氣象數(shù)據(jù)可視化精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的氣象數(shù)據(jù)可視化主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

關(guān)鍵詞 D3.JS；大數(shù)據(jù)；可視化；氣象；吉林省

中圖分類號 S165 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）04-0345-02

近年來我國氣象事業(yè)有了長足的進(jìn)步和發(fā)展，吉林省建設(shè)了大量的常規(guī)、特種自動(dòng)氣象探測設(shè)備，其傳輸、處理和服務(wù)應(yīng)用的信息量呈指數(shù)式增長。吉林省氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心每天接收海量的數(shù)據(jù)，其中大部分?jǐn)?shù)據(jù)都是非結(jié)構(gòu)化的大數(shù)據(jù)，但目前對這些大數(shù)據(jù)僅能做到初步的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用，無法進(jìn)行大數(shù)據(jù)的長時(shí)間序列存儲(chǔ)及進(jìn)一步的分析處理和決策分析應(yīng)用，這就造成了極大的氣象數(shù)據(jù)價(jià)值浪費(fèi)。因此，氣象行業(yè)迫切需要進(jìn)行氣象大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析研究。

1 氣象大數(shù)據(jù)可視化現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)的可視化，可以更直觀地分析數(shù)據(jù)之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)形成的規(guī)律，這些對于氣象來說是非常重要的：一是便于研究存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。二是便于分析氣象數(shù)據(jù)的形成規(guī)律，為理論研究工作提供依據(jù)。

目前，美國的尼古拉斯?加西亞?貝爾蒙特（Nicolas Garcia Belmonte）根據(jù)美國國家氣象局的氣象數(shù)據(jù)開發(fā)的風(fēng)場可視化系統(tǒng)，以圓圈和線條為基本圖形元素，輔助以顏色變化來表現(xiàn)美國1 200多個(gè)氣象站的實(shí)時(shí)風(fēng)場情況。美國的馬丁?瓦滕伯格（Martin Wattenberg）和費(fèi)爾蘭達(dá)?維埃加斯（Fernanda Viegas）合作研發(fā)的風(fēng)場可視化系統(tǒng)WIND MAP，以線條為主要元素，順著風(fēng)的方向利用線條的動(dòng)畫繪制出風(fēng)場，利用黑白明暗的變化表現(xiàn)風(fēng)的強(qiáng)度。這2個(gè)系統(tǒng)都已經(jīng)非常成熟，還有東京氣象局研發(fā)的東京風(fēng)場系統(tǒng)，都是非常成熟的B/S結(jié)構(gòu)的風(fēng)場可視化系統(tǒng)[1-3]。但是國內(nèi)并沒有成熟的B/S風(fēng)場可視化系統(tǒng)，在預(yù)報(bào)資料的要素可視化領(lǐng)域，國外的氣象同行已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的走在了我們的前面。

英國開發(fā)的英國氣溫史（UK TEMPERATURE HISTORY）網(wǎng)站，如圖1所示。通過利用D3.JS，只需要1張圖就可以直觀看到1911―2012年的溫度變化曲線，并且其中還標(biāo)注了有特別氣象災(zāi)害的時(shí)期。100年的歷史僅僅用1張可交互的D3圖形就清新明了地展現(xiàn)出來。還有東京氣象局開發(fā)的風(fēng)場網(wǎng)站，如圖2所示，是將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為風(fēng)場，并以動(dòng)畫形式直觀明了地顯現(xiàn)出來，為預(yù)報(bào)員的預(yù)報(bào)提供參考。

2 吉林省WRF模式數(shù)值預(yù)報(bào)可視化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該文利用D3.JS設(shè)計(jì)的氣象大數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)是一個(gè)以東三省歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，主要顯示溫度、濕度、氣壓和風(fēng)場等氣象要素的大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以直觀的通過東北區(qū)域的整個(gè)氣象要素分布和歷史氣象情況來指導(dǎo)現(xiàn)在的工作。

D3通過TOPOJSON的地理信息數(shù)據(jù)繪制東北區(qū)域地圖，通過編寫的小程序?qū)RIDS數(shù)據(jù)解析為JSON格式的要素信息。將溫度濕度數(shù)據(jù)解析為色斑圖，將風(fēng)的強(qiáng)度用色斑形式顯示，根據(jù)風(fēng)的方向數(shù)據(jù)繪制成風(fēng)場動(dòng)畫圖。When.js將系統(tǒng)任務(wù)分為地圖繪制、GRIDS數(shù)據(jù)解析、公式計(jì)算和D3數(shù)據(jù)可視化4個(gè)部分。

3 D3.JS和SVG相關(guān)技術(shù)

D3.JS是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)文檔（Data-Driven-Documents），產(chǎn)生于htmL5之后新興起的javascript組件，它集成了htmL5的功能，重新封裝成了一個(gè)便于對大數(shù)據(jù)可視化進(jìn)行處理的js組件。因?yàn)樗漠a(chǎn)生就是因?yàn)榇髷?shù)據(jù)，所以一經(jīng)就在國外引起了非常多的大數(shù)據(jù)程序開發(fā)者的注意。

D3.JS是2009年斯坦福大學(xué)可視化研究組研發(fā)的項(xiàng)目，從一開始就是開源和友好的，它將數(shù)據(jù)處理成數(shù)據(jù)模型的形式，然后通過HTML中的超文本文檔將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到其中。并且由于HTML5的新特性，D3.JS是支持SVG技術(shù)的，也就是可縮放矢量圖形，比前幾代的HTML有了巨大進(jìn)步。

D3.JS起源于斯坦福大學(xué)在2009年的一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，2011年開始。從2011年至今，D3.JS組件一直在更新和完善。該文所使用的D3.JS版本是2012年的3.0版本。3.0版本在集成可視化方面有了更加長足的進(jìn)步。無論是可視化表現(xiàn)還是框架的易用性都變得更加突出。

吉林省氣象前端可視化系統(tǒng)作為一個(gè)區(qū)域性的WEB前端可視化系統(tǒng)，SVG的網(wǎng)絡(luò)性和可伸縮的矢量圖形是最好的選擇。SVG本身的語言特性遵從于XML的語法，用文本格式的描述性語言來編寫矢量圖形的內(nèi)容。不涉及標(biāo)量圖形的分辨率問題，也是現(xiàn)在使用比較廣泛的圖形模式。

D3核心功能就是處理矢量圖形圖，因?yàn)槭噶繄D形是由數(shù)據(jù)方程定義，無論是圖形放大還是縮小，都會(huì)重新確定點(diǎn)的相對坐標(biāo)位置和線的位置，不會(huì)造成失真。D3是基于Javascript語言開發(fā)的，其代碼在客戶端（也就是用戶瀏覽器）上執(zhí)行，這使得數(shù)據(jù)必須發(fā)送到客戶端才能進(jìn)行D3可視化的轉(zhuǎn)化生成。這就要求數(shù)據(jù)必須是用戶共享的，而研討可視化有一個(gè)目的就是實(shí)現(xiàn)研討信息的共享。

3.1 異步處理

因?yàn)橄到y(tǒng)要顯示風(fēng)場、溫度、濕度、氣壓等多個(gè)要素，所以需要引入任務(wù)調(diào)度機(jī)制保證系統(tǒng)的運(yùn)行速度。本系統(tǒng)選擇了速度快，體積小的when.js組件作為任務(wù)調(diào)度模塊。

When.js是cujojs的輕量級的 Promises/A和when（）實(shí)現(xiàn)，從wire.js的異步核心和cujojs的IOC容器派生而來。包含很多其他有用的Promiss 相關(guān)概念，任務(wù)在when.js中存在3種狀態(tài)即默認(rèn)（pending）、完成（fulfilled）、失?。╮ejected）。默認(rèn)狀態(tài)可以單向轉(zhuǎn)移到完成狀態(tài)，這個(gè)過程叫resolve，對應(yīng)的方法是deferred.resolve（promiseOrValue）；默認(rèn)狀態(tài)還可以單向轉(zhuǎn)移到失敗狀態(tài)，這個(gè)過程叫reject，對應(yīng)的方法是deferred.reject（reason）；默認(rèn)狀態(tài)時(shí)，還可以通過deferred.notify（update）來宣告任務(wù)執(zhí)行信息，如執(zhí)行進(jìn)度；狀態(tài)的轉(zhuǎn)移是一次性的，一旦任務(wù)由初始的pending轉(zhuǎn)為其他狀態(tài)，就會(huì)進(jìn)入到下一個(gè)任務(wù)的執(zhí)行過程中。

when.js的異步處理機(jī)制大大的方便了D3.JS在處理大數(shù)據(jù)時(shí)的任務(wù)調(diào)度問題。

3.2 MVC

在WEB開發(fā)中框架的選擇至關(guān)重要，因?yàn)榭蚣軟Q定著開發(fā)的難度和軟件維護(hù)的成本。因?yàn)楸旧鞤3.JS就是開源的，該文選擇了同樣開源的backbone.js作為軟件開發(fā)的MVC框架。Backbone.js是一個(gè)重量級javascript MVC 框架，主要組件是模型、視圖、集合和路由器。作為前端顯示的氣象大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，MVC是一個(gè)便于開發(fā)和管理代碼的選擇。

Backbone.js依賴于Underscore.js，部分依賴于jquery，因此在熟悉Backbone.js之前必須對Underscore.js和jquery的語法特點(diǎn)完全了解。某種程度上來說必須有Underscore.js和jquery的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)才能更好的使用Backbone.js。它可以根據(jù)MVC當(dāng)中模型中的數(shù)據(jù)更新，自動(dòng)對超文本進(jìn)行更新。這種特點(diǎn)無疑為程序開發(fā)和代碼維護(hù)提供了方便。并且restful的代碼風(fēng)格也是現(xiàn)在使用最廣泛的代碼風(fēng)格，更加方便了程序的開發(fā)。

3.3 后臺搭建

后臺使用JS開發(fā)的node.js開源平臺，作為JS開發(fā)的平臺，node.js在性能上非常強(qiáng)大。簡單的說node.js就是運(yùn)行在服務(wù)端的JavaScript，并有著有優(yōu)秀的并發(fā)功能。

node.js是建立在Chrome的JavaScript運(yùn)行時(shí)之上的平臺，它用于構(gòu)建快速、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序[4]。node.js使用一種事件驅(qū)動(dòng)、非阻塞的I/O模型，這也使得跨分布式設(shè)備的數(shù)據(jù)密集型實(shí)時(shí)應(yīng)用更加輕量、高效和完美[5]。node.js良好的并發(fā)性能無疑是氣象大數(shù)據(jù)可視化最好的選擇。

4 結(jié)語

D3通過TOPOJSON的地理信息數(shù)據(jù)繪制吉林省區(qū)域地圖，通過編寫的小程序?qū)RIDS數(shù)據(jù)解析為JSON格式的要素信息。將溫度濕度數(shù)據(jù)解析為色斑圖，將風(fēng)的強(qiáng)度用色斑形式顯示，根據(jù)風(fēng)的方向數(shù)據(jù)繪制成風(fēng)場動(dòng)畫圖。When.js將系統(tǒng)任務(wù)分為地圖繪制，GRIDS數(shù)據(jù)解析，公式計(jì)算和D3數(shù)據(jù)可視化4個(gè)部分。作為D3繪制的可視化系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)就是交互速度快，量化清晰，便于分析和研究。

5 參考文獻(xiàn)

[1] DEWAR M.Getting Started with D3[M].England：O′Reilly Media，2012.

[2] 張運(yùn)良，張兆鋒，張曉丹，等.使用D3.js的知識組織系統(tǒng)Web動(dòng)態(tài)交互可視化功能實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代圖書情報(bào)技術(shù)，2013（增刊1）：127-131.

[3] 朱建軍.基于D3的可視化組件開發(fā)及其在研討系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2015.

第2篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

關(guān)鍵詞：可視化；遠(yuǎn)程；視頻會(huì)議；天氣會(huì)商

引言

隨著多媒體信息技術(shù)的發(fā)展，語音、視頻、數(shù)據(jù)融為1體，這項(xiàng)技術(shù)在工作中得到廣泛應(yīng)用。氣象部門將這種技術(shù)加以改進(jìn)，推廣至全國各個(gè)氣象部門，中國氣象局召開視頻會(huì)議，省、市、縣氣象局既可通過PCVSAT衛(wèi)星多媒體廣播系統(tǒng)接收語音和視頻，也可以通過建立在寬帶網(wǎng)基礎(chǔ)上的視頻會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行接收；省氣象局召開視頻會(huì)議，市、縣氣象局通過建立在2Mbps的SDH數(shù)字專網(wǎng)上的萬事通視頻會(huì)議系統(tǒng)接收會(huì)議；每天省局和市局進(jìn)行天氣會(huì)商，參會(huì)的每個(gè)成員都可以發(fā)言，并發(fā)送相關(guān)天氣圖供參會(huì)人員參考。

一、系統(tǒng)簡介

1.1覆蓋范圍

視頻會(huì)議系統(tǒng)在各級氣象部門中日益普及，應(yīng)用范圍和深度也逐步提高?？梢暬h(yuǎn)程會(huì)議所涉及的范圍，可以說遍布華夏大地。由國家氣象局發(fā)起，各個(gè)省、市、縣的氣象人員都可以參加。也可以由各個(gè)省氣象局自行組織，參會(huì)人員為市、縣氣象局的有關(guān)人員。也可以由各個(gè)市氣象局組織，與縣氣象局的人員開會(huì)。

1.2傳輸線路

目前所使用的通訊線路有兩種：寬帶網(wǎng)和衛(wèi)星通訊網(wǎng)。國家氣象局和省氣象局之間通過6Mbps的SDH數(shù)字專網(wǎng)進(jìn)行通訊，省氣象局和市氣象局、市氣象局和縣氣象局都通過2Mbps的SDH數(shù)字專網(wǎng)進(jìn)行通訊。衛(wèi)星通訊網(wǎng)包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)網(wǎng)、衛(wèi)星話音網(wǎng)和PCVSAT單向數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)，在此我們使用其中的PCVSAT衛(wèi)星多媒體廣播系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用PC插卡式衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收機(jī)作為終端設(shè)備，將PC機(jī)變成了VSAT終端，從而實(shí)現(xiàn)了VSAT通信系統(tǒng)面向網(wǎng)絡(luò)和多媒體的無縫聯(lián)接。

1.3系統(tǒng)功能

可視化遠(yuǎn)程會(huì)商系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和圖像傳送功能是傳統(tǒng)會(huì)議不可取代的。它結(jié)合了電話會(huì)議和網(wǎng)絡(luò)會(huì)議的方便快捷，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)語音和視頻相互交流，不但可以節(jié)省大量成本，而且可以提高工作效率。該系統(tǒng)同時(shí)結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)所需要的全部功能，使可視化遠(yuǎn)程會(huì)商管理方便、文件傳送便捷。

參加會(huì)議的各個(gè)會(huì)場間可進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻、音頻交互通訊。由主持會(huì)議的會(huì)場決定發(fā)言會(huì)場，發(fā)言會(huì)場在發(fā)言時(shí)，所有參見會(huì)議的會(huì)場都可以看到發(fā)言會(huì)場所發(fā)送的視頻，可以聽到發(fā)言會(huì)場的音頻信息。每個(gè)會(huì)場在本端既可以看到兩個(gè)畫面，即本地會(huì)場畫面和遠(yuǎn)端會(huì)場畫面，也可以只看1個(gè)畫面，在本地會(huì)場畫面和遠(yuǎn)端會(huì)場畫面之間進(jìn)行切換。

可視化遠(yuǎn)程會(huì)商系統(tǒng)還可以傳輸數(shù)據(jù)，會(huì)議過程中發(fā)言會(huì)場可以發(fā)送Word、Excel、Powerpoint、圖形圖像等電子文檔，任何1個(gè)分會(huì)場都可以接收到。該系統(tǒng)還具有資源共享功能，將局域網(wǎng)上的文件發(fā)送出去或下載到本地。

二、應(yīng)用情況

隨著中國氣象系統(tǒng)信息化建設(shè)的發(fā)展，視頻會(huì)議系統(tǒng)在氣象系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，除了基本的遠(yuǎn)程會(huì)議外，在遠(yuǎn)程可視天氣會(huì)商中也得到了越來越多的應(yīng)用，通過視頻會(huì)議系統(tǒng)各級預(yù)報(bào)員之間可以進(jìn)行充分、及時(shí)的交流，天氣預(yù)報(bào)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性都有了提高。

2.1天氣會(huì)商

每天早上9：20省氣象臺和市氣象臺進(jìn)行天氣會(huì)商，省氣象臺的主班主持會(huì)議，呼叫所有參會(huì)人員，參會(huì)人員聽到呼叫進(jìn)行應(yīng)答，確保參會(huì)人員到齊后，首先發(fā)送有關(guān)天氣會(huì)商的資料，包括天氣趨勢圖、衛(wèi)星云圖和word文件等，然后結(jié)合天氣圖介紹天氣趨勢，最后得出預(yù)報(bào)結(jié)論。省氣象臺的主班發(fā)言完畢后，由各個(gè)市氣象臺的主班輪流發(fā)言，說出自己的預(yù)報(bào)理由并得出預(yù)報(bào)結(jié)論。最后由省氣象臺的首席預(yù)報(bào)員進(jìn)行總結(jié)發(fā)言，有不同意見的進(jìn)行訂正，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。每逢復(fù)雜天氣過程，隨時(shí)可以進(jìn)行會(huì)商，1旦確定為災(zāi)害性天氣，及時(shí)告知廣大群眾及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和新聞單位，盡量減少災(zāi)害性天氣所造成的損失。如4月1日預(yù)報(bào)出當(dāng)天晚上至次日白天氣溫下降8℃左右，4月2日晚上至4月3日白天氣溫繼續(xù)下降10℃左右，有霜凍。預(yù)報(bào)員及時(shí)將這1預(yù)報(bào)結(jié)論告知有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和新聞單位，廣大群眾采取有效措施，減少了災(zāi)害性天氣所帶來的各種損失。

2.2視頻會(huì)議

氣象部門召開“2007年全國氣象業(yè)務(wù)汛前檢查電視電話會(huì)議”，由國家氣象局主持會(huì)議，會(huì)議覆蓋范圍涉及各?。▍^(qū)）、市、縣氣象局，會(huì)議覆蓋范圍廣，參加人員多，各?。▍^(qū)）、市、縣氣象局的參會(huì)人員坐在各自的會(huì)議室，就可以看到、聽到會(huì)議實(shí)況，使會(huì)議內(nèi)容及時(shí)、準(zhǔn)確傳達(dá)給相關(guān)人員。

省財(cái)政廳利用氣象局現(xiàn)有設(shè)備、線路、系統(tǒng)召開“山西省‘財(cái)政支農(nóng)資金管理年’活動(dòng)視頻會(huì)議”，財(cái)政廳相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、省農(nóng)口部門財(cái)務(wù)處負(fù)責(zé)同志、各市縣財(cái)政局分管領(lǐng)導(dǎo)參加會(huì)議。省財(cái)政廳有關(guān)參會(huì)人員在省氣象局會(huì)議室，市財(cái)政局的參會(huì)人員在市氣象局的會(huì)議室，縣財(cái)政局的參會(huì)人員在縣氣象局的會(huì)議室，所有參會(huì)人員就近開會(huì)，省去旅途勞頓，節(jié)省時(shí)間，節(jié)約開資，提高工作效率。

利用該系統(tǒng)還可以進(jìn)行教育培訓(xùn)，坐在自己的會(huì)議室里可以聽到老師講課，可以看到具體的操作過程，與工作相關(guān)的新知識、新技術(shù)及時(shí)得到更新。

三、系統(tǒng)維護(hù)

召開視頻會(huì)議過程中，出現(xiàn)畫面馬賽克現(xiàn)象，聲音卡可、回音大、嘯叫等現(xiàn)象，現(xiàn)將處理過程介紹給大家，與大家共同分享。

音頻輸入處進(jìn)行設(shè)置：打開萬視通（WST）視頻會(huì)議系統(tǒng)客戶端程序，出現(xiàn)登錄對話框，將該對話框關(guān)閉，點(diǎn)擊系統(tǒng)的“設(shè)置”菜單，選擇“系統(tǒng)設(shè)置”，在“發(fā)送設(shè)置”中選中“啟用靜音檢測（噪音過濾）”，對噪音進(jìn)行過濾。在“接收設(shè)置”中不要選中“自動(dòng)打開所有用戶接收窗口”，默認(rèn)情況下，自動(dòng)打開六個(gè)用戶接收窗口，打開用戶窗口過多，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量加大，影響音頻和視頻效果，使聲音斷續(xù)、卡可，畫面出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象，動(dòng)畫起來。“輸入音量”中選擇麥克風(fēng)，點(diǎn)擊“高級”，進(jìn)入“麥克風(fēng)的高級控制”，在“其他控制”中取消“1MicBoost(1)”，即取消對麥克風(fēng)的加強(qiáng)功能，消除回音。

畫面馬賽克現(xiàn)象：可以將傳輸畫面的采樣大小設(shè)置小1些，使得傳輸畫面的字節(jié)流減少，通訊線路中的傳輸量減少，解除畫面馬賽克現(xiàn)象。同時(shí)聲音效果也會(huì)好些。

聲音卡可：將采樣頻率設(shè)置小1些，由5幀/秒改為2幀/秒，可以解決聲音卡可想象。出現(xiàn)嘯叫有可能是地線接觸不好，回音大1般情況是喇叭與麥克風(fēng)距離過近，或麥克風(fēng)質(zhì)量差1些。

這些僅僅是在現(xiàn)有傳輸線路基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)意見，當(dāng)然能使傳輸帶寬加寬就更好。

第3篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化；可視化技術(shù)

電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化的目的是將計(jì)算中所產(chǎn)生的數(shù)字信息轉(zhuǎn)變成直觀的以圖形或圖像形式表示的信息，使用戶對仿真計(jì)算的對象有形象而全面的了解，并使用戶可以觀察到數(shù)值模擬和計(jì)算的過程，甚至可以在仿真過程中對象進(jìn)行交互控制，從而更加有效地處理和分析海量的工程數(shù)據(jù)，為工程人員提供一個(gè)探索和研究物理現(xiàn)象的先進(jìn)工具，反映客觀世界的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。

一、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化技術(shù)的研究背景

隨著大電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，同時(shí)智能化調(diào)度的要求越來越高，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)多元化　，使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)展現(xiàn)手段有所局限，需要將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)利用可視化技術(shù)將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以圖形或圖像方式予以顯示，使系統(tǒng)運(yùn)行人員更方便、更直觀地了解當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，以便其采取的運(yùn)行控制措施更有效、更有針對性。

電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)模向巨型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，分區(qū)電網(wǎng)之間得相互支援、相互補(bǔ)充成為現(xiàn)實(shí)和趨勢。精確化數(shù)據(jù)來源（PMU，　IED等）使數(shù)據(jù)采集種類大大增加。天氣監(jiān)控，環(huán)境監(jiān)控，地理信息的融入使得電力系統(tǒng)運(yùn)行成為一門綜合類學(xué)科。電網(wǎng)規(guī)模的增加使得采集數(shù)據(jù)的數(shù)量和頻度都在急劇增加，需要監(jiān)視分析的數(shù)據(jù)量巨大。面對海量的不斷變化的信息，調(diào)度員往往對數(shù)字并不敏感，同時(shí)靜態(tài)的數(shù)據(jù)式表達(dá)無法滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行對發(fā)展趨勢，變化區(qū)域，運(yùn)動(dòng)速率和方向觀察和分析需求。電網(wǎng)運(yùn)行裕度越來越小，為了保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，對智能調(diào)度提出了更高的要求。

二、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化技術(shù)的引入意義

可視化核心思想是Show me what I need to see Less is More　.采用可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的監(jiān)視，讓調(diào)度員在很短的時(shí)間內(nèi)直觀地感受到電網(wǎng)運(yùn)行的情況和趨勢；提高電網(wǎng)的調(diào)度水平，有助于電網(wǎng)調(diào)度向“智能化”轉(zhuǎn)變，減輕調(diào)度人員分析壓力，將會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。。智能調(diào)度是今后調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展方向，而可視化技術(shù)是智能調(diào)度的重要展現(xiàn)手段，因此具有很強(qiáng)的技術(shù)研究和應(yīng)用意義。

三、電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化集成系統(tǒng)可視化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

第4篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

關(guān)鍵詞：可視化技術(shù)；圖像理解

中圖分類號：TP391.4

可視化技術(shù)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要研究方向，是圖形科學(xué)的新領(lǐng)域。它是指是運(yùn)用圖形學(xué)原理和方法，將大規(guī)模的科學(xué)數(shù)據(jù)-數(shù)值和圖像，轉(zhuǎn)換為可視的圖形和圖。它能夠給予人們深刻與意想不到的洞察力，在很多領(lǐng)域使科學(xué)家的研究方式發(fā)生了根本變化。它涉及的研究領(lǐng)域很廣，成為計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域中不可缺少的組成部分，例如計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺等，它也是理解復(fù)雜現(xiàn)象和大規(guī)模數(shù)據(jù)的重要工具。

自從1986年可視化概念提出以來，發(fā)達(dá)國家紛紛開始研究可視化理論、方法，開發(fā)可視化工具與環(huán)境，它們的研究成果已廣泛應(yīng)用于石油勘探、氣象預(yù)報(bào)、航天航空、核武器研制、醫(yī)學(xué)圖像處理等科學(xué)與工程領(lǐng)域以及自然科學(xué)領(lǐng)域中。

90年代初，我國開始了科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的研究工作，一般需要使用巨型計(jì)算機(jī)和高檔圖形工作站處理龐大的數(shù)據(jù)量以及相關(guān)復(fù)雜的圖像生成算法。所以，在高水平的大學(xué)、大公司和國家級的研究中心才有實(shí)力對可視化技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用。近幾年來，隨著處理器功能的不斷提高，可視化技術(shù)的飛速發(fā)展，它的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到科學(xué)研究、工程、軍事、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，但是，與國外先進(jìn)水平還有差距，因此還需要在在醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、海洋、氣象、航空等行業(yè)加大應(yīng)用力度。

1 可視化的基本概念

可視化是一種計(jì)算技術(shù)，它將符號轉(zhuǎn)換成幾何，使研究者能觀察到他們的研究工作?？梢暬夹g(shù)能夠?qū)⒖床灰姷氖挛锿ㄟ^計(jì)算機(jī)變?yōu)槟軌蚩匆姷氖挛?，提供了科學(xué)發(fā)現(xiàn)和展現(xiàn)事物的新途徑，改變了科學(xué)家原有的研究方式，能夠給人們意想不到的啟示。

根據(jù)可視化技術(shù)的交互性、多維性、和可視性的特點(diǎn)，以及考慮結(jié)合程度，可視化技術(shù)可以分為后置處理，實(shí)時(shí)跟蹤處理和實(shí)時(shí)繪制及交互控制三個(gè)層次。后置處理指的是將計(jì)算結(jié)果解釋或顯示為可視化的圖形，目前大部分應(yīng)用軟件屬于這一層次；實(shí)時(shí)跟蹤處理強(qiáng)調(diào)它的實(shí)時(shí)性，因此要求計(jì)算與顯示必行同步進(jìn)行，這樣能夠隨時(shí)發(fā)現(xiàn)執(zhí)行中的錯(cuò)誤以便日后改正；實(shí)時(shí)繪制及交互控制一方面強(qiáng)調(diào)它的實(shí)時(shí)性，另外能夠根據(jù)顯示結(jié)果隨時(shí)改變執(zhí)行過程中的參數(shù)以便得到滿意的結(jié)果，因此具有交互界面。近二十多年來，在美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家的著名大學(xué)都在致力于可視化技術(shù)的研究，而且已經(jīng)重點(diǎn)向?qū)崟r(shí)處理和交互控制方面發(fā)展。

2 國內(nèi)外比較著名的研究成果

2.1 流體可視化軟件

這是美國國家超級計(jì)算機(jī)應(yīng)用中心（NCSA，National center of supercomputer Application）的研究成果。該軟件通過多個(gè)相聯(lián)系的模型，在交互及分布環(huán)境下研究暴風(fēng)雨的形成規(guī)律。其中安裝在NCSA的超級計(jì)算機(jī)CRAY-YMP進(jìn)行模型計(jì)算，VGX工作站則用來實(shí)現(xiàn)二、三維圖形顯示，提供用戶接口，二者之間使用網(wǎng)絡(luò)連接。

2.2 醫(yī)學(xué)可視化技術(shù)

醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的可視化，已成為數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域中最為活躍的研究領(lǐng)域之一。由于近代非侵入診斷技術(shù)如CT、MRI和正電子放射斷層掃描（PET）的發(fā)展，醫(yī)生已經(jīng)可以非常容易獲得病人有關(guān)部位的一組二維斷層圖像。因?yàn)楹舜殴舱瘛T掃描等設(shè)備能夠產(chǎn)生人體病變區(qū)域的多個(gè)方面多個(gè)剖面的圖像，或者重建為具有不同細(xì)節(jié)程度的三維真實(shí)圖像，使醫(yī)生對病灶部位的大小、位置，不僅有定性的認(rèn)識，而且有定量的認(rèn)識，從而及時(shí)高效地診斷疾病。CT圖像打破傳統(tǒng)的膠片感光成像模式，借助于計(jì)算機(jī)重構(gòu)人體器官或組織的圖像，使醫(yī)學(xué)圖像從二維走向三維，使人們從人體外部可以看到內(nèi)部。利用可視化技術(shù)軟件，能夠重構(gòu)有關(guān)器官和組織的三維圖像，例如美國加洲的ADAC實(shí)驗(yàn)室，約翰.霍普金斯大學(xué)等開發(fā)出的軟件已在許多醫(yī)院得到應(yīng)用。利用可視化技術(shù)可以以獲得心臟的三維圖像，并用于監(jiān)控心臟的形狀、大小和運(yùn)動(dòng)，為綜合診斷提供依據(jù)，例如中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)等進(jìn)行的主動(dòng)脈病變的臨床診斷和冠狀動(dòng)脈搭橋術(shù)（CABG）后的血管顯示等。正是應(yīng)用了可視化技術(shù)，變不可見為可見，從而大大提高了手術(shù)的成功率。

耿國華教授實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)MidBASE。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、基于內(nèi)容的圖象檢索、嵌入三維可視化構(gòu)件、WEB方式遠(yuǎn)程查詢等方面特色明顯。已在多個(gè)醫(yī)院使用，效果良好[1]。

2.3 地學(xué)可視化技術(shù)

科學(xué)可視化應(yīng)用到地學(xué)中，產(chǎn)生了地學(xué)可視化。1990年的勘探地球物理學(xué)家協(xié)會(huì)的舉辦“科學(xué)可視化”專題討論會(huì)，促進(jìn)了地球物理勘探中的可視化研究。進(jìn)而在1995年舉辦的“可視化技術(shù)用于發(fā)現(xiàn)和開發(fā)更多的油氣資源”會(huì)議，使得科學(xué)可視化技術(shù)在油氣工業(yè)中的應(yīng)用成果大放光彩。目前，美國的SGI公司在可視化技術(shù)方面是處于世界領(lǐng)先地位，它在地學(xué)中主要應(yīng)用于油田開發(fā)、油藏?cái)?shù)值模擬、石油地質(zhì)、地震勘探、鉆井、測井、遙感測繪等方面。

2.4 人類胚胎的可視化

這是美國依利諾大學(xué)芝加哥分校研制的成果。首先依據(jù)美國衛(wèi)生和醫(yī)學(xué)國家博物館所得到的胚胎數(shù)據(jù)重構(gòu)人類胚胎模型，其次將該模型進(jìn)行三維顯示。這一成果預(yù)示著人類可以遠(yuǎn)程訪問人類性態(tài)數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行分布式計(jì)算。

2.5 數(shù)字博物館的可視化技術(shù)

數(shù)字博物館最突出的特點(diǎn)是：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬技術(shù)通過計(jì)算機(jī)圖形構(gòu)成三度空間或把現(xiàn)實(shí)環(huán)境編制到計(jì)算機(jī)中去，產(chǎn)生逼真的虛擬環(huán)境，從而使得用戶在視覺上產(chǎn)生一種沉浸于虛擬環(huán)境中的感覺。數(shù)字博物館借助這樣的技術(shù)，對珍貴藏品進(jìn)行三維可視化的建模。在追求視覺真實(shí)感受的同時(shí)，最大限度地保存了物體真實(shí)數(shù)據(jù)。研究者可以直接測量模型得到標(biāo)本的形態(tài)結(jié)構(gòu)信息，為遠(yuǎn)程標(biāo)本研究提供可靠翔實(shí)的基礎(chǔ)，真正地做到了輔助科學(xué)研究及數(shù)據(jù)保存的作用。例如中國地質(zhì)大學(xué)地學(xué)數(shù)字博物館、中山大學(xué)生物數(shù)字博物館、清華大學(xué)美術(shù)數(shù)字博物館、西北大學(xué)考古數(shù)字博物館、北京航空航天大學(xué)航空航天數(shù)字博物館等，這些數(shù)字博物館不僅為學(xué)者提供了一個(gè)高水平高質(zhì)量的學(xué)習(xí)平臺，有利于院校之間的學(xué)術(shù)信息和研究資源的共享，而且滿足用戶的交互性、參與性和沉浸性。

2.6 大場景及文物的虛擬修復(fù)可視化技術(shù)

大場景與文物虛擬修復(fù)還原和展示的研究涉及多個(gè)研究領(lǐng)域，需要綜合應(yīng)用數(shù)字圖象處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識別、可視化技術(shù)等研究領(lǐng)域。目前，在我國很多研究機(jī)構(gòu)已在與大場景和文物的虛擬修復(fù)技術(shù)相關(guān)的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了一些研究工作，也取得了一些研究成果。但是，還沒有研制出完全自動(dòng)的虛擬修復(fù)和還原系統(tǒng)，并且這些研究成果相對獨(dú)立，沒有一個(gè)綜合文物復(fù)原和大場景虛擬還原展示的系統(tǒng)。

3 結(jié)束語

NCSA（美國國家超級計(jì)算應(yīng)用中心）是國際上從事可視化研究的權(quán)威單位，一直從事可視化算法如軟件的開發(fā)研究。而在國內(nèi)，清華、北大、國防科大、中科院軟件所等單位相繼開展了可視化算法的研究及可視化工具的開發(fā)，都已取得了一大批可喜的成果。隨著計(jì)算機(jī)硬件條件的改善和諸如人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等可視化算法的成熟，可視化技術(shù)一定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的飛躍。

參考文獻(xiàn)：

[1]榮國棟，孟祥旭.Inspeck3D-DF三維掃描儀在數(shù)字博物館中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2002，38（16）：237-239.

第5篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

信息可視化的研究是綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字多媒體等技術(shù)，在短時(shí)間內(nèi)將大量冗雜的信息以動(dòng)態(tài)交互等形式，直觀反映到各種終端設(shè)備上，幫助用戶獲取所需信息。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的圖形信息傳遞效果。視覺信息設(shè)計(jì)不需要過分追求華麗的形式，也不能只是僵硬的圖標(biāo)數(shù)據(jù)，而是兼具美的視覺享受與準(zhǔn)確的信息內(nèi)容。在這個(gè)數(shù)字化媒體時(shí)代，信息可視化勢必成為信息傳遞的未來發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】信息；可視化；傳播；視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)

一、引論

當(dāng)前，我們生活在一個(gè)數(shù)字化媒體盛行的時(shí)代，明天面對海量的信息。微信朋友圈、個(gè)人微博、各大門戶網(wǎng)站搜索一下各種各樣的新聞從時(shí)政到娛樂、社會(huì)民生等信息瞬間映入眼簾。快節(jié)奏的城市生活決定我們在信息的處理上不可能花費(fèi)很長時(shí)間。但是對信息的收集與處理確是不可或缺的。信息可視化提高我們對信息接收的速度，通過簡明、清晰的圖形文字信息傳遞，讓數(shù)據(jù)的使用與共享可以在瞬時(shí)完成，通過可視化的動(dòng)態(tài)效果可以將內(nèi)容烙在我們的腦海中。但由于信息可視化與視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)的結(jié)合時(shí)間不長，在我國發(fā)展的歷程較短，雖然已經(jīng)在市場上獲得廣泛認(rèn)可，但是還存在不少亟待解決的問題，才能更加有利于雙方的長遠(yuǎn)發(fā)展。

二、信息可視化與視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)結(jié)合的現(xiàn)狀及分析

（一）信息可視化與視覺傳達(dá)的關(guān)系

信息可視化是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過對數(shù)據(jù)的可視化分析，利用圖像、數(shù)據(jù)分析軟件與技術(shù)，幫助人們進(jìn)行信息分類、檢索，提高人們對信息的使用效率。信息可視化概念起源于1989年美國，核心要義是如何將信息交互與視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)有機(jī)結(jié)合。這一概念引入我國后，形成的信息可視化共識是利用信息的關(guān)聯(lián)性，在現(xiàn)代存儲(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)上，分類處理豐富的信息資源，解決查詢與獲取信息的負(fù)擔(dān)。

（二）信息可視化中視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)的作用

信息可視化是要將各種信息源的核心部分挖掘成呈現(xiàn)在用戶面前。在設(shè)計(jì)前需要足夠的理論和技術(shù)支撐。這要求視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)師在信息的處理環(huán)節(jié)，要依據(jù)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推理與算法，在同類型圖形中使用數(shù)據(jù)邏輯進(jìn)行推論，構(gòu)思嚴(yán)謹(jǐn)，才能使傳遞的信息不會(huì)失真。在此期間應(yīng)注意信息的主次順序、視覺元素的色彩對比與相對位置。從以人為本的設(shè)計(jì)角度引導(dǎo)用戶。

（三）覺傳達(dá)設(shè)計(jì)促進(jìn)信息可視化進(jìn)程

信息可視化要通過電子產(chǎn)品的外設(shè)裝置顯示為人們提供數(shù)據(jù)服務(wù)。利用了人們基本的處理信息的能力。人們通過視覺傳達(dá)的信息進(jìn)行即時(shí)交互活動(dòng)，使信息處在動(dòng)態(tài)循環(huán)中，提高了信息的準(zhǔn)確率和及時(shí)性。我國在信息可視化的應(yīng)用上已經(jīng)初見成效，比如氣象服務(wù)、地理遙感的資源管理方面。隨著與發(fā)達(dá)國家在信息可視化科研合作上的密切，視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)與信息可視化的融合將推向深入。

（四）商業(yè)活動(dòng)對信息可視化的巨大需求

信息可視化為用戶和潛在的消費(fèi)者提供了便捷的信息分析。使視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)在其中發(fā)揮的作用大放異彩。面對巨大的商業(yè)需求，視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)藝術(shù)被寄予更大期望。

第一，圖示廣告適用范圍更廣。人們已經(jīng)習(xí)慣了配發(fā)圖形的廣告宣傳形式。因?yàn)槊咳嗣刻旖佑|的大量信息，大腦會(huì)自動(dòng)過濾，但是當(dāng)中新奇的、視覺效果強(qiáng)烈的圖像加文字的組合會(huì)被記憶。而且大腦處理視覺信息的能力速度是文字的數(shù)倍之多。這也是為什么圖示廣告形式當(dāng)前大行其道的生理原因。視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)應(yīng)該抓住這一重要科學(xué)依據(jù)，通過專業(yè)手段將各種復(fù)雜信息進(jìn)行整合，讓消費(fèi)者在短時(shí)間獲取產(chǎn)品的詳細(xì)信息，為商家和用戶節(jié)省時(shí)間成本。

第二，交互體驗(yàn)的需求逐步增加。交互體驗(yàn)?zāi)軌蜉p松將產(chǎn)品的特性與用戶在同時(shí)間實(shí)現(xiàn)連通。因?yàn)榻换ピO(shè)計(jì)是建立在對目標(biāo)群體的需求基礎(chǔ)上的延伸，不可能只在有限的需求領(lǐng)域徘徊，而用戶通過視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)出的信息可以在第一時(shí)間由內(nèi)而外對產(chǎn)品的特點(diǎn)，以及對自己需求的匹配程度進(jìn)行了解。同時(shí)可以在互動(dòng)平臺上提出個(gè)人的看法和建議對生產(chǎn)經(jīng)營企業(yè)提供參考。

第三，可視化信息線上線下的配合，能增強(qiáng)宣傳覆蓋面?？梢暬畔⒉皇庆o止不動(dòng)的?？梢酝ㄟ^微信平臺與社交平臺，也可以通過其他平面媒體方式（戶外的燈箱、廣告單頁、DM等）。而這些信息傳遞方式都是視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)的常規(guī)范圍，只需要在多種方式種擇優(yōu)選用最具表現(xiàn)力的平衡點(diǎn)，增強(qiáng)宣傳效果。

三、信息可視化過程中視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)的運(yùn)用前景

（一）動(dòng)態(tài)信息與交互性將更為普遍

隨著智能手機(jī)和多種移動(dòng)終端的普及為我們提供了更多傳播信息的載體。因此接收信息形式將改變?nèi)藗償?shù)據(jù)接收的體驗(yàn)?；?dòng)在視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)之下，可以有針對性的引導(dǎo)受眾進(jìn)行交流。很多無法實(shí)現(xiàn)的信息可視，將通過視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)輸送到用戶面前。

（二）信息可視與多學(xué)科融合的趨勢不可逆轉(zhuǎn)

信息可視化與計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像學(xué)等學(xué)科關(guān)系密切。視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)主要將記錄看到的、聽到的各種信息，利用視覺設(shè)計(jì)的軟件工具，跨學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行技術(shù)融合，以用戶不斷變動(dòng)的訴求為設(shè)計(jì)核心，增加用戶體驗(yàn)，培養(yǎng)消費(fèi)群體，讓信息可視化更好的服務(wù)人類的生產(chǎn)生活，提高信息資源的有效利用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王凱《信息可視化設(shè)計(jì)藝術(shù)》遼寧科技出版社2013年

第6篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

[關(guān)鍵詞] 安全應(yīng)急； 管理； 信息系統(tǒng)； 建設(shè)

[中圖分類號] tp39； tu714 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] a [文章編號] 1673 - 0194（2013）07- 0059- 03

1 引 言

為加強(qiáng)企業(yè)安全生產(chǎn)應(yīng)急管理，完善應(yīng)急預(yù)測預(yù)警、信息報(bào)送、輔助決策、指揮調(diào)度和總結(jié)評估等應(yīng)急管理工作，嚴(yán)格企業(yè)安全管理，及時(shí)排查治理安全隱患，有效預(yù)防和妥善處置安全生產(chǎn)事故，加強(qiáng)安全應(yīng)急信息系統(tǒng)的建設(shè)已成為實(shí)現(xiàn)上述管理目標(biāo)的必要手段。

從應(yīng)急業(yè)務(wù)本身特點(diǎn)來看，突發(fā)事件的應(yīng)急救援指揮需要上級機(jī)關(guān)、國家主管部門參與決策。因此，企業(yè)需要建立應(yīng)急管理平臺，使參與應(yīng)急救援指揮的各部門都能夠基于該平臺開展救援任務(wù)下達(dá)、作戰(zhàn)指揮部署、救援分析決策、指揮意圖展示等工作，從而為實(shí)現(xiàn)快速的應(yīng)急救援指揮提供保障。

從應(yīng)急管理現(xiàn)狀來看，突發(fā)事件情況下現(xiàn)場災(zāi)情、事故發(fā)展態(tài)勢、周邊信息難以獲取。企業(yè)需要將生產(chǎn)環(huán)境和實(shí)際狀況真實(shí)再現(xiàn)，基于此真實(shí)場景進(jìn)行災(zāi)情的模擬，將獲取的災(zāi)情信息直觀展示，在突發(fā)事件情況下快速定位到現(xiàn)場場景，為人員快速疏散提供幫助。

因此，無論是企業(yè)的日常安全監(jiān)管和應(yīng)急管理，還是突發(fā)事件的應(yīng)急救援，都需要一個(gè)基礎(chǔ)可視化的信息平臺進(jìn)行信息的直觀展示和有效管理，為企業(yè)的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供有力的保障。

2 需求分析

應(yīng)急管理需解決平時(shí)針對應(yīng)急預(yù)案模擬演練的有效性，突發(fā)應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)應(yīng)急響應(yīng)的速效性，并驗(yàn)證應(yīng)急預(yù)案的實(shí)用性。

充分利用現(xiàn)有信息系統(tǒng)，進(jìn)行信息整合，實(shí)現(xiàn)信息綜合管理，為突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的應(yīng)急響應(yīng)提供支持。

需要將裝置區(qū)域、設(shè)備設(shè)施以及管線清晰直觀展示，并關(guān)聯(lián)查詢詳細(xì)屬性信息。

需要建立一套隱患動(dòng)態(tài)管理機(jī)制，將廠區(qū)內(nèi)各隱患從排查、整改到消除全過程管理起來，及時(shí)有效消除裝置存在的隱患。

需要將日常設(shè)備檢修維護(hù)信息統(tǒng)一儲(chǔ)存管理，便于直觀查詢調(diào)閱。

3 系統(tǒng)建設(shè)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略參見圖1。

3.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

三維應(yīng)急管理系統(tǒng)是安全應(yīng)急管理的現(xiàn)代化管理手段，是企業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)是建立在三維gis平臺基礎(chǔ)之上的，將廠區(qū)設(shè)備、設(shè)施管線各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整合與植入，包括基礎(chǔ)地理要素、設(shè)計(jì)施工數(shù)據(jù)、廠區(qū)運(yùn)營數(shù)據(jù)、周邊社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息等。完成三維gis平臺建設(shè)和基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)整合后，就可根據(jù)業(yè)務(wù)需求建設(shè)三維應(yīng)急管理系統(tǒng)，開發(fā)其上的各個(gè)應(yīng)用模塊。同時(shí)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，可以擴(kuò)展其他業(yè)務(wù)，如設(shè)備完整性管理、相關(guān)外系統(tǒng)的信息集成。

該層次結(jié)構(gòu)充分考慮到系統(tǒng)的靈活性和未來的擴(kuò)展性，無論是擴(kuò)展更多的地理場景、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、專業(yè)模型，還是開發(fā)更多的應(yīng)用系統(tǒng)，都能借助平臺提供的各類服務(wù)來方便快速地完成。

3.3 系?a href="baidu.com" target="_blank" class="keylink">陳嘸仄松杓?

擁有web服務(wù)器，3d-gis服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。服務(wù)器的描述為：

3.3.1 web服務(wù)器

以web的形式數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。web程序操作快捷、方便，集成支持系統(tǒng)功能和集成其他服務(wù)器功能靈活，可以超鏈接的形式集成支持系統(tǒng)web服務(wù)器，也可以com組件、網(wǎng)絡(luò)等形式集成應(yīng)用服務(wù)器、3d-gis服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器功能。

3.3.2 3d-gis服務(wù)器

存放地理信息數(shù)據(jù)、數(shù)字場景數(shù)據(jù)、各種模型等。為空間量計(jì)算等gis操作功能提供支持。

3.3.3 應(yīng)用服務(wù)器

進(jìn)行用戶登錄的認(rèn)證管理，可根據(jù)負(fù)載來自動(dòng)調(diào)整用戶使用的服務(wù)器。提供系統(tǒng)的自動(dòng)升級功能，當(dāng)系統(tǒng)的版本改變時(shí)，可以進(jìn)行客戶端的自動(dòng)升級功能，不用每個(gè)客戶端進(jìn)行重新安裝。

3.3.4 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

安裝數(shù)據(jù)庫軟件，存放除地理信息數(shù)據(jù)以外的所有數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，如：生產(chǎn)工藝流程、危險(xiǎn)源、應(yīng)急預(yù)案、歷史災(zāi)情、系統(tǒng)配置等，并

對所存數(shù)據(jù)進(jìn)行同步管理操作。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案

各業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過地理信息共享平臺（中間層）訪問數(shù)據(jù)層，實(shí)現(xiàn)信息的共享、交互、集成。數(shù)據(jù)層包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫、動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫包括各類地圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、周邊社會(huì)環(huán)境數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是指各業(yè)務(wù)部門日常工作流程所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

三維應(yīng)急管理信息系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，一方面需要在應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層之間加入中間層，從技術(shù)層面上進(jìn)行信息采集整理、信息分析處理、信息輸出，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的共享、融合；另一方面需建立一整套完整的數(shù)據(jù)組織標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)，保證地理信息共享平臺的正常運(yùn)行。中間層還需要提供系統(tǒng)安全管理、系統(tǒng)性能監(jiān)控、均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換等功能，在應(yīng)用層與數(shù)據(jù)層之間建立一條安全、可靠的“訪問通道”。使用sql server 2005標(biāo)準(zhǔn)版，可滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫的安全性、高性能、可靠性的要求，且實(shí)施性價(jià)比高。后期系統(tǒng)的可擴(kuò)展性好。

4 系統(tǒng)功能及要求

4.1 地理信息及場景全息化展示

4.1.1 三維地理信息構(gòu)建

三維場景中的廠區(qū)建筑、設(shè)施設(shè)備等均采用實(shí)體建模，用戶可以實(shí)時(shí)查看關(guān)注實(shí)體的地理位置，并可以編輯和拖放，便于用戶根據(jù)生產(chǎn)規(guī)劃調(diào)整和改擴(kuò)建項(xiàng)目情況自行更新場景信息，提高系統(tǒng)使用維護(hù)效率，降低維護(hù)成本。系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)地理信息查詢、標(biāo)繪等功能，用戶可以在三維場景下進(jìn)行道路、建筑物、區(qū)域等信息的標(biāo)繪。

4.1.2 工藝流程信息管理

系統(tǒng)提供工藝流程可視化制作工具，不僅可以顯示整個(gè)工藝流程的線路、流經(jīng)設(shè)備的名稱和屬性參數(shù)，而且可以通過對工藝流程動(dòng)態(tài)演示的方式實(shí)現(xiàn)對員工的生產(chǎn)工藝培訓(xùn)。通過生產(chǎn)過程中的主要設(shè)備、工藝流程的查看功能，了解介質(zhì)名稱、流向等信息。

當(dāng)突發(fā)事故發(fā)生時(shí)，可以通過工藝流程的動(dòng)態(tài)演示查看與事發(fā)設(shè)備相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、管線、閥門等，以便于應(yīng)急指揮人員根據(jù)事故情況及時(shí)關(guān)斷受影響的工藝過程，避免次生、衍生事故的發(fā)生，最大限度地減少事故損失。

4.1.3 設(shè)備設(shè)施可視化管理

系統(tǒng)可對廠區(qū)內(nèi)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行管理。將設(shè)施設(shè)備分類管理，可在三維場景中查詢設(shè)備設(shè)施的地理位置、基本屬性等信息，通過系統(tǒng)設(shè)備編輯器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)編輯設(shè)備屬性信息?？蓪θ我庠O(shè)施或裝置提供多種查看方式，包括隱藏外層、透視、超視圖瀏覽等。在三維場景中系統(tǒng)可以顯示地下設(shè)施的位置，在場景中點(diǎn)擊目標(biāo)對象就會(huì)將地表其他覆蓋物隱去或半透從而實(shí)現(xiàn)直觀查看的效果。

4.1.4 地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域查詢

對廠區(qū)內(nèi)容易遭受大風(fēng)、暴雨等氣象災(zāi)害的地點(diǎn)，可以在系統(tǒng)三維地景中標(biāo)繪其位置或影響范圍，實(shí)現(xiàn)邏輯信息可視化。通過錄入歷史災(zāi)情信息和可能引發(fā)災(zāi)害的氣象條件進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警，當(dāng)可能有惡劣天氣出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)前期標(biāo)繪的地質(zhì)災(zāi)害和氣象災(zāi)害易發(fā)地點(diǎn)、災(zāi)害條件，自動(dòng)篩選排查可能發(fā)生的災(zāi)害，并可自動(dòng)鎖定報(bào)警地點(diǎn)。

4.1.5 空間測量標(biāo)繪

系統(tǒng)可通過對圖進(jìn)行空間量測等操作，支持地表距離、直線距離、投影距離測量，地表面積、投影面積測量，高度、坡度、北向夾角測量等。

4.1.6 系統(tǒng)設(shè)置維護(hù)

系統(tǒng)提供豐富的管理維護(hù)功能，可以對系統(tǒng)中所有信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的日常維護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步；還可以根據(jù)實(shí)際角色需要進(jìn)行設(shè)置管理；保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)災(zāi)情發(fā)生時(shí)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)更新。

4.2 日常安全生產(chǎn)管理

4.2.1 安全設(shè)備設(shè)施信息管理

通過系統(tǒng)可直觀地查看廠區(qū)內(nèi)的消防設(shè)備、設(shè)施的位置，用戶不但可以查詢消防水、消防炮等設(shè)備的屬性信息，還可動(dòng)態(tài)展示消防設(shè)備的有效作用半徑，為突發(fā)事故的應(yīng)急救援提供決策支持。

4.2.2 重大危險(xiǎn)源信息管理

將企業(yè)內(nèi)的重大危險(xiǎn)源信息進(jìn)行分類匯總并保存，用戶可以在三維場景下全方位、多角度地定位查看危險(xiǎn)源的空間分布，如查看儲(chǔ)罐等重大危險(xiǎn)源的基本屬性信息及圖片。在查看重大危險(xiǎn)源的基本信息時(shí)，可隨時(shí)調(diào)閱相關(guān)聯(lián)的應(yīng)急預(yù)案。

4.2.3 重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評估

系統(tǒng)提供兩種風(fēng)險(xiǎn)評估的方法。一種是通過集成的火災(zāi)、爆炸、擴(kuò)散專業(yè)事故后果評價(jià)模型，結(jié)合廠區(qū)的實(shí)際天氣狀況、事發(fā)設(shè)備類型、事故類型等分析出重大危險(xiǎn)源的事故影響范圍和后果

。另外一種是根據(jù)企業(yè)的安全預(yù)評價(jià)報(bào)告，將某些重大危險(xiǎn)源的泄漏擴(kuò)散、火災(zāi)爆炸事故的危險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果進(jìn)行集成并可視化展現(xiàn)，用戶只需選擇關(guān)注的區(qū)域、設(shè)備、事故類型等，系統(tǒng)會(huì)給出模擬計(jì)算的結(jié)果，并結(jié)合三維場景進(jìn)行可視化展現(xiàn)。

4.3 全息化應(yīng)急預(yù)案管理

系統(tǒng)可提供專門的全息化預(yù)案制作工具，結(jié)合真實(shí)的三維可視化場景，可將文本預(yù)案進(jìn)行全息化制作，并將全息化預(yù)案進(jìn)行保存和動(dòng)態(tài)展示。在平時(shí)可作為預(yù)案培訓(xùn)教材，并在突發(fā)事故情況下輔助應(yīng)急指揮人員正確下達(dá)指令，快速、有效地應(yīng)對突發(fā)事故。

企業(yè)上級部門或當(dāng)?shù)卣踩O(jiān)管部門也可以通過各自的三維應(yīng)急平臺查看企業(yè)已制訂的各種預(yù)案情況，并可通過預(yù)案推演驗(yàn)證預(yù)案的合理性。

4.4 應(yīng)急響應(yīng)與輔助決策

4.4.1 應(yīng)急資源查詢管理

應(yīng)急資源查詢管理模塊可以對企業(yè)內(nèi)應(yīng)急人員和機(jī)構(gòu)、應(yīng)急裝備物資、周邊應(yīng)急救援力量、救援專家信息、應(yīng)急避難場所等進(jìn)行管理及可視化查詢顯示。通過系統(tǒng)分類列表可以定位查詢和顯示某一類或某一個(gè)應(yīng)急救援機(jī)構(gòu)及應(yīng)急物資情況，并以著色、閃爍、圖標(biāo)、動(dòng)態(tài)標(biāo)牌等方式立體展示應(yīng)急資源的數(shù)量和分布情況、救援力量的分布和救援路線、道路封閉情況等信息。

4.4.2 現(xiàn)場災(zāi)情三維再現(xiàn)

系統(tǒng)可將整個(gè)救援過程進(jìn)行全息化制作，并傳給不同的人員。通過上報(bào)的事故信息以及對應(yīng)的三維畫面，分公司、總公司的領(lǐng)導(dǎo)、專家及其他應(yīng)急相關(guān)人員能夠及時(shí)、詳細(xì)地了解現(xiàn)場情況，結(jié)合歷史類似事故的處置措施及結(jié)果，采取相應(yīng)的救援措施。

4.4.3 救援路線尋優(yōu)

系統(tǒng)提供路由分析功能，可按時(shí)間最短、路程最短等方式規(guī)劃出最佳的應(yīng)急疏散及救援路線，同時(shí)三維顯示需疏散區(qū)域及應(yīng)急避難場所，通過將所規(guī)劃路線與事故推演結(jié)果進(jìn)行對比，對可能受到影響的道路會(huì)做出警戒提示。

4.4.4 災(zāi)情推演與輔助決策

系統(tǒng)可模擬火災(zāi)、爆炸、氣體泄漏擴(kuò)散事故，通過集成專業(yè)的事故后果分析數(shù)學(xué)模型，根據(jù)事故情況和實(shí)際環(huán)境參數(shù)進(jìn)行災(zāi)情推演，在系統(tǒng)中輸入災(zāi)情發(fā)生的位置、事發(fā)物質(zhì)的特性，結(jié)合風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度等氣象信息，可通過數(shù)學(xué)模型分析出事故的爆炸范圍、擴(kuò)散范圍、死亡半徑、重傷半徑、安全距離等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并能夠通過三維畫面展示模擬分析的結(jié)果。根據(jù)事故狀況，可以提出初步的行動(dòng)方案，并可對周邊的環(huán)境、建筑物的影響進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，為事故救援決策提供依據(jù)。

4.4.5 救援評估

在事故應(yīng)急救援過程中，系統(tǒng)可以記錄現(xiàn)場匯報(bào)的事故災(zāi)情、應(yīng)急決策信息、應(yīng)急資源調(diào)配過程、現(xiàn)場應(yīng)急行動(dòng)過程、應(yīng)急決策指令等重要信息和經(jīng)過，并實(shí)時(shí)更新傷亡人員數(shù)量、財(cái)產(chǎn)損失數(shù)量、調(diào)用應(yīng)急力量的名稱和數(shù)量等，在應(yīng)急救援（或應(yīng)急演練）結(jié)束后可以將上述記錄的信息再現(xiàn)為一個(gè)完整的事故發(fā)展過程，可以為事故救援評估或演習(xí)點(diǎn)評提供參考依據(jù)。

4.5 無線視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)集成

無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信息集成到三維應(yīng)急信息展示平臺后，可借助該可視化平臺實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控設(shè)備的可視化查詢，在三維場景中調(diào)閱相應(yīng)的視頻監(jiān)控畫面，還可控制監(jiān)控設(shè)備的云臺參數(shù)。通過與平臺的全息視頻監(jiān)控畫面進(jìn)行對比顯示，可彌補(bǔ)在突發(fā)事件或惡劣天氣情況下真實(shí)視頻監(jiān)控畫面不清晰，無法快速掌握監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備設(shè)施信息的缺陷，為突發(fā)事件的快速救援指揮提供有力的支持。

4.6 dcs系統(tǒng)集成

通過集成dcs系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測相關(guān)設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)值，可在平臺中直觀看到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分布情況及分類，查看重大危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為事故應(yīng)急救援提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié) 語

通過三維安全應(yīng)急管理信息系統(tǒng)，建立了應(yīng)對突發(fā)事件的的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制；提高了企業(yè)應(yīng)急管理信息系統(tǒng)的整體管理水平，適應(yīng)企業(yè)高速發(fā)展帶來的應(yīng)急管理新需求；有機(jī)整合現(xiàn)有應(yīng)急信息資源，建立統(tǒng)一、集成、可控、共享的應(yīng)急信息化協(xié)同平臺；基于“平戰(zhàn)結(jié)合”的理念，利于平時(shí)有效預(yù)防事故的發(fā)生和應(yīng)急狀態(tài)下的快速應(yīng)急響應(yīng)； 集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使安全應(yīng)急與生產(chǎn)緊密結(jié)合； 提供可擴(kuò)展應(yīng)用的三維平臺，為建設(shè)“數(shù)字企業(yè)”，促進(jìn)“兩化融合”奠定了基礎(chǔ)。

主要參考文獻(xiàn)

[1] 李永麗. 應(yīng)急平臺建設(shè)若干問題研究[d]. 長春：吉林大學(xué)，2010：27-43.

[2] 李娜. 基于soa架構(gòu)的應(yīng)急管理信息系統(tǒng)

分析與設(shè)計(jì)[d]. 濟(jì)南：山東大學(xué)，2009：30-57.

第7篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

【關(guān)鍵詞】科學(xué)探究；學(xué)習(xí)平臺；科學(xué)教育

【中圖分類號】G40057【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【論文編號】1009―8097 (2008) 09―0056―04

我國在貫徹落實(shí)“科教興國”戰(zhàn)略、全面推進(jìn)素質(zhì)教育的進(jìn)程中，改革與加強(qiáng)中小學(xué)的科學(xué)教育，切實(shí)有效地提高青少年的科學(xué)素養(yǎng)，已經(jīng)引起人們的高度重視?！犊茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（3－6年級）》中明確指出：科學(xué)課程“以培養(yǎng)小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為宗旨”[1]，要把科學(xué)探究作為科學(xué)學(xué)習(xí)的核心。但是，許多研究表明，常規(guī)教學(xué)方式無法有效地支持科學(xué)探究的開展。當(dāng)前應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)來支持教學(xué)科學(xué)探究也成為了信息技術(shù)與科學(xué)課程整合的研究焦點(diǎn)，本研究力圖構(gòu)建一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺，促進(jìn)科學(xué)探究在中小學(xué)科學(xué)教育的開展。

一 概念界定

本文所涉及到的“科學(xué)探究”是指：在科學(xué)教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力、提升科學(xué)素養(yǎng)為目的，在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過模擬類似科學(xué)家的探究過程來理解科學(xué)概念和探究的本質(zhì)的一種學(xué)習(xí)活動(dòng)。一般認(rèn)為，科學(xué)探究的基本步驟有形成問題，建立假設(shè)，制定研究方案，檢驗(yàn)假設(shè)，作結(jié)論，表達(dá)與交流。

由于目前學(xué)術(shù)界對什么是科學(xué)探究平臺尚無定義，本文所使用的“科學(xué)探究平臺”是指面向中小學(xué)科學(xué)教學(xué)，以科學(xué)探究理論為指導(dǎo)，以支持科學(xué)探究的活動(dòng)過程、培養(yǎng)科學(xué)探究技能為目標(biāo)的基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)軟件系統(tǒng)。

二 國內(nèi)對科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺的研究

國內(nèi)對科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺設(shè)計(jì)與開發(fā)方面的研究只有以下一些：

《高中物理探究型網(wǎng)絡(luò)課件的設(shè)計(jì)研究》一文就如何設(shè)計(jì)、開發(fā)培養(yǎng)高中學(xué)生科學(xué)探究能力物理網(wǎng)絡(luò)課件進(jìn)行了探討，劉海華[2]提出的“設(shè)計(jì)支持科學(xué)探究的教學(xué)軟件必須結(jié)合科學(xué)探究的要素”值得借鑒，即科學(xué)探究一般分為形成問題，建立假設(shè)，制定研究方案，檢驗(yàn)假設(shè)，作結(jié)論，表達(dá)與交流的步驟等步驟，教學(xué)軟件要支持這些步驟。但是作者開發(fā)的案例《單擺周期》在支持科學(xué)探究方面還存在一些不足，功能很少，不具備科學(xué)探究所需的檢驗(yàn)假設(shè)、數(shù)據(jù)搜集分析等學(xué)習(xí)工具，不具備對科學(xué)探究過程的支持功能。此外，文章也沒有對設(shè)計(jì)支持科學(xué)探究的網(wǎng)絡(luò)課件的一般方法進(jìn)行總結(jié)歸納。

上海市寶山區(qū)月浦新村小學(xué)“因特網(wǎng)支持下小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究”總結(jié)出了因特網(wǎng)支持下的小學(xué)科學(xué)探究活動(dòng)基本的操作模式、評價(jià)方案并開發(fā)了兩個(gè)主題網(wǎng)站。在主題網(wǎng)站建設(shè)方面，建設(shè)了“網(wǎng)上少科院”和“小學(xué)生做研究”兩個(gè)主題學(xué)習(xí)網(wǎng)站，它們對科學(xué)探究活動(dòng)的支持還有一些不足：“網(wǎng)站是靜態(tài)的，交互性不夠，除了BBS論壇，更多的是信息的展示。以探究科學(xué)小課題為主的科學(xué)探究活動(dòng)，需要網(wǎng)上調(diào)查、數(shù)據(jù)分析等活動(dòng)，網(wǎng)站的功能不夠。科學(xué)探究的成果必須通過網(wǎng)站管理人員上傳，學(xué)生沒有自，上傳后也不能進(jìn)行反復(fù)修改?！盵3]

我國臺灣地區(qū)的科學(xué)探究研究項(xiàng)目主要有臺北市教育局主辦的“臺北市2006氣象探究網(wǎng)絡(luò)競賽”1。這個(gè)項(xiàng)目是面向中學(xué)生的課外活動(dòng)，它依托臺北市校園氣象臺，開展網(wǎng)絡(luò)科學(xué)探究競賽。參加活動(dòng)的學(xué)生從競賽網(wǎng)站上限定的主題中，選擇一個(gè)要探究的主題。進(jìn)行探究活動(dòng)時(shí)，使用臺北市校園氣象臺提供的氣象數(shù)據(jù)、學(xué)生結(jié)成學(xué)習(xí)小組圍繞該主題設(shè)計(jì)科學(xué)探究活動(dòng)，請專家學(xué)者評分及學(xué)員互評選出優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案。校園氣象臺作為氣象數(shù)據(jù)、資源和信息呈現(xiàn)工具，而在競賽過程中的擬定計(jì)劃、交流討論、作品互評等活動(dòng)是通過另外設(shè)置的論壇以及相應(yīng)的作品提交系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的?？傮w而言，校園氣象臺不是一個(gè)完備的科學(xué)探究支持平臺，缺乏對科學(xué)探究活動(dòng)過程的支持。

三 國外對科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺的研究

美國對科學(xué)探究支持軟件工具進(jìn)行了較系統(tǒng)研究的主要有美國密歇根大學(xué)教育學(xué)院HI－CE的Krajcik教授，以及加州大學(xué)柏克萊分校TELS的Linn教授等人。他們根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)方法與原則的歸納。

Quintana和Krajcik等人[4]提出了設(shè)計(jì)支持科學(xué)探究軟件的理論框架。該理論框架圍繞學(xué)習(xí)者進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)時(shí)可能遇到的三個(gè)主要的障礙設(shè)計(jì)支持策略：“第一，針對理解科學(xué)性內(nèi)容提出的支持策略：軟件應(yīng)包含科學(xué)內(nèi)容的表征，這些表征應(yīng)該可以讓學(xué)習(xí)者從不同角度進(jìn)行操縱、觀察，這樣才能幫助學(xué)習(xí)者理解該表征的不同特征。第二，針對探究過程管理提出的支持策略：把復(fù)雜的探究過程用結(jié)構(gòu)化的形式表現(xiàn)出來。第三，針對反思和溝通提出的溝通支持策略：學(xué)習(xí)者不僅需要對某個(gè)科學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行反思與交流，還需要對自己的學(xué)習(xí)流程如探究計(jì)劃、探究過程進(jìn)行反思，軟件應(yīng)該提供指示使學(xué)習(xí)者能跟蹤自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程。”

此外，美國開展的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)支持科學(xué)探究的研究項(xiàng)目比較多，如GLOBE2（Global Learning and Observations to Benefit the Environment）、GEODE3（Geographic Data on Education）和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)項(xiàng)目4。這些研究的共同之處在于：

首先，均應(yīng)用了某個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的大量數(shù)據(jù)，并且開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件工具，如GEODE是利用地理地圖數(shù)據(jù)、CIESE則應(yīng)用了包括氣象、洋流、航空等多個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)數(shù)據(jù)。這說明基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究活動(dòng)不僅是搜集網(wǎng)絡(luò)資源，獲取并分析、解讀科學(xué)數(shù)據(jù)是很重要的活動(dòng)，科學(xué)探究平臺需要對這方面提供支持。

其次，各項(xiàng)目都重視開發(fā)課程資源，課程資源分為技術(shù)工具和相應(yīng)的使用方案（如教材、專題探究活動(dòng)）。Simons和Clark[5]指出，“探究活動(dòng)的成功最終取決于精心設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)而不是基于計(jì)算機(jī)的工具，當(dāng)然這些工具在對學(xué)習(xí)者理解什么是數(shù)據(jù)、如何收集、處理、轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)方面乃至理解科學(xué)知識上起著不可或缺的作用”，Edelson[6]發(fā)現(xiàn)了利用可視化技術(shù)來支持地理科學(xué)的探究學(xué)習(xí)項(xiàng)目中出現(xiàn)的阻礙因素，并提出解決的辦法是設(shè)計(jì)相應(yīng)的技術(shù)工具和課程。這啟示我們在設(shè)計(jì)開發(fā)科學(xué)探究平臺的時(shí)候，需要設(shè)置各種學(xué)習(xí)工具，同時(shí)還要有配套的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

四 科學(xué)探究支持軟件案例分析

國外（主要是美國）開展了許多應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)支持科學(xué)探究研究的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目均開發(fā)了一些軟件工具，按照軟件工具對科學(xué)探究過程的支持程度進(jìn)行分類，筆者把目前用于支持科學(xué)探究的軟件工具分為兩大類：科學(xué)探究支持工具與科學(xué)探究支持平臺。

1 科學(xué)探究支持工具

“科學(xué)探究支持工具”是指只支持科學(xué)探究的某個(gè)環(huán)節(jié)的軟件工具?？茖W(xué)探究一般有提出科學(xué)性問題、進(jìn)行假設(shè)、制定研究計(jì)劃、搜集證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、交流協(xié)作等環(huán)節(jié)，科學(xué)探究支持工具是針對支持某個(gè)或幾個(gè)環(huán)節(jié)而設(shè)計(jì)的軟件。目前學(xué)術(shù)界常提及的這一類軟件工具主要有以下一些，見表1。

（1） 科學(xué)探究支持工具的優(yōu)點(diǎn)：

它們是專門化的工具，針對科學(xué)探究的某個(gè)環(huán)節(jié)而設(shè)計(jì)，專門設(shè)計(jì)這一方面的功能從而使其具有“專而深”的特點(diǎn)。

它們提供專門科學(xué)領(lǐng)域的原始數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析工具。以大量的科學(xué)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析工具，學(xué)生在探究過程中應(yīng)用這些工具進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取與分析，檢驗(yàn)假設(shè)。

（2） 科學(xué)探究支持工具的缺點(diǎn)

這些軟件工具只支持科學(xué)探究活動(dòng)的某個(gè)環(huán)節(jié)，因而功能單一，缺少配套的學(xué)習(xí)工具以及配套的活動(dòng)案例。因而在應(yīng)用到科學(xué)教學(xué)時(shí)，教師需要根據(jù)軟件工具的功能重新設(shè)計(jì)探究活動(dòng)、尋找配套的學(xué)習(xí)工具。

2 科學(xué)探究支持平臺

科學(xué)探究支持平臺可以支持科學(xué)探究活動(dòng)的多個(gè)環(huán)節(jié)，應(yīng)用比較多的系統(tǒng)是WISE9（Web-based Inquiry Science Environment）。WISE即“基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究平臺”，其特點(diǎn)是按照科學(xué)探究的程序，一步一步引導(dǎo)學(xué)生開展活動(dòng)，并提供了一系列工具來支持學(xué)生的探究。

（1） 科學(xué)探究支持平臺的優(yōu)點(diǎn)

支持科學(xué)探究活動(dòng)的多個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生可以在平臺上進(jìn)行諸如提出科學(xué)性問題、進(jìn)行假設(shè)、制定研究計(jì)劃、搜集證據(jù)、交流協(xié)作等系列活動(dòng)，這是科學(xué)探究支持平臺一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，使它成為一個(gè)完備的基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境。

（2） 科學(xué)探究支持平臺的缺點(diǎn)

WISE本身只提供系統(tǒng)功能，如用戶管理、作業(yè)評價(jià)、提供各種學(xué)習(xí)工具等，但不提供學(xué)習(xí)資源，科學(xué)探究活動(dòng)所需的學(xué)習(xí)資源由“項(xiàng)目”開發(fā)者整理而來。相比之下前文介紹的以提供科學(xué)數(shù)據(jù)為特點(diǎn)的科學(xué)探究支持工具，由建設(shè)好的科學(xué)儀器自動(dòng)探測到某個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，不用人工干預(yù)就可獲得，大量的數(shù)據(jù)本身就是學(xué)習(xí)資源。

其次，現(xiàn)有的活動(dòng)項(xiàng)目里的科學(xué)探究活動(dòng)一般是由閱讀材料、整理網(wǎng)絡(luò)資料、形成結(jié)論構(gòu)成，缺少獲取直接證據(jù)的活動(dòng)，如何獲取科學(xué)數(shù)據(jù)、處理并解讀數(shù)據(jù)的活動(dòng)很少。對于自然科學(xué)類的課程的學(xué)習(xí)而言，不能僅通過網(wǎng)上資源的閱讀來完成，其中很重要的一個(gè)方面就是對數(shù)據(jù)的分析處理。

五 中小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺的設(shè)計(jì)

綜合以上文獻(xiàn)分析與軟件調(diào)研結(jié)果，作者發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究支持工具長于提供專門化工具與資源（包括大量科學(xué)數(shù)據(jù)），但難以支持完整的科學(xué)探究活動(dòng)；而作為應(yīng)用最廣泛的科學(xué)探究支持平臺WISE，在支持完整的探究過程、提供相應(yīng)的活動(dòng)案例方面是其顯著優(yōu)點(diǎn)，但缺少提供專門領(lǐng)域科學(xué)數(shù)據(jù)的功能。并且從文獻(xiàn)分析與研究項(xiàng)目的分析中得出，開發(fā)科學(xué)探究平臺需要注意兩個(gè)問題，一是科學(xué)探究平臺需要支持科學(xué)數(shù)據(jù)的獲取并支持學(xué)生分析、解讀科學(xué)數(shù)據(jù)能力的培養(yǎng)；二是科學(xué)探究平臺需要設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)工具和相應(yīng)的探究活動(dòng)。

因而，綜合以上觀點(diǎn)，可以構(gòu)建出如圖1所示的科學(xué)探究平臺的模型框架。

1 活動(dòng)層

活動(dòng)層是指在平臺上開展的科學(xué)探究活動(dòng)。根據(jù)科學(xué)探究的含義，每個(gè)活動(dòng)按照科學(xué)探究的基本程序分為提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃、觀察實(shí)驗(yàn)制作、搜集證據(jù)、交流討論、成果7個(gè)步驟進(jìn)行。

2 工具層

工具層是指用以支持科學(xué)探究活動(dòng)開展和進(jìn)行的一系列認(rèn)知工具，本平臺的認(rèn)知工具包括某個(gè)科學(xué)學(xué)習(xí)領(lǐng)域的科學(xué)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)可視化工具和分析工具、網(wǎng)絡(luò)資源以及探究活動(dòng)創(chuàng)編工具。

（1） 科學(xué)數(shù)據(jù)：指由專門的數(shù)據(jù)采集器及配套軟件采集到的各類物理、化學(xué)、生物、環(huán)境等領(lǐng)域內(nèi)科學(xué)問題的數(shù)據(jù)，如位移、速度、溫度、濕度、聲音、光、電、力、pH值等等?？茖W(xué)數(shù)據(jù)還可分為和歷史數(shù)據(jù)：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是指由數(shù)據(jù)采集器探測到的科學(xué)數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)上傳到學(xué)習(xí)平臺的數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)是指探測到的科學(xué)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，長期積累下來的數(shù)據(jù)就是歷史數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)可以反映某一科學(xué)現(xiàn)象變遷的趨勢。

（2） 數(shù)據(jù)可視化工具和分析工具：在大量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力，進(jìn)行簡單的2－D繪圖或者3－D繪圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形可視化，提高數(shù)據(jù)的直觀性。學(xué)生可以通過數(shù)據(jù)可視化工具和分析工具來進(jìn)行驗(yàn)證假設(shè)、搜集證據(jù)、探察科學(xué)現(xiàn)象的變化規(guī)律等活動(dòng)。

（3） 網(wǎng)絡(luò)資源：提供與活動(dòng)主題相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源，包括名詞解釋、相關(guān)網(wǎng)址、多媒體資源等。

（4） 探究活動(dòng)創(chuàng)編工具：為教師提供的設(shè)計(jì)符合自己教學(xué)需要的探究活動(dòng)的工具，可以通過活動(dòng)創(chuàng)編工具來修改平臺自帶的探究活動(dòng)，也可以自行設(shè)計(jì)出新的探究活動(dòng)。

（5） 探究過程支持工具：針對科學(xué)探究活動(dòng)的不同環(huán)節(jié)，提供不同的支持工具。如針對制定計(jì)劃環(huán)節(jié)，提供計(jì)劃模板與編輯工具；針對表達(dá)與交流環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)異時(shí)交互工具。

3 硬件層

特指用于采集數(shù)據(jù)的的數(shù)據(jù)采集器及配套軟件。

六 中小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺的應(yīng)用前景

科學(xué)探究平臺適于基于某一科學(xué)專題（氣象、環(huán)境、生物等），因?yàn)橥ㄓ玫钠脚_難以提供有針對性的資源與硬件工具，而科學(xué)探究所需的支持工具往往是專業(yè)性非常強(qiáng)的工具。平臺應(yīng)用于科學(xué)及其他學(xué)科教學(xué)（化學(xué)、物理、生物等理科科目）都有很好的應(yīng)用前景，例如,以手持技術(shù)、自動(dòng)氣象站為硬件基礎(chǔ)，可以構(gòu)建基于專題的科學(xué)探究平臺。

“手持技術(shù)（Hand-held Technology），可以方便而迅速地收集各類物理、化學(xué)、生物、環(huán)境等數(shù)據(jù)，如位移、速度、溫度、聲音、光、電、力、pH值等，廣泛應(yīng)用于理科實(shí)驗(yàn)中”[7]。它是用傳感器獲取數(shù)據(jù)信息，以計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集器為核心的實(shí)驗(yàn)平臺，能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化并通過計(jì)算機(jī)完成對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯示、分析、存儲(chǔ)以及傳輸。利用手持技術(shù)，構(gòu)建基于手持技術(shù)的科學(xué)探究平臺，可以促進(jìn)手持技術(shù)的應(yīng)用范圍，開展基于網(wǎng)絡(luò)的校際協(xié)作學(xué)習(xí)。

自動(dòng)氣象站是由電子設(shè)備或計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)進(jìn)行氣象觀測和資料收集傳輸?shù)臍庀笳?。自?dòng)探測基本的氣象信息項(xiàng)目如氣壓、氣溫、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量，并把數(shù)據(jù)保存到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中，還可以通過網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程查詢、生成統(tǒng)計(jì)圖表。利用自動(dòng)氣象站，在校園里建立氣象科學(xué)探究平臺，讓同學(xué)們通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺學(xué)習(xí)氣象知識，不僅能使同學(xué)們掌握氣象觀測的基本方法，更重要的是能夠激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)自然地理、科學(xué)的興趣和熱情，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)，掌握科學(xué)探究的理念和方法。

七 結(jié)語

利用信息技術(shù)開展科學(xué)探究，促進(jìn)科學(xué)課程的改革，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，這是教育技術(shù)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，本文在對國內(nèi)外應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)支持科學(xué)探究的研究分析的基礎(chǔ)上，就如何構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺以支持科學(xué)探究活動(dòng)做一些探索性研究，提出了中小學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)平臺的設(shè)計(jì)方法。本文作者已經(jīng)按照此設(shè)計(jì)方法，以自動(dòng)氣象臺為基礎(chǔ)，采用.net開發(fā)平臺和SQL Server數(shù)據(jù)庫開發(fā)了基于氣象專題的科學(xué)探究平臺，并進(jìn)行了初步的應(yīng)用。

注：

臺灣校園氣象臺網(wǎng)站：

5 Rivere Run網(wǎng)站：

8 Progress Portfolio網(wǎng)站：

9 WISE基于網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)探究平臺：wise.berkeley.edu

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部制.全日制義務(wù)教育科學(xué)（3－6年級）課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）[S].北京:北京師范大學(xué)出版社,2001:1-1.

[2] 劉海華.高中物理探究型網(wǎng)絡(luò)課件的設(shè)計(jì)研究[D].河北大學(xué),2005.

[3] 佚名.月浦新村小學(xué)科技教育的發(fā)展之路[DB/OL].

[4] Quintana, C., Reiser, B. J., Davis, E. A.,et al. A scaffolding design framework for software to support science inquiry [J].Journal of the Learning Sciences, 2004, 3:337-386.

[5] Simons, Krista, Supporting the Development of Science Inquiry Skills with Special Classes of Software [J]. Educational Technology Research and Development, 2000, 2:81-95.

第8篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

關(guān)鍵詞： 遙感； 可視化； 工作流； 組件

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）02-01-03

Research of visual customized production platform of remote sensing products based on workflow

Wang Qiang， Li Xiaoli

（College of Software， Henan University， Kaifeng， Henan 475000， China）

Abstract： In order to design a system which can support visual customization production， a visual customization platform of remote sensing products based on workflow is proposed. The architecture and the composition of platform are introduced. The workflow model， algorithm components， interface between the platform and the algorithm， and implementation techniques of visual design are described. The platform is realized under the environment. The application shows that the system could effectively realize the project management process.

Key words： remote sensing； visualization； workflow； component

0 引言

遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國土資源、農(nóng)業(yè)、海洋、氣象、測繪、軍事、城市規(guī)劃及航空航天等領(lǐng)域，遙感產(chǎn)品已成為這些領(lǐng)域的重要信息資源之一。然而，隨著遙感技術(shù)應(yīng)用的逐步普及和深化，以及我國航天技術(shù)的不斷發(fā)展，造成衛(wèi)星數(shù)據(jù)量大與數(shù)據(jù)處理時(shí)間長之間的矛盾，且矛盾日益突出，如何能夠方便快捷的生產(chǎn)遙感產(chǎn)品成為一個(gè)廣泛關(guān)注的問題。

可視化的工作流技術(shù)有利于用戶更好的理解和設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程，分析流程中存在的問題，從而制定有效的解決方案。目前已有一些關(guān)于工作流模型可視化[1-4]以及工作流應(yīng)用于遙感圖像處理的研究[5-6]，但是，這些并不能很好的解決遙感產(chǎn)品生產(chǎn)復(fù)雜的特點(diǎn)。本文通過將可視化的工作流技術(shù)引入到遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的定制過程中，設(shè)計(jì)了基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺來模擬遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程，可以方便快捷的定制遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程，大大提高遙感算法的可重用性，從而提高遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

1 平臺總體結(jié)構(gòu)

1.1 平臺體系結(jié)構(gòu)

遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺應(yīng)滿足快速、高效的需求，基于這一考慮，結(jié)合遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的特點(diǎn)，提出遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)自上而下可分為三層：應(yīng)用層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，如圖1所示。

[應(yīng)用層（用戶界面）][產(chǎn)品生產(chǎn)流程制定][算法組件維護(hù)][產(chǎn)品生產(chǎn)算法的生成][業(yè)務(wù)層] [數(shù)據(jù)庫]

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

⑴ 數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)算法組件以及遙感產(chǎn)品生產(chǎn)算法。

⑵ 業(yè)務(wù)層利用消息傳遞接口對平臺的各個(gè)功能（如已有算法的添加，產(chǎn)品生產(chǎn)算法的生成）進(jìn)行處理。

⑶ 應(yīng)用層（用戶界面）用戶可以根據(jù)需求從組件箱中選擇相應(yīng)的組件用于遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程的制定。

1.2 平臺的組成

平臺主要功能為實(shí)現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制，平臺由算法組件管理模塊、算法流程文件管理模塊、算法流程繪制管理模塊和流程布局管理模塊構(gòu)成，如圖2所示。

該模塊實(shí)現(xiàn)對算法流程可視化繪制界面設(shè)置。此模塊包含網(wǎng)格顯示、調(diào)整顯示比例、調(diào)整畫布高寬、組件對齊功能。

平臺的工作流程圖如圖3所示，當(dāng)用戶啟動(dòng)平臺時(shí)，平臺會(huì)首先進(jìn)行初始化工作，算法組件管理模塊及流程文件管理模塊會(huì)首先從數(shù)據(jù)庫獲取算法組建描述信息、算法流程描述信息，供其構(gòu)建流程定制模塊中的算法組件工具欄。算法可視化定制模塊初始化完成后，用戶可以向算法組建管理模塊發(fā)出組件瀏覽、選擇請求，或者向流程繪制管理模塊發(fā)出繪制相應(yīng)的流程組件請求，在流程繪制區(qū)繪制出相應(yīng)的算法組件；也可以向流程布局管理模塊發(fā)出流程布局操作請求，實(shí)現(xiàn)流程繪制區(qū)中所繪組件的各類布局操作；還可以向流程文件管理模塊發(fā)出指定算法流程或者導(dǎo)入本地流程繪制文件的請求，實(shí)現(xiàn)對流程文件的修改、保存、導(dǎo)出等各類操作。

2 平臺的實(shí)現(xiàn)

2.1 算法組件

算法組件是一個(gè)能夠自動(dòng)、獨(dú)立完成某種產(chǎn)品生產(chǎn)或處理功能的程序。平臺的算法組件從功能上分為三類，即：輸入組件、輸出組件和產(chǎn)品生產(chǎn)算法組件。輸入組件用于描述為讀取影像數(shù)據(jù)；輸出組件用于描述加工的數(shù)據(jù)結(jié)果；產(chǎn)品生產(chǎn)算法組件用于描述遙感影像產(chǎn)品生產(chǎn)的功能。

平臺描述產(chǎn)品生產(chǎn)算法的方式是，將一個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程拆分成若干獨(dú)立的算法組件。比如，森林蓄積量指數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程[7]就可以分為：歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)組件、總初級生產(chǎn)力產(chǎn)品生產(chǎn)組件、凈初級生產(chǎn)力產(chǎn)品生產(chǎn)組件和土地利用一級分類產(chǎn)品生產(chǎn)組件，如圖4所示。

接下來，用生產(chǎn)流程將這些算法組件組織起來描述產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。因此定制的產(chǎn)品算法可以由若干算法組件組成。

2.2 工作流模型

使用工作流模型來描述遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程，需要由若干個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，通過這些節(jié)點(diǎn)的組合，可以描述一個(gè)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程。這些節(jié)點(diǎn)可以分為如下三類點(diǎn)集。

⑴ 活動(dòng)：說明遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的方向。使用帶箭頭的直線表示，帶箭頭的一端稱為活動(dòng)的入端，另一端稱為活動(dòng)的出端。

⑵ 產(chǎn)品生產(chǎn)起始點(diǎn)集：代表產(chǎn)品生產(chǎn)的開始與結(jié)束。使用包含實(shí)心圓的圓形表示，其中開始節(jié)點(diǎn)只能和活動(dòng)的出端相連，結(jié)束節(jié)點(diǎn)只能和活動(dòng)的入端相連。

⑶ 產(chǎn)品生產(chǎn)點(diǎn)集：代表某個(gè)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的算法，使用矩形與雙矩形表示，其中單矩形框表示單期產(chǎn)品，雙矩形框表示多期產(chǎn)品。該節(jié)點(diǎn)至少和一個(gè)活動(dòng)的入端或出端連接。

下面以森林蓄積量指數(shù)產(chǎn)品為例來說明，如圖5所示，從左部開始，沿箭頭順序，依次調(diào)用產(chǎn)品算法。其中，F(xiàn)GSIP代表森林蓄積量指數(shù)產(chǎn)品，NPP代表凈初級生產(chǎn)力產(chǎn)品，LUC1L代表土地利用一級分類產(chǎn)品，GPP代表總初級生產(chǎn)力產(chǎn)品，NDVI代表歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品。

由此可見，使用工作流模型可以很方便的描述遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的流程。此外，該模型還可以提供算法的可重用性，即某一步產(chǎn)品已生產(chǎn)，可以跳過該步驟直接生產(chǎn)下一步產(chǎn)品。比如：在圖5中，若LUC1L已經(jīng)生產(chǎn)過，那么可以直接跳過LUC1L的生產(chǎn)過程，如圖6所示。

2.3 平臺與產(chǎn)品算法接口

系統(tǒng)生產(chǎn)一個(gè)產(chǎn)品的算法是由若干算法組件組成的。利用一個(gè)XML文件，來描述算法組件之間的調(diào)用順序和輸入/輸出之間的依賴關(guān)系，從而形成一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)算法流程。該XML文件稱產(chǎn)品生產(chǎn)算法流程描述文件，其詳細(xì)描述如下：

…

…

文件包含兩部分信息：產(chǎn)品算法信息和算法組件信息。產(chǎn)品算法信息描述該遙感產(chǎn)品的信息，包括產(chǎn)品名稱（ProName），產(chǎn)品描述（ProDesc），產(chǎn)品算法版本（ProVersion），所需算法組件（Relations）及各組件之間的關(guān)系；算法組件信息描述生產(chǎn)該產(chǎn)品所需各算法組件的詳細(xì)信息，包括算法名稱（AlgorithmName），算法描述（AlgorithmDesc），算法版本（AlgorithmVersion），該算法組件在圖形顯示流程時(shí)的X軸（X）和Y軸（Y）坐標(biāo)，以及算法所需的參數(shù)（Parameters）和各參數(shù)的信息，即：參數(shù)名稱（ParaName）、參數(shù)描述（ParaDesc）、參數(shù)類型（ParaType）和參數(shù)默認(rèn)值（DefaultValue）。

2.4 工作流的可視化

可視化是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)流程設(shè)計(jì)功能的關(guān)鍵?？梢暬慕缑嬗欣谟脩舾玫乩斫夂驮O(shè)計(jì)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程，分析流程中存在的問題。此外，可視化技術(shù)引入到遙感算法的設(shè)計(jì)不僅可以使遙感算法靈活處理，而且大大提高遙感算法的可重用性。

Web環(huán)境下的信息可視化有多種技術(shù)可供選擇，但歸類起來大多屬于瀏覽器插件技術(shù)或者客戶端腳本技術(shù)，或兩者的結(jié)合。Silverlight內(nèi)建強(qiáng)大的矢量繪圖功能，可用來實(shí)現(xiàn)互動(dòng)性較強(qiáng)的Web應(yīng)用程序，且Silverlight技術(shù)具備跨平臺、跨瀏覽器的能力，本文使用Silverlight實(shí)現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可視化，可視化體系結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3 應(yīng)用實(shí)例

以總初級生產(chǎn)力產(chǎn)品（Gross Primary Productivity，GPP）為例，GPP指單位時(shí)間、單位面積內(nèi)植物把無機(jī)物質(zhì)合成為有機(jī)物質(zhì)的總量或固定的總能量，其生產(chǎn)需要多個(gè)歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）[8-9]，因此，需要以下兩個(gè)處理步驟。

步驟1：NDVI產(chǎn)品生產(chǎn)，對于長時(shí)間序列的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行NDVI產(chǎn)品的生產(chǎn)。

步驟2：GPP產(chǎn)品生產(chǎn)，根據(jù)步驟1所得長時(shí)間序列NDVI產(chǎn)品生產(chǎn)GPP產(chǎn)品。

用戶只需登錄到平臺，進(jìn)入到如圖8所示的圖形化交互界面，根據(jù)自己的需求選用上述兩個(gè)步驟中對應(yīng)的組件，填寫相應(yīng)的參數(shù)，并用流程標(biāo)志定義執(zhí)行的先后關(guān)系，構(gòu)造出遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的流程圖，可解決這一復(fù)雜的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)流程定制問題。

圖8 遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺界面

4 結(jié)束語

本文以實(shí)現(xiàn)遙感產(chǎn)品生產(chǎn)可視化定制平臺為目的，提出了一種基于工作流的遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制平臺。設(shè)計(jì)了平臺的體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)組成，詳細(xì)描述了平臺的工作流模型的建立、算法組件的構(gòu)成、平臺與算法組件的接口處理以及可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的具體方法。該平臺具有遙感產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可視化設(shè)計(jì)功能，經(jīng)過應(yīng)用表明，該平臺能夠很好的表現(xiàn)出遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，且能夠有效提高遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

平臺雖然實(shí)現(xiàn)了遙感產(chǎn)品生產(chǎn)的可視化定制，但是，平臺仍有很多方面有待改進(jìn)。進(jìn)一步的研究將包括：如何改進(jìn)工作流模型，使其能夠更好的表示遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)過程；提供系統(tǒng)外部接口，使平臺可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行交互處理；加入程序編輯功能，使遙感產(chǎn)品的生產(chǎn)過程定制可以更為靈活、操作性更強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳誼，侯遙新吉樂，陳紅倩.基于XML和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的可視化工作流

系統(tǒng)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2012.24（1）：167-170

[2] 阮宏梁.基于工作流的過程管理可視化平臺研究[D].西南交通大學(xué)，

2011.

[3] 張成，吳信才，羅津，胡茂勝.基于構(gòu)件庫/工作流的可視化軟件開發(fā)[J].

計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2008.44（10）：82-87

[4] 王衛(wèi)東.工作流及其可視化研究與應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

[5] 鄭然，金海，章勤，周海芳，李瑛.基于工作流的圖像處理網(wǎng)格平臺及其

遙感應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2006.18（5）：702-708

[6] 馬偉鋒，岑崗，李君，沈占鋒.高性能遙感圖像處理與空間信息網(wǎng)格建

模[J].計(jì)算機(jī)工程，2006.32（5）：283-285

[7] 黃國勝，夏朝宗.基于MODIS的東北地區(qū)森林生物量研究[J].林業(yè)資

源管理，2005.8（4）：40-44

[8] 劉敏.基于RS和GIS的陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力估算及不確定性研究：

以青藏高原草地樣帶為例[D].南京師范大學(xué)，2008.

第9篇：氣象數(shù)據(jù)可視化范文

關(guān)鍵詞：海洋環(huán)境；數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)；水下環(huán)境測量系統(tǒng)

1 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)建設(shè)內(nèi)容

1.1 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)的基本概念

所謂數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)，就是指信息化的試驗(yàn)海域，它包括了試驗(yàn)海區(qū)大部分要素的數(shù)字化、智能化、可視化的全過程，是依托各種測量設(shè)備，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）、衛(wèi)星遙感（RS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）等技術(shù)與現(xiàn)代海洋技術(shù)相結(jié)合，把大量的、多分辨率的、動(dòng)態(tài)的各類海洋信息資源進(jìn)行整合、集成、分析處理、利用和有效管理，組合形成一個(gè)大系統(tǒng)，快速、完整、便捷地為決策者提供全面、多層次的試驗(yàn)海區(qū)海洋環(huán)境信息，為試驗(yàn)的組織實(shí)施和結(jié)果評定提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1.2 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)的建設(shè)內(nèi)容

數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從我部試驗(yàn)任務(wù)對海洋環(huán)境的需求考慮，主要建設(shè)內(nèi)容包括數(shù)字化試驗(yàn)海域海洋環(huán)境信息基礎(chǔ)平臺、數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)兩大部分。

1.2.1 海洋環(huán)境信息基礎(chǔ)平臺

1.2.1.1 數(shù)字化試驗(yàn)海域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的確立

海洋空間信息的來源多種多樣，要把這些數(shù)據(jù)資料按統(tǒng)一的參考坐標(biāo)系統(tǒng)、統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)組織到數(shù)據(jù)庫中，應(yīng)制定數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)品制作等系列規(guī)程和規(guī)范，以確保有效地開發(fā)與利用信息資源和信息技術(shù)。

1.2.1.2 試驗(yàn)海區(qū)海洋環(huán)境信息的獲取

實(shí)現(xiàn)數(shù)字化試驗(yàn)海域的基礎(chǔ)和關(guān)鍵是數(shù)據(jù)。海洋數(shù)據(jù)反映了海洋基本特征和動(dòng)態(tài)變化，是海洋自然特征的數(shù)字化表現(xiàn)形式。隨著數(shù)據(jù)獲取方法手段的更新，數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性大大提高，數(shù)據(jù)更新周期已由過去的按年、多年，逐步發(fā)展為按日、時(shí)，甚至按分鐘計(jì)量。海洋數(shù)據(jù)的快速獲取和更新，將使海洋觀測數(shù)據(jù)形成海量積累，并逐步實(shí)現(xiàn)海洋的數(shù)字化，同時(shí)也為海洋的數(shù)字化表達(dá)及利用數(shù)字化和虛擬現(xiàn)實(shí)的手段還原海洋的真實(shí)情境創(chuàng)造了條件，這對靶場更客觀地認(rèn)識了解海洋現(xiàn)象，探究發(fā)現(xiàn)海洋規(guī)律等具有重要的意義。

1.2.1.3 海洋環(huán)境信息數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)

數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)是數(shù)字化試驗(yàn)海域信息基礎(chǔ)平臺的核心，通過數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)海洋環(huán)境數(shù)據(jù)的統(tǒng)一高效管理，把分散的、多源的、海量的、內(nèi)容多樣的、標(biāo)準(zhǔn)不一的各類海洋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)提供多源、多尺度的數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)據(jù)倉庫由海洋水文、海底底質(zhì)、海洋基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫等幾大類數(shù)據(jù)。具備數(shù)據(jù)查詢檢索、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)抽取及更新等功能。

1.2.2 數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)

數(shù)字化試驗(yàn)海域原型系統(tǒng)是指在對大量海洋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品進(jìn)行整合的基礎(chǔ)上，形成的一個(gè)信息集成與可視化顯示基礎(chǔ)平臺。它集成了海洋環(huán)境信息基礎(chǔ)平臺的各種數(shù)據(jù)和海洋計(jì)算模式，并基于三維球體模型，利用三維可視化、動(dòng)態(tài)仿真等技術(shù)，對這些海洋環(huán)境信息進(jìn)行空間分析和動(dòng)態(tài)、直觀的可視化表達(dá)，并可以實(shí)現(xiàn)多類信息的綜合查詢。根據(jù)我部試驗(yàn)任務(wù)的特點(diǎn)，此原型系統(tǒng)包括基礎(chǔ)信息模塊和海洋環(huán)境模塊等三大模塊。

1.2.2.1 基礎(chǔ)信息模塊

可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)海域海底地形的三維可視化表達(dá)與定位查詢。從不同角度對幾大試驗(yàn)海區(qū)的海底地形地貌進(jìn)行海洋基礎(chǔ)信息的全方位展示。

1.2.2.2 海洋環(huán)境模塊

利用統(tǒng)計(jì)、再分析、預(yù)報(bào)等多種類型數(shù)據(jù)，以單點(diǎn)查詢、過程曲線、顏色梯度填充、三維虛擬仿真等多種形式動(dòng)態(tài)表達(dá)溫度、鹽度、密度、聲速、流速流向、波浪等水文要素。

2 數(shù)字化試驗(yàn)海區(qū)建設(shè)方案

2.1 制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

依據(jù)數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的總體要求和頂層設(shè)計(jì)，開展數(shù)字化試驗(yàn)海域標(biāo)準(zhǔn)的總體設(shè)計(jì)，確定標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)體系框架，編制數(shù)字化試驗(yàn)海域標(biāo)準(zhǔn)化工作指南。分析現(xiàn)有與數(shù)字化試驗(yàn)海域相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)，研究確定擬采用的國際標(biāo)準(zhǔn)和國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，指定基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 建立數(shù)字化試驗(yàn)海域海洋信息獲取與更新體系

信息獲取與更新體系是數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的重要基礎(chǔ)和保持生命力的重要保障。目前，依托我部的水下環(huán)境測量系統(tǒng)（包括溫鹽深剖面儀、多普勒流速剖面儀、GPS羅經(jīng)、側(cè)掃聲納、單波束測深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、測波雷達(dá)等）已初步形成由海底到海面的海洋立體監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取體系，形成了分布密度合理、監(jiān)測要素齊全的數(shù)據(jù)采集體系，為實(shí)現(xiàn)海洋數(shù)據(jù)獲取與更新的實(shí)時(shí)化、自動(dòng)化提供了技術(shù)支撐。

事實(shí)上，海量的海洋信息是數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的重要基礎(chǔ)。目前靶場已投入部分資金購置了水下環(huán)境測量系統(tǒng)這套海洋環(huán)境調(diào)查設(shè)備，并結(jié)合試驗(yàn)任務(wù)和錨訓(xùn)進(jìn)行不同時(shí)間和不同地點(diǎn)對進(jìn)行了觀測。但這些有限的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)低于海洋信息的大范圍、高精度、時(shí)空連續(xù)的全面要求。后續(xù)應(yīng)在全面收集、利用各類海洋調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，加大對海洋環(huán)境調(diào)查的投入力度，充分利用我部的水下環(huán)境測量系統(tǒng)進(jìn)行海洋環(huán)境調(diào)查，為建立海洋數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 研究數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 海洋信息處理技術(shù)

由于海洋是流動(dòng)的水體，并且邊界模糊，導(dǎo)致獲取的海洋數(shù)據(jù)的誤差和用來描述海洋自然要素屬性或海洋物理性質(zhì)的數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。因此，有必要開展有關(guān)海洋數(shù)據(jù)的資料處理與質(zhì)量控制技術(shù)、海洋特征的信息提取技術(shù)以及海洋重構(gòu)與預(yù)測技術(shù)等。針對我部水下環(huán)境測量系統(tǒng)的設(shè)備組成，主要研究溫鹽深剖面儀、多普勒流速剖面儀、GPS羅經(jīng)、側(cè)掃聲納、單波束測深儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、測波雷達(dá)的的信息處理技術(shù)。

2.3.2 海洋數(shù)據(jù)組織與管理技術(shù)

隨著測量數(shù)據(jù)的爆炸性的增長和不斷積累，在海量的數(shù)據(jù)面前，反而更不容易發(fā)現(xiàn)有用的信息和知識。為此，有必要充分利用信息技術(shù)的最新研究成果，對海洋數(shù)據(jù)的組織管理等進(jìn)行深入的研究。

2.3.3 海洋信息可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

可視化技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域，是研究數(shù)據(jù)表示、數(shù)據(jù)處理、決策分析等一系列問題的綜合技術(shù)。利用此項(xiàng)技術(shù)，可以使海洋自然屬性與要素的表達(dá)更逼真，更有利于揭示隱藏在大量數(shù)據(jù)和信息背后的海洋現(xiàn)象和變化規(guī)律。

3 結(jié)束語

數(shù)字化試驗(yàn)海域建設(shè)是一項(xiàng)長期的具有戰(zhàn)略性和前瞻性的系統(tǒng)工程，是當(dāng)前乃至今后一段時(shí)期靶場信息化領(lǐng)域的重要工作。在今后工作中，要在吸收和借鑒國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合靶場試驗(yàn)任務(wù)實(shí)際，盡快建立數(shù)字化試驗(yàn)海域基礎(chǔ)平臺，建立健全海洋信息更新能力和機(jī)制保障，建立權(quán)威的海洋信息基礎(chǔ)平臺，搭建逼真的原型系統(tǒng)，探索符合靶場實(shí)際的海洋信息化建設(shè)模式，使之在為試驗(yàn)組織實(shí)施和結(jié)果評定等方面發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]Walk J D，楊景飛.海洋的作用于海洋科學(xué)面臨的挑戰(zhàn)[J].海洋信息，1996（5）：32-34.

[2]李國慶，等.信息是海洋綜合管理的基礎(chǔ)[J].中國海洋綜合管理研究，1998.

[3]白福義，羅曉玲.淺談數(shù)字海洋技術(shù)支撐體系[J].氣象水文海洋儀器，2008，3（1）： 7-11.