犯罪空间和时间可视化：方法比较外文翻译资料

犯罪空间和时间可视化：方法比较

Chris Brunsdon, Jonathan Corcoran, Gary Higgs

摘要

以前关于空间–时间模式的研究探索都集中在静态映交互式动态可视化技术的相关优缺点上。特别是，他们倾向于专注于动画在模式解释和理解影响这种模式的潜在因素的作用。本文的目的是扩大这场辩论，以考虑更广泛的可视化技术在理解时空趋势方面的有效性。三种可视化技术的优点，（地图动画，COMAP和等值面）在协助犯罪扰动数据空间–时间模式的探究能力进行评价。我们认为，每一种技术都有犯罪分析师负责研究这种趋势但还需要进一步研究把相关技术应用到其他犯罪数据源中，允许全面评估其各自的优势和局限性作为探索可视化工具。

1.介绍

了解如何犯罪形态分布在空间上为我们提供知识，可以用来通知分配警力资源，确定“热点”和分析有效预防犯罪的节目如邻里守望计划和闭路电视设备。已经有许多书籍涉及将基于GIS的空间数据分析工具应用于犯罪数据（Goldsmith, McGuire, Mollenkopf, amp; Ross, 2000; Hirschfield amp; Bowers,2001; Leipnik amp; Albert, 2003; Weisburd amp; McEwen, 1998）。现在有全国性的（和国际性的）犯罪制图会议，目的是在许多应用领域展示分析工具的能力。此外，商业软件工具，也可以作为独立的软件包（如：CrimeStat–Levine（1999））或作为一个扩展标准的GIS软件部分（如crimeview扩展ArcView），可用以分析犯罪数据空间分解。除了分析空间格局之外，了解犯罪地点分布如何随时间变化也是很重要的，一些研究（本文综述）已经开发出一种工具，将犯罪行为模式分析的时间维度纳入其中。已经有一些研究已经研究了动态可视化在时空映射中的应用（Andrienko, Andrienko, amp; Gatalsky, 2003; Dykes, 1996; Koussoulakou amp; Kraak, 1992; Shepherd, 1995）。本文通过首次将我们所知的新的可视化技术应用到一个数据库中，详细介绍了警察对城市中心的干扰的调用，我们认为，它揭示了空间和时间扰动模式的新见解。

论文的其余部分结构如下。在第2节中，我们简要回顾了以前的研究，考察了可视化技术作为探索性数据分析方法的一部分的潜力。我们利用这些文献来突出我们在这一领域的知识的差距，并证明需要进行一系列交互式和动态可视化工具的有效性的比较研究。这些技术有一个真正的潜力，那就是犯罪制图，我们在第3节回顾了以前在这一领域的研究，特别是涉及到一系列可视化工具的使用。在论文的第四部分，我们描述了在我们的研究领域使用的数据集，然后展示了使用三种可视化技术应用于这一点的水平数据集，以研究空间和时间的变化，这种数据的发生率。在论文的最后一节，我们总结了这些技术的优点和当前的局限性，为我们提供了深入了解点级数据的模式。

2. 地理可视化和新技术

地理可视化是一个一直受到关注的领域，（综述见例如，MacEachren amp; Kraak，2001）。MacEachren（1994）注意到了一个理论框架，包括需要考虑如何使用这种表示的目标，可视化和交互度。已经有大量的研究调查是否恰当，例如，静态二维地图和三维交互式地图（Slocum等，2001）。这些可以包括动画、交互式地图和各种探索任务提供有用的工具（Andrienkoamp; Andrienko, 1999; MacDougall, 1992）。事实上许多的可视化技术，开发出源于一些早期的工作与GIS空间数据探索性技术趋势（Dykes, 1997a; Haining, Wise,amp; Ma, 1996; Haslett, Wills, amp; Unwin, 1990). Andrienko et al. (2003)）提请注意可能影响使用可视化技术的性质的两个主要因素，即所分析的时空数据的类型和用于支持的探索性任务。Fairbairn, Andrienko, Andrienko, Buziek, and Dykes (2001)等人认为重要的研究需要解决的挑战关系到五个方面的表现，即：空间数据的性质，需要正式的表现形式的理论，考虑代表性的目的，了解需求的用户体验的工具和技术所涉及的不同的可视化方法。然而，需要进一步研究某些技术在手头应用中的适用性。特别是，这种方法根据用户交互级别的不同而有所不同，这样可以控制用户输入和行为。

Slocum等人（2001）提请注意动态可视化在通过用户交互和操纵映射显示空间数据的时间变化方面的优势，但也强调了需要对此类工具的有效性进行更多研究的事实。在六个主要的研究主题，包括动态表示，他们的研究强调了认知和可用性问题的重要性，并建议需要新的认知理论，互动和身临其境的地理可视化。几项研究中，Slocum及其同事回顾，关注动画的限制，允许用户全面了解感兴趣的现象（Morrison, Tversky, amp; Betrancourt，2000）。其他的研究也表明，动画专家观众的一些应用领域的使用可以提供洞察时空模式，从使用替代的技术建立（MacEachren, Boscoe, Haug, amp; Pickle, 1998）。然而，很少有研究比较显示的变化，使用时间变化的地理编码相同的数据源的不同技术的有效性。重要的研究问题需要在这类研究中加以解决。例如：

• 时空变化趋势的解释是否根据所采用的可视化技术的不同而有所不同？
• 有没有一种技术可以被另一种技术所青睐，或者是这种技术的组合，是为了提高对底层空间模式的理解的首选方法？
• 应用的技术的性质会根据可用的数据类型而有所不同吗？
• 这些技术的有效性与用户体验有很大关系吗？

其中的一个交叉研究的突出挑战由MacEachren and Kraak（2001，p. 9）提出，涉及需要“开发可扩展的方法和工具，使理解和洞察，是来自日益庞大和复杂的地理空间数据集可用”。这呼应了Dykes（1997a，p. 346）呼吁需要更多的experimentation用地图表示“为了检查的还有使用多个地图表示的数据集”，使数据集是从不同的角度探讨。在本文中，我们主要关注的是探索更广泛的工具集，可用于可视化动态变化的特征或事件的使用；利用地理编码的犯罪数据的例子。虽然已经有一些研究54 C. Brunsdon et al.。/计算机，环境。与城市系统31（2007）52–75on动态效果（特别是动画）图与`可见静态地图（例如，Slocum amp; Egbert，1993），本文的主要目的是提请注意的优势（和限制）的一系列新的可视化工具的应用设置在解释趋势相同的数据。

3.以前的犯罪地图研究

测绘犯罪以获取与其空间分布有关的信息有着悠久的历史。一些犯罪地图最早的使用可以追溯到十九世纪的法国（Guerry, 1833; Que `telet, 1842），即地图是用于可视化和分析犯罪信息。计算机技术的出现和GIS技术的发展无疑促进了一系列犯罪制图系统的发展。这样的系统现在在操作警务环境中变得更为普遍，它们被用于各种实时（资源分配）和非实时分析程序，有助于告知警务策略。警察部队在计算机绘图技术吸收的快速增长已经注意到在调查中在美国（Mamalian amp; LaVigne, 1999）和英国（Corcoran amp; Ware, 2002），这种趋势仍将继续。

从业者和研究人员之间的犯罪地图的流行已确认与美国地图的建立（公共安全定位和分析）1997个研究中心(http://www.ojp.usdoj.gov/nij/maps/)和英国吉尔Dando犯罪科学研究所2000 (http://www.jdi.ucl.ac.uk/)。此外，这些中心还负责每年举办两次独立的犯罪制图会议。一份名为《犯罪制图新闻》（《警察基金会》，2005）的季刊通讯出版了一系列关于犯罪绘图、软件、即将到来的会议和培训方案的业务应用的文章。另外一个犯罪地图*（由地图程序支持）已经建立，鼓励讨论的问题（主要是技术和方法），犯罪数据及其分析加上即将到来的培训和会议公告相关。准确定位和可视化的犯罪行为的地点允许的范围内，地理技术被应用，包括点的能力，集料表面的可视化。表1概述了已应用于犯罪制图研究的可视化技术的摘要。

每种类型的可视化都有可能通知用户空间分布，从这些分布中可以识别出诸如脆弱性等问题。然而，更困难的是描述随着时间的推移这些识别区域的脆弱性的变化。本文提出了三种不同类型的可视化（图动画，COMAP和等值面）分别是能够代表空间–时间模式。在案例研究之后，每种方法的优点都被提出了。

4.方法

三项可视化技术应用于详细说明警察对城市中心及其周边地区的干扰的数据，这些数据涵盖1999至2001年间。研究区从东到西大约10英里。向警察报告的每一次干扰都记录在这个事件数据集中，该数据集包含日期、时间和位置（x、y坐标）。虽然有这样的数据源，包括根据以上报告相关的各种弱点（对于一个更充分的讨论参见例如，Sherman, Gartin, amp; Buerger,，1989）事件数据的分析还提供了警力资源需求的一个重要指标。

每个可视化技术的核密度估计（KDE）（Silverman，1986）是用来创建一个“风险面”从底层警察事件点数据。KDE的使用是与体积犯罪特定效用（如干扰用在这里）在一个位置可能是事故多发的地方，因此表示点格式可以堵塞真正的风险，而不是被限制的边界与集合映射。

4.1. 地图动画方法

运用地图动画的探索空间–时间问题已经成立超过30年的地理工作（1970）