Visualisatie van relaties in kaarten Mogelijke toepassingen van Spider Diagrams

Transcriptie

1 Visualisatie van relaties in kaarten Mogelijke toepassingen van Spider Diagrams Erik van der Zee, Senior Consultant Geodan IT Visualisaties van relaties tussen objecten in een kaart onthullen vaak opmerkelijke ruimtelijke patronen die anders niet of moeilijk worden opgemerkt. Dit type visualisaties worden Spider Diagrams genoemd. Wat is nou precies een Spider Diagram, hoe en waarmee worden ze gemaakt en in welke situaties kunnen ze worden ze toegepast? Dit artikel beantwoordt deze vragen. Ook wordt ingegaan Wat is een Spider Diagram Wie Spider Diagram intikt op Wikipedia[1] ziet een complexe, wiskundige verhandeling over Euler- en Venn diagrammen, singleton sets en conjunctions. Een geograaf verstaat onder een Spider Diagram iets anders; namelijk een bepaald type kartografische representatie voor het weergeven van ruimtelijke relaties. op de visualisatie van grootschalige relatienetwerken zoals LinkedIn, Twitter en Facebook. Een Spider Diagram komt tot stand door relaties tussen objecten te visualiseren door middel van lijnen. Het begrip relatie wordt daarbij breed geïnterpreteerd en omvat bijvoorbeeld relaties tussen vraag en aanbod (klant en filiaal, scholier en school, patiënten en zorgverleners), relaties tussen vrienden, hiërarchische relaties, et cetera. Wanneer de objecten Figuur 1 - Voorbeeld van een Spider Diagram. Bron: OnSpatial. geografische coördinaten bevatten, dan kan het Spider Diagram in een kaart worden weergegeven (zie figuur 1). De lijnen tussen de objecten in een Spider Diagram zijn meestal rechte lijnen (hemelsbreed). Als de relatie echter betrekking heeft op een route, dan kan de relatie tussen twee objecten ook een kortste route zijn over een netwerk van wegen. Figuur 2 - Convex Hull. Bron: OnSpatial. Relaties (lijnen) in een Spider Diagram kunnen op verschillende manieren worden gevisualiseerd. Zo worden pijlen gebruikt om de richting (een- of tweerichting) van een relatie weer te geven. De lijndikte wordt soms gevarieerd om hoeveelheden (bijvoorbeeld de hoeveelheid goederen of het aantal personen), of verschillen in het belang 4 Geo-Info

2 van een bepaalde ruimtelijke relatie weer te geven. Met lijnkleur en lijntype (ononderbroken of gestippeld) kan het type relatie worden gevisualiseerd. De objecten in het Spider Diagram kunnen worden gevisualiseerd met puntsymbolen, die op hun beurt ook kunnen variëren in type, dikte en kleur. Van Spider Diagrams kunnen invloedsgebieden (bijvoorbeeld verzorgingsgebieden) worden afgeleid met behulp van convex of concave hull (omhullende) functies[2]. Het resultaat daarvan is een polygoon (figuur 2). Toepassingen van Spider Diagrams Spider Diagrams kunnen onder andere worden toegepast om relaties tussen Figuur 3 - Relaties tussen leerlingen en scholen. Bron: Esri inc. Figuur 4 - Relaties tussen patiënten en zorginstellingen. (zorgverleners) worden gevisualiseerd. Hierbij bestaat het zorgaanbod uit intramurale zorgverlening (instellingen als ziekenhuizen, verpleeghuizen waar de patiënt naartoe gaat) en extramurale zorgverlening (waarbij ambulante zorgverleners op locatie bij de patiënt thuis werken). Door slimme selecties in de Spider Diagrams te maken kan veel inzicht worden verkregen in de ruimtelijke relaties tussen patiënten en zorgvestigingen. Dat inzicht kan helpen bij het optimaliseren van de afstemming tussen de zorgvraag en het zorgaanbod. Figuur 4 toont bijvoorbeeld dat sommige patiënten een grote afstand afleggen voor een bepaald type zorg. In figuur 5 zien we een patiënt die meerdere zorgvestigingen in een bepaalde periode heeft bezocht. vraag en aanbod te visualiseren op het gebied van onderwijs, zorg en logistiek. Zo kan een Spider Diagram door onderwijsinstellingen worden gebruikt om in kaart te brengen waar leerlingen vandaan komen (zie figuur 3). Op een vergelijkbare manier kunnen supermarkten gegevens van klantenkaarten gebruiken om Spider Diagrams te maken die het ruimtelijk koopgedrag van klanten visualiseren (wie koopt wat in welke vestiging op welke dag). Inzichten in deze ruimtelijke patronen zijn van belang bij onder andere vestigingsplaatsanalyses. In de zorg kunnen relaties tussen zorgvraag (patiënten) en zorgaanbod Figuur 5 - Relatie patiënt met zorginstellingen. Geo-Info

3 Een andere mooie toepassing van Spider Diagrams is het inzichtelijk maken van criminele activiteiten. Zo kan bijvoorbeeld de relatie tussen plaatsen waar auto s worden gestolen en de vindplaats van diezelfde gestolen auto s worden gevisualiseerd (figuur 6). Hiermee worden bepaalde patronen zichtbaar op basis waarvan preventieve maatregelen genomen kunnen worden. Bijvoorbeeld extra surveillance in bepaalde gebieden. Figuur 6 - Gestolen en terug gevonden auto s tussen 1 september 2011 en 30 september Bron: Esri inc. Deze monteurs rijden continu door Nederland en hebben dus dynamische geografische posities. In het Spider Diagram wordt de relatie tussen een gemelde storing (vaste geografische positie) en de (dynamische) positie van storingsmonteur, die aan een storing is toegewezen, gevisualiseerd. Bij complexe storingen kunnen soms meerdere monteurs toegewezen worden aan één bepaalde storing. In dergelijke gevallen kan de relatie tussen de objecten beter worden gevisualiseerd op basis van de kortste route, dan door middel van een rechte lijn. Figuur 7 - Location based planning. Op het slagveld 2.0 zijn alle statische en dynamische posities van soldaten, voertuigen, vaartuigen en vliegtuigen bekend. De Spider Diagrams veranderen dan con- Ook in de logistiek kan het visualiseren van goederenstromen (van-via-naar) met behulp van Spider Diagrams veel meerwaarde hebben. De diagrammen tonen dan verbindingen tussen laad-, overslag- en loslocaties van goederen (welke goederen gaan waarheen). De relatielijnen in de diagrammen kunnen worden gebruikt om het type lading (kleurcode) of de hoeveelheid lading mee aan te duiden (dikte van de lijn). Een ander voorbeeld is de pakket- en postbezorging. Hier kunnen relaties tussen bezorgers (woonadres), distributiepunten en bezorgwijk worden weergegeven. Dit helpt planners bij het optimaliseren van de indeling van bezorggebieden. Dynamische Spiders De objectlocaties in Spider Diagrams zijn vaak statisch, maar kunnen natuurlijk ook dynamisch zijn. Bijvoorbeeld de actuele locaties van storingsmonteurs (figuur 7). Figuur 8 - Dynamisch hiërarchisch Spider Diagram. 6 Geo-Info

4 Figuur 9 - Twee objecttabellen (leerlingen, scholen) en een relatietabel. tinu van vorm. In een dynamisch Spider Diagram kunnen bovendien communicatielijnen (wie communiceert met wie) of gezagsverhoudingen (wie valt onder wie) worden weergegeven. In figuur 8 is een dynamisch (locatie) hiërarchisch (gezagsverhouding) Spider Diagram van het slagveld in beeld gebracht. Hoe maak je een Spider Diagram? Een Spider Diagram bestaat uit drie geografische bestanden; twee object tabellen (bijvoorbeeld leerlingen en scholen) en een relatietabel waarin de relaties als lijnelementen zijn opgeslagen. De relatietabel wordt berekend door verbinding van de objecten uit de twee objecttabellen (zie figuur 9). Figuur 10 A - Leerlingen. Figuur 10 B - Scholen. Het eindresultaat van een Spider Diagram gebaseerd op echte data is weergegeven in figuur 10. De samenvoeging van de twee objecttabellen en de relatietabel vormen samen het Spider Diagram (figuur 10 D). Figuur 10 C - Relaties. Figuur 10 Genereren objecttabellen Adreslijsten vormen vaak de basis voor de objecttabellen. Adressen bevatten echter geen coördinaten, en moeten dus worden ge-georefereerd. Door middel van batch geocoding kan snel een hele adreslijst worden voorzien van coördinaten. Een handige online tool hiervoor is FindLatitudeAndLongitude[3]. Deze tool heeft als input een lijst van adressen, en levert als output diezelfde adressen, maar nu voorzien van lat-long coördinaten. De gegeorefereerde adressen kunnen vervolgens worden ingelezen in een GIS systeem of database. De lat-long coördinaten kunnen daarbij eventueel worden omgezet naar (geprojecteerde) Rijksdriehoekscoördinaten. Daarmee is de basis gelegd om een Spider Diagram te genereren. Genereren relatietabel De relatietabel bevat de lijnelementen van het Spider Diagram. Er zijn verschillende manieren om deze lijnelementen te genereren. De eerste methode is via een Figuur 10 D - Spider Diagram. GIS systeem. Opmerkelijk is dat het maken van de lijnelementen voor Spider Diagrams vaak geen standaard optie is in GIS systemen. Wel zijn er open source scripts beschikbaar. Voorbeelden hiervan zijn het gratis Spider Diagram script voor ArcGIS Desktop[4] en de Spider Diagram plugin voor Quantum GIS[5]. Een alternatief is Geo-Info

5 het gebruik van commerciële extensies als Network Analyst of ET Geowizards[6]. Een derde optie is het genereren van objectrelaties in een database met behulp van database functies. In figuur 11 en 12 is weergegeven hoe in een (PostgreSQL) database een Spider Diagram gemaakt kan worden door middel van een query[7]. Super Spiders Met de komst van grootschalige social media netwerken, zoals LinkedIn, Twitter en Facebook, worden gegevens van honderden miljoenen mensen en de relaties, die zij hebben met vrienden en volgers, opgeslagen. Met de opkomst van het Internet of Things zullen ook steeds meer apparaten worden toegevoegd aan deze sociale netwerken; de glasbak en de prullenbak krijgen binnen niet al te lange tijd ook een Facebook en Twitter account en volgers. Deze enorme aantallen objecten en relaties kunnen worden gevisualiseerd in complexe dynamische Spider Diagrams, ook wel graphs (grafen)[8] genoemd. De InMaps applicatie[10], toont alle relaties tussen een LinkedIn gebruiker en zijn of haar LinkedIn contacten (zie figuur 13). Wanneer de posities van de personen in een graph bekend zijn, bijvoorbeeld in de vorm van het woon- of werkadres, via een Googleof FourSquare checkin locatie of een Smartphone GPS positie, dan kan de graph ook Figuur 13 - Weergave van relaties tussen Linkedin contacten met InMaps. Figuur 11 - Objecttabellen. Bron: Spider Diagrams in ET Geowizards. Figuur 12 - Query voor het creëren van een Spider Diagram voor winkel id 100. Bron: Spider Diagrams in ET Geowizards. worden gevisualiseerd in een dynamische kaart. Nieuwe technologieën zoals graph databases zijn nodig om een dergelijke grote hoeveelheid objecten en de relaties op een efficiënte manier op te slaan, te bevragen en te visualiseren. Een voorbeeld van een dergelijke database is Neo4J[11]. Conclusie Door middel van Spider Diagrams kunnen relaties tussen objecten inzichtelijk worden gemaakt in een kaart, waardoor patronen in data zichtbaar worden die anders verborgen zouden blijven. Zowel statische als dynamische geografische objecten, en de relaties daartussen, kunnen in een Spider Diagram worden gevisualiseerd. Spider Diagrams kunnen een waardevolle bijdrage leveren bij de afstemming van vraag en aanbod van bijvoorbeeld zorg, onderwijs en logistiek. Met de exponentiële groei van real-time data (Big Data) worden visualisatietechnieken om al deze data te kunnen interpreteren steeds belangrijker. Statische en dynamische Spider- en graph Diagrams kunnen daarbij een belangrijke rol vervullen. Er zijn commerciële en open source tools op de markt waarmee Spider Diagrams gegenereerd kunnen worden. Referenties 1. Spider Diagram definitie Wikipedia 2. Convex en concave hull 3. Batch geocoding 4. Spider Diagram Tool voor ArcGIS Spider Diagram plugin voor QGIS 6. Spider Diagrams in ET Geowizards UserGuide/SpiderDiagram.htm 7. Postgres functie voor Spider Diagrams postgis-function-to-create-spider-diagrams 8. Grafentheorie Grafentheorie 9. GoDiagram InMaps applicatie Neo4J Graph database 8 Geo-Info