可视化效果的同时,增 强了图形图表之间关联,除了引入传统的统计图,例 如,条形图、折线图和饼图之外还选择了玫瑰图、散点 图和时间流向式图进行数据可视化展示,进一步增强了 可视化界面的交互效果,更为当下环保数据挖掘和大数 据分析提供了技术支持。
参考文献
[1] 王旭 . 习近平生态文明思想的科学内涵探析[J].云南社会主 义学院学报,2022.24(1):94-101.
[2] 吴寅 .简述大数据在环境保护中的作用[J].广州化工,2020. 48(4):94-95+118.
[3] 兰延文,郭丽君,李森 .大数据背景下的智慧环保建设与改进 措施讨论[J].资源节约与环保,2021(9):135-138.
[4] 张晨 .大数据时代下环保人的宣教工作[J].环境教育,2021 (4):40-41.
[5] 刘晓魁 . 网络爬虫技术与策略分析[J]. 网络安全技术与应用, 2022(5):17-19.
[6] 冀潇,李杨.采用ECharts可视化技术实现的数据体系监控系 统[J].计算机系统应用,2017.26(6):72-76.
[7] 向玉云,高爽,陈云红,等.百度、高德及Google地图API比较 研究[J].软件导刊,2017.16(9):19-21+25.
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