多地区MRL标准的对比可视分析方法与系统技术方案

本发明专利技术公布了一种多地区最大农药残留限量(MRL)标准对比可视分析方法与系统，将MRL标准数据自顶向下构建农产品分类树，结合交互技术实现关联对比分析、细节对比分析、指标评价对比分析和整体对比分析。系统包括用户交互模块，用户探索模块、指标计算模块以及指标可视化模块。LPM指标包括数据集中农产品的分类层次数L、涉及的农药数P、农药限量值的记录数M，采取加权定量计算LPM指标，提高对比分析的精准度；采用嵌套圆、雷达图、平行坐标和标签云、折线‑柱形图及交互技术，快速发现不同地区在农产品分类情况、农产品MRL标准的覆盖范围制定的严格程度的差异。本发明专利技术也可用于多维层次数据其他应用领域的对比可视分析。

Comparative visual analysis method and system for multi area MRL standard

This invention has published a standard contrast visual analysis method and system of the maximum pesticide residue limit (MRL) in multi area. The MRL standard data is built from top to bottom to construct the classification tree of agricultural products. The correlation analysis, the contrast analysis of details, the comparison analysis of index evaluation and the overall contrast analysis are realized by the interactive technology. The system includes user interaction module, user exploration module, index calculation module and index visualization module. The LPM index includes the number of classification levels of agricultural products L, the number of pesticides involved, the number of pesticides involved in P, the record number of the limit value of pesticides, and the weighting and quantitative calculation of LPM index to improve the precision of the contrast analysis. The difference between the classification of agricultural products and the coverage of the MRL standard of agricultural products is different. The invention can also be used for comparative visual analysis in other application fields of multidimensional hierarchical data.

【技术实现步骤摘要】
多地区MRL标准的对比可视分析方法与系统
本专利技术属于信息可视化和食品安全
，主要涉及多国多地区多组织(以下简称多地区)MRL标准的对比可视分析方法与系统。
技术介绍
农药残留最大限量(MaxmumResidueLimits，简称MRL)是指在某种农产品中农药残留的法定最高允许浓度，以每千克农产品中农药残留的毫克数(mg/kg)计算。一条MRL标准记录是指一种农药在某个农产品中的最大限量值。MRL标准在一定程度上反映了一个国家、地区、组织对农药使用的管理水平。中国大陆、中国香港地区、美国、日本、欧盟组织(以下简称EUR)以及国际食品法典委员会组织(以下简称CAC)等都对农产品中农药残留限量标准有着严格的规定。由于地理位置或本国国情的因素各个地区的MRL标准存在以下几方面的差异：(1)每个国家或地区组织的农产品种类存在差异，如中国大陆、中国香港地区、CAC有唐棣，而EUR、日本和美国没有这种农产品；除美国没有无花果外，中国大陆、中国香港地区、CAC、EUR和日本都有这种农产品。(2)每个国家或地区组织对同一种农产品的分类方式不同，如在中国大陆、中国香港地区和CAC中马铃薯的分类方式都为蔬菜、根菜类和薯芋类蔬菜；在EUR的分类为新鲜或冷冻蔬菜类、块根和块茎蔬菜；在日本的分类为薯类；在美国的分类为蔬菜、根及块茎类蔬菜1组、块茎和球茎类蔬菜1C。(3)每个国家或地区组织MRL标准中对相同的农产品给出农药限量值的数量不同，如对菠菜在CAC的MRL标准中给出了7种农药的限量值，在中国香港地区MRL标准中给出了17种农药的限量值，在美国MRL标准中给出了24种农药的限量值，在中国大陆MRL标准中给出了31种农药的限量值，在日本MRL标准中给出了315种农药的限量值，在EUR的MRL标准中给出了485种农药的限量值。(4)每个国家或地区组织中相同农药在相同农产品中的最大残留限量值存在差异，如在菠菜中对diazinon农药的限量值规定分别是EUR0.01mg/kg，日本0.1mg/kg，中国大陆0.5mg/kg，CAC0.5mg/kg，美国0.7mg/kg，中国香港地区未给出菠菜中该种农药残留的最大限量。由于多地区MRL标准数据具有维度多、属性值离散分布、层次结构复杂的特征，采用不同的视觉编码方式来表现不同的属性不适用，首先，视觉编码的方式有限；其次，过于复杂的视觉编码会给用户造成视觉混淆，降低可视化方案的可读性。传统的树形结构只能对单一的属性进行对比，无法结合多个属性进行综合对比；当数据结构复杂、规模较大时，树中节点的数量随着深度的增加呈现指数增加，导致离根节点远的位置容易出现重叠现象，使用纯人工进行对比效率低下。另外，食品安全领域目前还没有针对多地区农药残留限量MRL标准的对比可视分析方法与系统。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种多地区MRL标准的对比可视分析方法与系统。本专利技术提出一个多地区MRL标准的对比可视分析方法，包括关联对比分析、细节对比分析、指标评价对比分析和整体对比分析。首先将MRL标准数据自顶向下构建一棵分类树，使用嵌套圆可视化。在嵌套圆的主视图中圈选一个地区的农产品，另一个地区相关联的农产品在辅视图中高亮显示，同时生成平行坐标和标签云。在关联分析的基础上可以对6个地区进行细节比较，对比具体某一种农产品或者农药的MRL标准值。指标评价对比分析包括数据集中农产品的分类层次数L、MRL标准中涉及的农药数P、MRL标准中农药限量值的记录数M。折线-柱形图可以从整体对比6个地区的LPM指标的具体数值。本专利技术还提供基于多地区MRL标准的对比可视分析方法实现的多地区MRL标准的对比可视分析系统，包括用户交互模块，用户探索模块、指标计算模块以及指标可视化模块。本专利技术可面向食品安全领域的农药残留限量MRL标准数据、图书馆藏书目录数据、企业组织结构数据等进行多维层次数据的对比可视分析，根据数据集和对比分析任务的不同采用不同的评价指标。本专利技术提供的技术方案如下：一种多地区MRL标准的对比可视分析方法，将数据集自顶向下构建分类树(具体实施针对农药残留限量MRL标准数据构建一棵农产品分类树)，再使用嵌套圆进行可视化；结合交互技术进行关联对比分析、细节对比分析、指标评价对比分析和整体对比分析；包括如下步骤：A.对食品中农药最大残留限量原始数据进行预处理，根据农产品的分类方式转换成具有层次包含关系的JSON格式，自顶向下构建一棵分类树，具体包括如下步骤：A1.数据预处理将原始数据中的非农产品类和非水果类的数据删除，同时将农药的最大残留限量规定与农产品一对多的关系，分离成一对一的关系，如农药A，对农产品1、农产品2和农产品3分别都有最大残留限量规定，分离后则为农药A对农产品1的最大残留限量规定、农药A对农产品2的最大残留限量规定和农药A对农产品3的最大残留限量规定；对预处理后的数据转换为JSON格式，形如：{‘name’:’XXX’,’children’:[{‘name’:’XXX’}]}A2.将A1中转换后的数据构建一棵分类树，使用嵌套圆进行可视化。B.结合交互技术进行关联对比分析、细节对比分析、指标评价对比分析和整体对比分析；具体包括如下步骤：B1.在嵌套圆的主视图中圈选一个地区的农产品，以农产品的名称为条件检索数据库中相关的农产品MRL标准数据生成关联表，在辅视图中将另一个地区关联的农产品高亮显示，同时统计关联表中涉及的农产品、农药毒性类型及数量生成标签云和平行坐标,实现关联对比分析。B2.在B1生成的标签云中可以使用鼠标点击的交互方式对比某一种农产品或者农药具体的MRL标准值，根据选择条件生成SQL语句查询关联表的数据，更新平行坐标，展示细节对比的结果。B3.针对用户圈选的数据，使用数据库提供的Count函数统计MRL标准中的农药作为P的值、统计MRL标准中的所有记录作为M的值，使用Sum函数将每种农产品的分类层次数求和作为L的值。采取加权的方式对部分数据集定量地计算LPM指标的评分，考虑三种情况：部分数据集的所有数据；部分数据集中去重后的数据；部分数据集中仅在一个地区出现的数据。计算方式：S(L)＝u1∑Xi+u2∑Yi+u3∑Zi其中，S(L)表示L指标的分数；Xi表示所有数据中每种农产品的分类层次数；Yi表示去重后的数据中每种农产品的分类层次数；Zi表示仅在一个地区出现的数据中每种农产品的分类层次数；u1,u2,u3均表示权重系数，默认值为1；MRL标准中涉及的农药数与MRL标准中农药限量值的记录数也使用相同的计算方式。通过计算得到3个指标的结果即为最后的综合评分。用户可以自行调整任意一个指标的权重系数进行有侧重性的分析，实现指标对比分析。B4.将B3中统计的6个地区的LPM指标的结果，通过折线-柱形图展示，从宏观方面进行整体对比分析。另一方面，上述涉及的可视化结果的具体生成步骤为：A.对上述生成的分类树使用嵌套圆的方式进行可视化，用户通过工具栏的套索工具圈选感兴趣的部分，具体包括如下步骤：A1.使用嵌套圆算法对上述生成的具有层次结构的分类树的数据进行可视化，界面视图由一个数据筛选框和两个嵌套圆组成。子节点的圆形区域大小表示该节点所有的记录条数，按螺旋状从大到小排布。然后计算所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多地区农药残留最大限量MRL标准的对比可视分析方法，包括如下步骤：第一步，将农药残留限量MRL标准的数据集自顶向下构建一棵分类树，统计数据集中LPM指标的值，并采取加权的方式计算每个地区LPM指标的评分；所述LPM指标包括数据集中农产品的分类层次数L、MRL标准中涉及的农药数P、MRL标准中农药限量值的记录数M；包括如下步骤：A.对农药残留限量MRL标准的原始数据进行预处理，根据农产品的分类方式转换成具有层次包含关系的JSON格式，自顶向下构建一棵分类树；执行如下操作：A1.将预处理后的数据转换为JSON格式：{‘name’:’XXX’,’children’:[{‘name’:’XXX’}]}A2.将A1中转换后的JSON格式数据构建一棵分类树；B.统计数据集中LPM指标值，通过加权的方式定量计算每个地区LPM指标的评分，具体包括如下步骤：B1.针对数据集进行计算统计，得到MRL标准中的农药数，作为P的值；得到MRL标准中的所有记录数，作为M的值；得到每种农产品的分类层次数之和，作为L的值；B2.通过加权的方法对部分数据集定量地计算LPM指标的评分；采用如下公式计算得到LPM指标中L指标值：S(L)＝u1∑Xi+u2∑Yi+u3∑Zi式中，，S(L)表示L指标的分数；Xi表示所有数据中每种农产品的分类层次数；Yi表示去重后的数据中每种农产品的分类层次数；Zi表示仅在一个地区出现的数据中每种农产品的分类层次数；u1,u2,u3均表示权重，默认为1；使用相同的计算方式，获得MRL标准中涉及的农药数P指标值、MRL标准中农药限量值的记录数M指标值；作为最后的综合评分；第二步，对上述统计计算结果进行可视化，结合交互技术进行关联对比分析、细节对比分析、指标评价对比分析、整体对比分析；执行如下操作：A.对第一步生成的分类树使用嵌套圆的方式进行可视化，将嵌套圆可视化方式设计为套索工具，用户通过工具栏的套索工具圈选感兴趣的部分，具体包括如下步骤：A1.使用嵌套圆算法对具有层次结构的分类树数据进行可视化，视图包括一个数据筛选框和两个嵌套圆；分类树子节点的圆形区域大小表示该节点所有的记录条数，按螺旋状从大到小排布；然后计算所有子节点的圆形区域的外切圆，分类树父节点的圆形区域的直径为外切圆的直径，直径大小是该父节点的子节点的记录数之和；自底向上递归计算直至根节点的圆绘制完成；A2.用户使用工具栏的套索工具圈选感兴趣的数据；圈选方式包括矩形圈选框、自定义图形的圈选框、多次圈选；A3.用户还可以使用鼠标高亮查看某个属性的分类情况，当用户圈选感兴趣的数据后，提示框显示用户已圈选数据中每种农产品的MRL标准记录数；B.把A中生成的关联表的数据与标签云、平行坐标结合进行细节对比分析，通过点击标签云中的字符将该字符的数据映射到平行坐标；具体包括如下步骤：B1.由嵌套圆联动生成标签云，标签云的数量为嵌套圆中用户圈选数据的类型，大小为具体属性的数量；具体在嵌套圆的主视图中圈选一个地区的农产品，以农产品的名称为条件检索数据库中相关的农产品MRL标准数据生成关联表，在辅视图中将另一个地区关联的农产品高亮显示，同时统计关联表中涉及的农产品、农药毒性类型及数量生成标签云和平行坐标,实现关联对比分析；B2.平行坐标通过绘制n条平行的坐标轴来代表不同的属性，根据每条记录在各个坐标轴上的属性值，从左向右绘制横跨n条坐标轴的曲线；通过鼠标点击标签云选择查看某个标签云的属性信息；根据选择条件查询关联表的数据，更新平行坐标，展示细节对比的结果；C.根据LPM指标的值及每个地区的评分实现指标对比分析；采用雷达图和折线‑柱形图进行展示，包括：C1.雷达图的上半部分表示该属性在整个数据集的评分，下半部分表示在用户圈选数据的评分，从顺时针开始分别是农产品的分类层次数、MRL标准中涉及的农药数、MRL标准中农药限量值的记录数；可视化视图左侧通过热力图展示各个权重系数的取值，用户可通过鼠标点击进行调整；C2.折线图表示多个地区数据集的LPM指标的值；柱形图表示用户圈选的数据中多个地区的LPM指标的值；视图从上到下依次表示农产品的分类层次数、MRL标准中涉及的农药数及MRL标准中农药限量值的记录数；当用户悬停在柱形图上或者折线图上的某个点时，c采用提示框显示具体数值；D.用户交互可视化：采用数据筛选框、鼠标点击、鼠标悬停、过滤、圈选及高亮显示交互方式，用于进行对比分析；包括：D1.通过筛选框选择需要查看的数据，结果展示在嵌套圆中；D2.在嵌套圆中可进一步圈选感兴趣的部分；D3.在所有的可视化图表中均可使用鼠标悬停查看具体的属性值；D4.通过鼠标点击调整LPM指标的权重系数及选择标签云中的类别，从而联动生成平行坐标对比具体属性，进行细节对比分析。...

【技术特征摘要】
1.一种多地区农药残留最大限量MRL标准的对比可视分析方法，包括如下步骤：第一步，将农药残留限量MRL标准的数据集自顶向下构建一棵分类树，统计数据集中LPM指标的值，并采取加权的方式计算每个地区LPM指标的评分；所述LPM指标包括数据集中农产品的分类层次数L、MRL标准中涉及的农药数P、MRL标准中农药限量值的记录数M；包括如下步骤：A.对农药残留限量MRL标准的原始数据进行预处理，根据农产品的分类方式转换成具有层次包含关系的JSON格式，自顶向下构建一棵分类树；执行如下操作：A1.将预处理后的数据转换为JSON格式：{‘name’:’XXX’,’children’:[{‘name’:’XXX’}]}A2.将A1中转换后的JSON格式数据构建一棵分类树；B.统计数据集中LPM指标值，通过加权的方式定量计算每个地区LPM指标的评分，具体包括如下步骤：B1.针对数据集进行计算统计，得到MRL标准中的农药数，作为P的值；得到MRL标准中的所有记录数，作为M的值；得到每种农产品的分类层次数之和，作为L的值；B2.通过加权的方法对部分数据集定量地计算LPM指标的评分；采用如下公式计算得到LPM指标中L指标值：S(L)＝u1∑Xi+u2∑Yi+u3∑Zi式中，，S(L)表示L指标的分数；Xi表示所有数据中每种农产品的分类层次数；Yi表示去重后的数据中每种农产品的分类层次数；Zi表示仅在一个地区出现的数据中每种农产品的分类层次数；u1,u2,u3均表示权重，默认为1；使用相同的计算方式，获得MRL标准中涉及的农药数P指标值、MRL标准中农药限量值的记录数M指标值；作为最后的综合评分；第二步，对上述统计计算结果进行可视化，结合交互技术进行关联对比分析、细节对比分析、指标评价对比分析、整体对比分析；执行如下操作：A.对第一步生成的分类树使用嵌套圆的方式进行可视化，将嵌套圆可视化方式设计为套索工具，用户通过工具栏的套索工具圈选感兴趣的部分，具体包括如下步骤：A1.使用嵌套圆算法对具有层次结构的分类树数据进行可视化，视图包括一个数据筛选框和两个嵌套圆；分类树子节点的圆形区域大小表示该节点所有的记录条数，按螺旋状从大到小排布；然后计算所有子节点的圆形区域的外切圆，分类树父节点的圆形区域的直径为外切圆的直径，直径大小是该父节点的子节点的记录数之和；自底向上递归计算直至根节点的圆绘制完成；A2.用户使用工具栏的套索工具圈选感兴趣的数据；圈选方式包括矩形圈选框、自定义图形的圈选框、多次圈选；A3.用户还可以使用鼠标高亮查看某个属性的分类情况，当用户圈选感兴趣的数据后，提示框显示用户已圈选数据中每种农产品的MRL标准记录数；B.把A中生成的关联表的数据与标签云、平行坐标结合进行细节对比分析，通过点击标签云中的字符将该字符的数据映射到平行坐标；具体包括如下步骤：B1.由嵌套圆联动生成标签云，标签云的数量为嵌套圆中用户圈选数据的类型，大小为具体属性的数量；具体在嵌套圆的主视图中圈选一个地区的农产品，以农产品的名称为条件检索数据库中相关的农产品MRL标准数据生成关联表，在辅视图中将另一个地区关联的农产品高亮显示，同时统计关联表中涉及的农产品、农药毒性类型及数量生成标签云和平行坐标,实现关联对比分析；B2.平行坐标通过绘制n条平行的坐标轴来代表不同的属性，根据每条记录在各个坐标轴上的属性值，从左向右绘制横跨n条坐标轴的曲线；通过鼠标点击标签云选择查...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈谊，吕程，董禹，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京,11