Cartogram là gì? Các nghiên cứu khoa học về Cartogram

Cartogram là gì?

Cartogram là một loại bản đồ chuyên đề trong đó kích thước và hình dạng của các vùng địa lý được điều chỉnh theo một biến số thống kê thay vì phản ánh diện tích thật. Mục đích chính của cartogram là trực quan hóa sự khác biệt về mặt định lượng (như dân số, thu nhập, số ca bệnh...) giữa các vùng, bằng cách phóng đại hoặc thu nhỏ diện tích của từng khu vực dựa trên giá trị của biến số đó.

Không giống bản đồ địa lý truyền thống, nơi yếu tố vị trí và diện tích địa lý được bảo toàn, cartogram tập trung vào việc thể hiện dữ liệu thống kê bằng hình ảnh không gian, giúp người xem nhanh chóng nắm bắt xu hướng và so sánh dữ liệu giữa các khu vực. Loại bản đồ này thường được sử dụng trong báo cáo dữ liệu, nghiên cứu xã hội học, y tế cộng đồng, kinh tế học và chính trị học.

Các loại cartogram phổ biến

Cartogram có thể được chia thành nhiều loại tùy thuộc vào kỹ thuật biến dạng hình học và cách thể hiện dữ liệu. Ba loại phổ biến nhất là:

1. Cartogram không liên kết (Non-contiguous cartogram)

Trong loại này, mỗi vùng được phóng đại hoặc thu nhỏ theo biến số thống kê nhưng giữ nguyên hình dạng ban đầu. Các vùng có thể tách rời nhau, không nhất thiết phải duy trì tính liên tục trên bản đồ. Đây là phương pháp trực quan đơn giản, dễ hiểu nhưng có thể gây mất đi cảm giác kết nối không gian giữa các vùng.

2. Cartogram liên kết (Contiguous cartogram)

Cartogram liên kết biến dạng hình dạng địa lý của các khu vực để phản ánh biến số dữ liệu nhưng vẫn giữ các vùng tiếp giáp nhau, giúp người xem duy trì được nhận thức không gian. Phương pháp này thường sử dụng các thuật toán phức tạp như diffusion-based hoặc rubber sheet distortion để điều chỉnh diện tích sao cho tương xứng với dữ liệu thống kê.

3. Cartogram Dorling (Dorling cartogram)

Trong dạng này, mỗi khu vực địa lý được thay thế bằng một hình tròn (hoặc đôi khi là hình vuông) có diện tích tỉ lệ với biến số cần thể hiện. Vị trí các hình tròn được sắp xếp sao cho không chồng lấp nhau và vẫn giữ vị trí địa lý tương đối. Dạng cartogram này được phát triển bởi giáo sư Danny Dorling, chuyên dùng trong các bản đồ nhân khẩu học.

Vai trò và ứng dụng của cartogram

Cartogram là một công cụ mạnh mẽ giúp minh họa dữ liệu định lượng trên bản đồ theo cách dễ tiếp cận và có sức thuyết phục cao. Một số ứng dụng điển hình của cartogram bao gồm:

• Thống kê dân số: biểu diễn sự phân bố dân cư, so sánh mật độ dân số giữa các vùng hoặc các quốc gia.
• Kinh tế: thể hiện các chỉ số như GDP, thu nhập trung bình, chỉ số phát triển con người (HDI) theo từng khu vực.
• Y tế cộng đồng: minh họa tỷ lệ tiêm chủng, số ca nhiễm bệnh, tử vong do dịch bệnh như COVID-19.
• Chính trị: trực quan hóa kết quả bầu cử theo số phiếu bầu, giúp thể hiện sức nặng của từng bang hoặc khu vực (thay vì diện tích).
• Giáo dục: hỗ trợ học sinh sinh viên hiểu rõ hơn về sự phân bố và so sánh dữ liệu giữa các vùng địa lý.

Ví dụ thực tiễn

Một ví dụ điển hình là cartogram về dân số thế giới, trong đó các quốc gia như Ấn Độ và Trung Quốc được thể hiện với kích thước rất lớn, trong khi những quốc gia như Iceland hoặc Luxembourg hầu như không thấy được do dân số quá ít. Bản đồ này giúp người xem hình dung ngay được sự mất cân đối về phân bố dân số toàn cầu. Bạn có thể tìm thấy ví dụ minh họa tại WorldMapper.

Một ví dụ khác là bản đồ kết quả bầu cử Tổng thống Mỹ, sử dụng cartogram để phóng đại các bang có nhiều phiếu đại cử tri như California, Texas hay Florida. Điều này giúp phản ánh đúng mức độ ảnh hưởng của mỗi bang trong hệ thống bầu cử, điều mà bản đồ địa lý truyền thống dễ gây hiểu lầm do chênh lệch về diện tích địa lý.

Kỹ thuật và công cụ tạo cartogram

Việc tạo ra cartogram đòi hỏi sự hỗ trợ từ các phần mềm chuyên dụng hoặc thư viện lập trình, vì quá trình điều chỉnh hình dạng bản đồ theo dữ liệu không thể thực hiện bằng tay. Một số công cụ phổ biến bao gồm:

• D3.js: thư viện JavaScript hỗ trợ tạo cartogram tương tác trong trình duyệt, thích hợp cho báo chí dữ liệu và các ứng dụng web.
• Cartogram Generator: công cụ trực tuyến mã nguồn mở giúp tạo bản đồ dạng đơn giản.
• ScapeToad: phần mềm miễn phí hỗ trợ tạo cartogram liên kết từ dữ liệu dạng shapefile.
• d3-cartogram: thư viện mở rộng cho D3.js, dùng để xây dựng cartogram liên kết bằng cách sử dụng thuật toán số học.

Về mặt toán học, việc xây dựng cartogram thường sử dụng các mô hình như mô phỏng phân tán (diffusion simulation) hoặc tối ưu hóa không gian, trong đó không gian địa lý được biến đổi theo hàm mật độ thống kê sao cho đạt được phân bố diện tích phù hợp.

Một ví dụ về công thức mô phỏng quá trình khuếch tán trong cartogram là phương trình Laplace:

$\nabla^2 \phi = 0$,

trong đó $\phi$ là hàm mật độ cần điều chỉnh, và $\nabla^2$ là toán tử Laplace. Phương trình này mô tả trạng thái cân bằng của hệ thống khi diện tích được điều chỉnh đồng đều theo giá trị dữ liệu.

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm:

• Làm nổi bật chênh lệch dữ liệu định lượng rõ ràng hơn bản đồ truyền thống.
• Trực quan, dễ hiểu, phù hợp cho thuyết trình và truyền thông số liệu.
• Hỗ trợ phát hiện xu hướng và bất thường trong phân bố không gian của dữ liệu.

Hạn chế:

• Có thể gây khó hiểu nếu hình dạng bị bóp méo quá nhiều hoặc người xem không quen thuộc với địa lý khu vực.
• Không phù hợp cho các ứng dụng cần chính xác vị trí địa lý (như điều hướng, lập bản đồ hành chính).
• Tạo bản đồ đòi hỏi phần mềm chuyên biệt và hiểu biết kỹ thuật nhất định.

Kết luận

Cartogram là một công cụ trực quan hóa dữ liệu mạnh mẽ, biến bản đồ truyền thống thành phương tiện truyền tải thông tin định lượng sinh động và dễ tiếp cận hơn. Bằng cách điều chỉnh kích thước các khu vực địa lý theo các chỉ số thống kê, cartogram giúp người dùng nhanh chóng nắm bắt được mức độ khác biệt và xu hướng phân bố của dữ liệu trên không gian. Tuy có một số hạn chế, cartogram vẫn là một lựa chọn hữu ích trong phân tích và trình bày dữ liệu trong thời đại thông tin.

Tài nguyên tham khảo

• WorldMapper – Dự án bản đồ cartogram toàn cầu theo chủ đề
• DataJournalism – Giới thiệu và phân tích ứng dụng cartogram trong báo chí dữ liệu
• Cartonerd – Blog phân tích kỹ thuật và ứng dụng cartogram của chuyên gia Ken Field
• D3 Geomap – Ví dụ tạo cartogram tương tác bằng JavaScript
• NCBI – Ứng dụng cartogram trong nghiên cứu địa lý y tế