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课堂案例分享｜基于1957—2022年太空探索记录的数据可视化项目

2023-06-26
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基于1957—2022年太空探索记录的数据可视化项目

本项目是由信息资源管理学院2021级本科生冉皓文、蔡东恒和商学院2022级本科生高睿恒共同开发的以人类太空探索为主题的可视化网站，使用了Kaggle网站公开数据集“Space Missions from 1957 to 2022”。
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一．背景介绍

（一）数据集

本项目数据出自Kaggle网站数据集“Space Missions from 1957 to 2022”，由用户mysar ahmad bhat上传。数据集收入了1957年至2022年8月世界范围内所有有记录的航天任务信息，共有九列，分别对应航天任务的负责机构、地点、日期、时间、火箭名、任务名、状态、价格、任务结果的具体信息。
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表1 数据示例


（二）项目目标

本项目的主要目标是基于该数据集制作人类探索太空历程的交互式可视化合集，同时通过网站的形式融合航天科普知识与交互体验，直观生动地呈现1957年至2022年人类航空任务的整体情况、发展趋势、主要机构、航天器演变以及相关科普知识等。


（三）项目意义

本项目综合运用数据可视化与网页搭建技术，尝试结合数字人文的独特视角对人类航天史进行还原与特征探索，同时力图从国际航天史中挖掘中国元素与记忆。此外，本项目作为公开可访问的数字人文作品，融合了丰富的航天科普知识和趣味交互设计，为提高公众航天知识素养提供了助力。








二．开发过程

（一）数据预处理

(1) 对编码造成的乱码进行排查与处理；
(2) 对价格部分的空值用平均值进行填补；
(3) 为每一条记录生成id作为主键，用于计数；
(4) 提取日期中的年份生成新字段“年”，根据“年”字段判别“年代”；
(5) 根据地点转化得到所对应的经度和纬度，根据地点提取发射地点所在的国家；
(6) 使用数据透视表，配合筛选和去除重复值，统计航空机构对应的发射记录数、逐年发射次数、航天器的发射次数、发射地点的发射次数、年代发射次数、航空机构现阶段活跃任务数、航空机构对应的国家。

（二）数据可视化

为方便制作信息图表并内嵌于网站架构之中，本项目选择利用tableau，在前序数据预处理的基础上，以具体的问题导向，完成所有的数据可视化工作。

(1) 哪些机构（国家）在航天领域探索最深入、最广泛？


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图1 航空机构发射记录统计

为回答该问题，我们制作了航空机构—发射记录数条形图（图1）。首先统计1957—2022年航空公司的发射记录数，然后选取发射次数最多的前15名机构。横轴为机构名称，纵轴为发射次数，条形长短和条形颜色分别代表发射次数多少。发射次数最多的机构为苏联战略导弹部队（RVSN USSR），发射次数为1777次，远远领先于其他机构。


(2) 航天探索实践在数量上呈现怎样的趋势？

通过航天任务记录数—年份折线图，可看出航空领域探索实践数量方面的时间序列变化。横轴为年份，纵轴为发射次数，折点颜色深浅和高度代表发射次数的多少。整体上，发射次数经历了“增长—下降—增长”三个阶段。

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图2 航天任务记录数统计

(3) 最热门的航天器是什么？



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图3 航天器使用次数统计

航天器使用次数气泡图，统计了不同航天器的使用次数，圆形面积大小和颜色深浅代表了航天器的使用次数多少。使用次数最多的航天器型号是苏联的“闪电”号（Molniya-M/Block ML），共有1012次。


(4) 世界上航天基地的分布是怎样的？

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图4 发射地点与发射次数统计

图4反映了不同发射地点的发射次数和地理分布特征。通过地点的经纬度确定在世界地图上的位置，呈现地理区位特征，点的大小和颜色深浅代表了发射次数的多少。可视化结果显示，大多数发射地点分布在大陆板块边界，内陆地区也有发射次数较多的重要发射点。

(5) 以年代为单位发射数量呈现怎样的变化，各个年代参与发射的航天机构是多元的还是较为单一的？

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图5 不同年代发射数量及发射机构统计

图5反映了不同年代的发射次数及每一年代的航空机构组成情况。以十年为单位将1957-2022年分为8个年代，不同颜色代表不同航空机构，颜色长短代表该年代内该航空机构发射次数多少，条形图总长和折线图代表该年代发射次数，颜色丰富程度代表年代的发射机构多元性程度。可以看出，随着人类航天探索不断发展，发射机构多元化程度逐渐增加，2000-2009和2010-2019年代的多样性程度较高。

(6) 失败和成功的任务各有多少？



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图6 航天任务成败统计


图6展示了1957—2022年所有的航天任务成败统计，外围的绿色圆点为成功的任务，中间的橙色和红色分别为局部失败和完全失败的记录，紫色则为预发射阶段的失败记录。可见成功的任务占多数，但失败任务的体量同样不可忽视。

(7) 中国航天的历程是怎样的？


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图7 中国航天任务年代-耗资散点图


上图反映了中国航天发展历程中所有的发射纪录，横轴为年代，纵轴为该任务的耗资，由于部分任务的耗资情况未知，故均用平均值37.24来代替。颜色代表了对应的任务状态，绿色-成功、橙色-局部失败、红色-完全失败。中国航天发射总体上成功率较高，航天事业有较为稳定地发展。
纵览多年历程，从发射数量的不断上升，航天器造价逐渐提高，说明人类对航天探索的经费投入与尝试热情不断高涨；发射机构的逐渐多元化，说明人类航天探索的格局在竞争中前进。人类航天事业多点开花、不断开拓创新的趋势。
（二）网页建构与视觉设计
基于可行性与交互设计的需求，本项目使用framer作为建站工具，兼用Adobe Photoshop等软件进行视觉设计。


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图8 网页展示（1）

网页由一页主页面组成，首页是项目题目和团队的介绍，下方嵌入了人类航天史的介绍视频和火箭发射的动态图片，采用黑红色凸显科技感与未来感，贴合主题。


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图9 网页展示（2）


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图10网页展示（3）


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图11网页展示（4）


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图12 网页展示（5）


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图13 网页展示（6）

为进一步拓展读者知识面，普及航空航天知识，提升浏览体验和趣味性，网页端设计方面除了嵌入可视化部分，更增添了科普知识部分：航天机构科普、航天器科普、航天基地选址科普、航天事故科普、美苏“星球大战”科普和中国航天发展史“科普”，综合利用文本、动画、视频等多媒体形式进行呈现，并为每一张图片和按钮配置了直达组织官网或百科介绍的超链接，点击即可访问。



三．网站使用方法

本项目成果为公开可访问的在线网站，可通过市面主流浏览器访问，网址为：

https://spacediscovery.framer.website/

由于framer为国外域名，同时内嵌视频来源youtube等国外视频网站，国内访问速度可能不佳。为完整展现网页浏览效果，本项目配套有讲解视频附于附件。

四．项目创新与不足

本项目成果为公开可访问的在线网站，可通过市面主流浏览器访问，网址为：

https://spacediscovery.framer.website/

由于framer为国外域名，同时内嵌视频来源youtube等国外视频网站，国内访问速度可能不佳。为完整展现网页浏览效果，本项目配套有讲解视频附于附件。


校对：傅斯鎏

排版：冯田田

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