可视化研究论文

可视化研究论文（精选12篇）

可视化研究论文 第1篇

可视化由英文单词“Visualization”翻译而来,本意是使某物图像化、图形化,从而能够清晰、直观地呈现[1]。事实上,将任何抽象的事务、过程变成图形图像的表示都可以称为可视化。人们用可视化符号展现事物的方法可以追溯到远古时代,但作为学科术语,“可视化”一词正式出现于20世纪80年代。1987年2月美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)召开的图形图像专题研讨会上第一次给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域,并对可视化的需求、近期目标、远景规划和应用前景方面作了相应的阐述,这标志着“科学计算可视化”作为一个新的学科在国际范围内的确立[2]。

随着计算机技术的发展,到今天,可视化技术已经发展成为包括数据可视化、科学计算可视化、信息可视化以及知识可视化等一系列分支的一门学科。本文将科学计算可视化和数据可视化进行比较,并介绍其各自应用。

1 科学计算可视化的特点

科学计算可视化意指运用计算机图形学技术和图像处理技术,将通过科学计算或者数据采集获得的数据(如有限元分析数据、医学数据等)转换为图像的过程[3,4]。可视化将人无法直接观察的数据转变为人可以接受的视觉信息,如果离开了可视化,很多数据将由于无法被理解而变得毫无意义,这一技术正成为科学发现和工程设计以及决策的强有力的工具。科学计算可视化可由三种处理方式来实现,即事后处理、跟踪和驾驭。事后处理就是把计算与计算结果的可视化分成两个阶段进行,二者之间不发生相互作用,效率较低。跟踪处理要求实时地显示计算过程中产生的结果,以便使研究人员了解当前的计算情况,当发现错误或认为没有必要继续往下计算时,可停止当前计算开始个新的计算。驾驭处理不仅能使研究人员实时地观察到当前计算状态,而且能对计算进行实时干预[5,6]。科学计算可视化的形成是当代科学技术飞速发展的结果。当今正处于一个信息爆炸的时代,科学数据的大量产生与缺乏有效解释这些数据手段的矛盾日益尖锐,因此出现了一方面不断产生新的数据,另一方面因无法及时解释和利用这些数据而只能把大量的数据存储起来,造成信息的浪费。科学计算可视化首先是为了高效地处理科学数据和解释科学数据而提出并形成的。它将大量枯燥的数据以图形图像这种直观的方式显示出来,使观察者可以准确地发现隐藏在大量数据背后的规律,从而帮助人们更好地理解和分析这些数据。

2 数据可视化的理论

数据可视化(data visualization)是利用计算机图形学和图像处理技术,将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来,并进行交互处理的理论、方法和技术。数据可视化是可视化技术在非空间数据领域的应用,它改变了传统的通过关系数据表来观察和分析数据信息的方式,使人们能够以更直观的方式看到数据及其结构关系,发现数据中隐含的信息。数据可视化的基本思想是将数据库中的每个数据项作为一个图形元素表示,例如,点、矩形条、扇形片等。大量的数据构成数据图像,同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示,可以从不同的维度观察数据,从而对数据进行更深入的观察和分析[7]。数据可视化技术被广泛应用于自然科学、医学、工程技术、金融、通信、商业、油气勘探、生物分子学等领域。一些可视化软件相继出现,提高了各个行业的工作效率,也促进了可视化技术的发展[8]。

3 数据可视化常用方法的分析研究

随着信息化浪潮和Internet的发展,企业中基于B/S体系结构的应用程序越来越多,在工作中,常需要将数据信息用图表的方法在Web页面上表示出来,基于Web的动态图表不仅能够将数据可视化,而且弥补了单机版系统不能共享数据的不足。创建一个基于Web的图表一般有三种做法:(1)Java Applet,利用Java本身对图形的支持来显示一个图表(2)使用SVG技术,生成矢量图;(3)直接在Web服务器端生成图表图片文件,然后发送给客户端浏览器。

4 科学计算可视化与数据可视化的区别

(1)被可视化的对象空间数据不同

根据被可视化的对象是物理空间数据还是非物理空间数据来区分[9]。一般来说,如果是物理空间场或工程建筑的空间结构数据,无论是可以看见的还是看不见的,其数据在物理空间上都有一个对应位置,如多块磁铁相互靠近时产生的复杂磁场。而数据可视化的数据一般来源于经济、商业、金融等领域,这些数据有具体大小,但它们不对应一个物理空间意义,即不存在一个物理空间场,在某种意义下的数值刚好是该数值。但为了发现其中的规律,数据可视化的方法就是将它们对应到2维或3维空间中,通过在空间场中对大量数据的展示,帮助人们管理、利用、认知这些数据及其规律。常见的股票走势k线图就是典型的数据可视化例子。实际上,可以认为科学计算可视化的数据只是数据可视化处理数据的一部分而已,即数据可视化不仅包括科学计算数据的可视化还包括工程数据和测量数据的可视化。

(2)应用范围的不同

科学计算可视化的应用范围非常广泛,已从最初的科研领域走到了生产领域,到今天它几乎涉及到了所有能应用计算机的部门[10]。在这里,将简要列举一些应用的例子。在医学上由核磁共振、扫描等设备产生的人体器官密度场,对于不同的组织,表现出不同的密度值。通过在多个方向、多个剖面来表现病变区域,或者重建为具有不同细节程度的三维真实图像,使医生对病灶部位的大小、位置,不仅有定性的认识,而且有定量的认识,尤其是对大脑等复杂区域,数据场可视化所带来的效果尤其明显。借助虚拟现实的手段,医生可以对病变的部位进行确诊,制定出有效的手术方案,并在手术之前模拟手术。在临床上也可应用在放射诊断、制定放射治疗计划等。地质勘探利用模拟人工地震的方法,可以获得地质岩层信息。通过数据特征的抽取和匹配,可以确定地下的矿藏资源。用可视化方法对模拟地震数据的解释,可以大大地提高地质勘探的效率和安全性。

数据可视化的应用也十分广泛,几乎可以应用于自然科学、工程技术、金融、通信和商业等各种领域[11]。下面举例说明数据可视化成功应用的领域。油气勘探利用数据可视化技术可以从大量的地质勘探数据或测井数据中,构造出感兴趣的等值面、等值线,并显示其范围及走向,用不同颜色显示出多种参数及其相互关系,从而使专业人员能对原始数据作出正确解释,得到矿藏是否存在、矿藏位置及储量大小等重要信息。这不仅可以指导打井作业,减少无效井位,节约资金而且必将大大提高寻找油藏的效率,从而具有重大的经济效益及社会效益[12]。

5 结束语

我国科学计算可视化技术的研究开始于20世纪90年代初,近年来各种可视化技术己扩展到科学研究、工程、军事、医学、经济等各个领域。其中有很多问题需要在以后的研究中加以解决:首先,可视化技术必须同数据挖掘有更紧密的联系,其次,可视化系统需要提高数据可视技术的人机交互能力,再次,可以先开发针对某类特定领域的可视化系统针对某类型的数据开发相对应的可视化系统,使相应的数据得到充分的显示和分析,然后再考虑推广到更广泛的信息资源中。

参考文献

[1]袁国明,周宁.信息可视化和知识可视化的比较研究[J].科技情报开发与经济,2006,16(12).

[2]杨峰.从科学计算可视化到信息可视化[J].情报杂志,2007,(1).

[3]石教英,蔡文立.科学计算可视化算法与系统[M].北京:科学出版社,1996.

[4]唐泽圣.三维数据场可视化[M].北京:清华大学出版社,1999.

[5]戴广宏.科学计算可视化技术的研究与应用[J].地球物理学进展,1997,12(1).

[6]唐伏良,张向明,茅及愚,刘令勋.科学计算可视化的研究现状和发展趋势[J].计算机应用,1997,17(3).

[7]韩卫国,王劲峰,王海起等.基于数据可视化的交通流量分析[J].武汉理工大学学报,2004,28(5):668-670.

[8]韩丽娜.数据可视化技术及其应用展望[J].煤矿现代化,2005,(6):39-40.

[9]杨峰.从科学计算可视化到信息可视化[J].情报杂志,2007,(1).

[10]唐荣锡.科学计算可视化.中国图学网[EB/OL]:http://www.cgn.net.cn/wsdj/z7.htm.

[11]黄志澄.可视化技术.图像数据网[EB/OL]:http://www2.ccw.com.cn/1998/23/168382.shtml

群体研讨信息智能可视化研究 第2篇

重点介绍了智能可视化的各种形式和内容,包括研讨信息统计可视化、关注水平及其状态可视化、共识水平及其状态可视化、共识分析可视化、共识变化预测与建议可视化等,并最终在ECBAR系统中实现了其功能.

作 者：张兴学 黄继鸿 张朋柱 ZHANG Xing-xue HUANG Ji-hong ZHANG Peng-zhu 作者单位：张兴学,张朋柱,ZHANG Xing-xue,ZHANG Peng-zhu(上海交通大学,安泰管理学院,上海,52)

黄继鸿,HUANG Ji-hong(杭州电子科技大学,管理学院,杭州,310018)

煤矿巷道三维可视化研究 第3篇

关键词：数字矿山；巷道；三维可视化；三维建模

中图分类号：TP391.9

要构建数字矿山，必须实现矿山的三维可视化。在煤矿中，巷道是采矿生产中将煤炭从工作面运送到地面，以及通风、安全输送工人的通道[1]。对整个矿井而言，巷道是其核心部分。因此，巷道的三维可视化是数字矿山的基础之一，要实现巷道的三维可视化，必须研究巷道的数据结构、空间拓扑结构、三维建模算法等内容。

1 巷道的数据结构

1.1 巷道三维建模的数据基础。巷道的数据基础为矿井采掘工程平面图的导线测量点，根据导线点可确定巷道的中线点，连接中线点，可将巷道抽象成一条线，中线点成为建立三维巷道的基础数据，确定了巷道的位置及分布。此外，要构建巷道的形态，必须引入巷道的断面数据。

1.2 组成巷道的基本元素。所有的巷道中线点连接起来构成了巷道网络，利用图论的理论，把巷道网络看作是图，把巷道中线抽象成弧段，把中线点抽象成组成弧段的结点[2]，因此巷道网络中一条巷道有多个连接的弧段组成，巷道网络可看作由以下几个基本元素组成：巷道线、巷道弧、结点。

1.3 巷道的数据结构。基于以上分析，把巷道网络看作图，就可以按照图论的理论来构建数据结构，本文以VC++程序设计语言表示数据结构，用结构体来表示，巷道的数据结构包括：结点结构体NodePoint，巷道弧结构体LanewayArc，巷道线结构体LanewayLine，结点与巷道弧关系结构体NodeLinkArc。

2 单个巷道弧三维建模

巷道弧是整个巷道网络的最小单位，巷道弧的三维建模是整个巷道网络建模的基础。巷道弧的三维建模的思路是，在巷道弧的起始点和结束点建立垂直断面，垂直断面为多边形，连接这两个垂直断面多边形顶点，构成多个包绕巷道的四边形或三角形。

常见的巷道断面形状主要有直壁拱形、梯形、矩形等。为简化建模过程，采用统一的数据结构和算法对直壁拱形、梯形、矩形断面进行建模。直壁拱形断面中的拱形可以用多边形逼近，因此这三种断面都统一看作是多边形，这样就简化了断面的建模。

直壁拱形由下面的矩形和上面的半圆形构成，整个断面可细化为多边形，以巷道底板中心点O为圆心建立OXYZ局部坐标系，XOZ面与断面重合，OY轴垂直于断面，巷道拱顶为半圆弧，巷道高为h，底板宽度为w，将拱形半圆弧均匀分割为8份，其步长为d=π/8，这种分辨率基本可以逼近巷道的曲面拱形，圆弧上分割点为点1，2，3，┅9，顺时针方向旋转，巷道底板两角点为0点和10点。整个断面成为11个頂点的多边形。计算断面边形点顶点坐标的公式不再赘述。

对于梯形巷道的建模，为了使巷道断面的数据结构和处理算法的具备一致性，简化建模过程，梯形巷道断面细化为多边形，梯形巷道断面多边形也取11个顶点，其局部坐标求法非常简单，此处不在赘述。

3 巷道连接结点三维建模算法

对于多巷道建模，为了避免在结点处出现重叠或错切的现象，将结点及附近巷道分离出来，单独进行建模，最后再与非结点处的巷道段进行合并，共同实现完整的多巷道建模。结点处建模，主要是分析多巷道连接处的几何形体特点，采用多个三角面构成整个连接处的巷道曲面。

为了实现结点处建模，要改进前文中的巷道数据结构，加入巷道结点处理巷道交叉的信息，如在结构体NodeLinkArc中加入以下信息：

typedef struct //结点与巷道关系

{

（省略与前面相同的内容）

Point3D Cross[5]；//相邻关联巷道弧外侧线的交点

Point3D*Cross1；//相邻关联巷道弧外侧线的交点平移后产生两个新交点

}NodeLinkArc；

根据矿井巷道分布情况，一般来说，连接点上的关联巷道数量不会超过5，使用如下多个动态数组存放所有结点、所有巷道弧、所有结点关联的巷道弧、所有巷道线。

NodePoint*allNodePoints；//所有结点

LanewayArc*allLanewayArc；//所有结点巷道弧

NodeLinkArc*allNodeLinkArc；//所有结点关联的巷道弧

LanewayLine*allLanewayLine；//所有巷道线

下面以四巷道交叉为例，对结点处建模算法进行说明：

步骤1：从数据库中获取数据，产生所有结点allNodePoints，所有巷道弧allLanewayArc，所有巷道线allLanewayLine。

步骤2：产生结点关联的巷道弧allNodeLinkArc，每个结点关联的巷道数LinkCount，关联的巷道弧的的索引数组LinkArc[5]，关联的巷道弧的方向LinkArcIn[5]，并根据巷道弧的在水平面的方位角由小到大排序。

步骤3：水平面投影图上，求相邻关联巷道弧外侧线的交点，存储在数组Cross[5]，交点数等于结点关联的巷道数。如图1所示，图中结点O处关联四段巷道OA，OB，OC，OD，外侧线的交点为O1、O2、O3、、O4。

图1 步骤3求交点

步骤4：将关联巷道弧外侧线的交点O1、O2、O3、O4沿巷道方向OA，OB，OC，OD移动，产生8个新交点OA1-OA8，存储到Cross1指针指向的数组中，假设巷道宽为w，移动距离w/x，经实践证明x取值为2到4之间时，相邻巷道连接较为平滑，如图2所示。

图2 步骤4求交点

步骤5：对每段关联巷道弧，在新的交点处加载巷道弧断面，对OA巷道弧，在交点OA1和OA2处加载巷道断面，并生成巷道断面细化点代替交叉处理前的巷道断面细化点，每段巷道弧仍由前面的单巷道弧建模算法进行建模。

步骤6：由相邻关联巷道弧外侧线的新交点OA1-OA8围成了交叉结点处三维建模区域，在水平面投影图上就是一个8个顶点的多边形，此区域单独进行三维建模，对此区域内的顶面、侧面、底面分别进行建模，分解成若干个三角面片。建模的原理是连接相邻巷道的断面细化多边形顶点形成多个三角形。

4 结束语

基于本文研究的巷道三维建模算法，基于VC++和OpenGL技术实现了巷道三维可视化和巷道三维漫游，效果良好，证明了巷道三维建模的可行性。

参考文献：

[1]石奉华.巷道三维可视化建模技术[D].山东科技大学，2007.

[2]葛永慧，王建民.矿井三维巷道建模方法的研究[J].工程勘查，2006（10）：46-49.

作者简介：董林（1971-），男，讲师，研究方向：计算机应用技术。

矿井通风网络可视化研究 第4篇

通风系统图是矿井日常生产的必备资料, 也是保障煤矿安全, 保护煤矿职工人身安全, 防止煤矿事故的重要依据。随着计算机技术的发展, 计算机在矿井通风系统方面的应用正在变得越来越普遍。国内外的科技人员在这方面进行研究并取得了不少的成果, 但目前在通风系统网络图的绘制以及属性数据与图形的结合而相互反映彼此之间的状态尚无一定深度的研究, 大多是利用软件与用户进行交互的方式独立成图, 并且属性数据并不能完全的表示出来, 不易于现场的管理和数据变动。这种方式数据管理和图形绘制自动化程度不高, 还存在大量的数据重复输入问题, 耗时、费力、易出错, 为了提高交互方式成图的自动化程度, 将通风设计管理人员从繁杂的数据计算和管理工作中解脱出来, 充分发挥计算机的管理功能、数据输入和绘图功能, 本文以AutoCAD为开发平台, 以VBA (Visual Basic for Application) 和VB (Microsoft Visual Basic) 为开发工具进行可视化程序设计, 工作人员可在通风系统图上即可实现巷道参数添加、查询, 瓦斯流分析等可视化操作。

1 系统开发工具

VB (Visual Basic) 最早是由Microsoft公司推出的基于Basic的应用程序设计语言。在VB中, 既继承了其先辈Basic所具有的程序设计语言简单易用的特点, 其编程系统又采用了面向对象、事件驱动的编程机制, 用一种巧妙的方法把Windows的编程复杂性封装起来, 提供了一种所见即所得的可视界面设计方法。

VBA是Visual Basic for Application的缩写, 是由Microsoft创建, 用来自动执行任务的一个编程环境。与VB一样, VBA是面向对象的程序设计语言, 它继承了VB语法简单、功能强大的特点, 同时, 由于VBA可与主程序在同一内存空间运行, 大大提高了运行速度。VBA提供了一些用来创建图形用户界面 (GUI) 的可拖拉工具用来与AutoCAD对象交互的编程语言。使用VBA with AutoCAD, 可以随意定制AutoCAD应用程序。

2 数据库的实现

目前有多种数据库管理系统, 如Oracle、Microsoft Access、My SQL、Sysbase、Microsoft SQL Server等[1]。本文考虑到所研究的软件系统本身的数据量的大小, 以及个人PC平台的操作性, 将采用Microsoft SQL Server 2000数据库。Visual Basic及VBA与SQL Server的接口采用Microsoft公司发布的ADO (Active X数据对象) 技术[2]。

为适用网络安装需要, 在运行子系统之前要进行数据库的相关配置。具体包括数据库服务器名称 (地址) 、用户名、密码等。这样可以实现不同网络环境下与数据库的安全连接, 也可以达到与不同数据库服务器连接的目的。

3 系统的总体结构与实现

矿井通风网络可视化系统主要分为三个子系统, 即:矿井巷道可视化子系统、瓦斯流监测可视化子系统和数据库系统。系统如图1所示。

3.1 矿井巷道可视化子系统

矿井巷道可视化系统研究的客观对象是矿井通风系统中巷道的大量基础数据。如巷道名称、支护形式、始末节点、长度等。每个数据都有其空间特征和属性特征, 这些特征需用图形数据库和属性数据库加以管理, 并用内部标识码加以连结。矿井巷道可视化组织结构示意图如图2所示。

可视化的内容包括两个方面, 即从数据库到AutoCAD图查询和从AutoCAD图到数据库查询:

(1) 从库到图的查询是通过数据表中数据记录, 查询与之相对应的图形元对象的相应属性信息;通过相应命令菜单可直接读取数据, 并可根据需要进行对象的选择或修改、删除等操作。

(2) 从图到库查询通过拾取框在AutoCAD图形文档中实时选择图形元对象进行查询。根据图形对象的唯一性, 只要进行拾取操作即可通过判断读取相应数据。

通过图形名称和句柄 (Handle) 保证数据库连接的唯一性[3];图形元对象与数据表中记录的连接标识是句柄。

巷道可视化子系统实现了矿井巷道参数的可视化操作, 即可以通过交互式操作界面, 在矿井通风系统AutoCAD图上查询巷道的名称、支护形式、断面形状、始末节点、长度、断面积、断面图等参数, 并且可以根据实际情况通过数据库操作界面或窗体界面修改巷道参数, 以实现即时更新。

3.2 瓦斯流监测可视化子系统

瓦斯流监测可视化子系统主要包括两部分:瓦斯监测和瓦斯流分析。系统如图3所示。

3.2.1 瓦斯浓度监测

对矿井巷道及采面中的瓦斯浓度进行实时监测, 同时进行实时瓦斯预警, 提供给相关人员参考。根据现场分析及历史经验, 本文将瓦斯预警等级分为以下四级:

Ⅰ级-正常, 瓦斯浓度小于等于8%;

Ⅱ级-高报, 瓦斯浓度大于8%;

Ⅲ级-预警, 瓦斯浓度大于等于3%;

Ⅳ级-突出警报, 瓦斯浓度大于等于3%且持续时间超过30 s。

按照以上条件在一定情况下可以实现瓦斯的实时预警功能, 达到提醒矿井工作人员的作用, 并可将结果提供给相关人员参考进行矿井安全性分析, 以便于采取相应措施, 加强矿井安全管理。

3.2.2 瓦斯流分析

对巷道瓦斯涌出量、瓦斯涌出量概率分布、瓦斯流量概率分布等进行实时统计分析, 同时对巷道瓦斯流量样本进行特征值计算、分析, 将分析结果实时显示[4]。将瓦斯浓度与矿井通风网络解算后的风量结果相结合, 经过计算可得出各个巷道的矿井瓦斯流量。通过前述的统计方法, 对矿井内的巷道瓦斯流量直方图的绘制与分布函数的拟合。然后根据所得的瓦斯流量概率分布函数对瓦斯流量进行随机取样, 从而最终确定每一条巷道的瓦斯流流量分布规律。随机抽样的次数越多, 则得到的瓦斯流量模拟数值越多, 精度也就越高, 统计分析时, 特征参数反映瓦斯流量的规律性也就越高。

瓦斯流监测可视化子系统所涉及的数据库主要有瓦斯监测数据库、矿井巷道可视化数据库、风网解算数据库、瓦斯流数据分析数据库等四个数据库。

3.3 软件生成

本程序使用InstallShild6.22标准版来完成软件的打包工作的。作为AutoCAD二次开发应用程序的安装包, 主要通过以下工作实现打包。

(1) 打开Auto CAD2005的菜单文件acad.mnu将其全部内容复制到记事本中, 找到POP10字符串, 在其后添加代码 (将在CAD中加载的菜单项) 。将其保存为LGMV.mnu。

(2) 添加license.txt (提供许可协议内容) 、infolist.txt (提示关闭其它AutoCAD程序) 、LGMV.ico (快捷图标) 、setup.bmp (安装背景) 。

(3) 为保证程序退出时将当前配置修改为AutoCAD默认的配置, 需运行AutoCAD打开VBA管理器, 创建一个acad.dvb的工程[5]。该文件能被Auto CAD在启动时自动加载。

(4) 在InstallShild6.20中创建Project Wizard, 并按提示添加程序文件、资源文件、支持文件, 并设置文件的共享或自注册属性。

(5) 在InstallShild6.20的脚本代码窗口添加相关代码。判断用户计算机配置、AutoCAD版本, 实现在客户的AutoCAD软件中创建一个配置, 用于保存应用程序的各种信息, 并将程序文件和其他支持文件的路径添加到客户计算机中AuotoCAD的支持文件搜索路径中[6]。

(6) 编译并建立磁盘映像, 完成安装程序的打包分装。

4 结论

完成了整个系统的具体开发, 并在徐州某矿应用。实现了矿井巷道可视化:即从库到图查询和从图到库查询;连接点是CAD中图形元对象的句柄 (Handle) ;数据库连接采用ADO技术。通过该系统实现了矿井通风系统图图件的可视化管理, 能够实现矿井通风系统图可视化和巷道分支参数可视化, 并能进行动态查询。并且通过数据库用户界面或者图件修改窗体可以修改图件上巷道分支参数, 并更新数据库;利用矿井安全监测监控系统数据库以及风网解算数据库中的数据, 实现了瓦斯实时预警, 瓦斯涌出量和瓦斯流量实现了实时计算、分析。实现了瓦斯流监测可视化子系统与矿井通风系统图的交互式操作, 可以通过鼠标选取通风系统图上的巷道来对应监测相应巷道瓦斯以及瓦斯流。有利于矿井安全人员全面了解矿井现状、进行直观操作, 并对矿井安全状况进行判断。

摘要：以徐州某矿为例, 针对矿井通风系统特点, 以AutoCAD为开发平台, 运用VBA二次开发和VB高级程序语言对矿井通风系统进行可视化程序设计。通风系统属性数据采用数据库存储, 利用面向对象编程的思想, 对数据库指针对象进行封装, 达到数据库和图形无缝连接, 开发实现了矿井巷道可视化以及在此基础上的瓦斯流监测可视化软件 (局域网版) 。建立了图形与数据库相关联的系统, 实现了矿井通风系统图形数据的网络可视化管理。

关键词：VBA,巷道,瓦斯流,监测,可视化

参考文献

[1]张海龙, 李明.大型数据库设计原则[J].信息技术, 2001, (8) :22-23.

[2]Roger Jenning (美) .Visual Basic6数据库开发人员指南[M].北京:机械工业出版社, 1999.

[3]倪学东.采矿信息化可视化集成系统研究[D].山东:山东科技大学硕士学位论文, 2002.

[4]Vorontsov, A.G.Monitoring system for the operation of the main ventilation system[J].Coal Sci.Technol, 1997, (38) 7:267-275.

[5]张帆.AutoCAD VBA二次开发教程[M].北京:清华大学出版社, 2006.

机场净空限制计算模型及可视化研究 第5篇

机场净空限制计算模型及可视化研究

机场净空管理是机场运行指标的重要组成部分,做好机场净空管理确保飞行区的安全使用是机场当局主要工作之一.文中在对机场净空限制进行详细分析的`基础上,建立单向跑道净空数学模型,并在数学模型的基础上建立单向跑道净空数字模型,再借助ArcScene进行三维显示.为进一步研究多根跑道综合机场净空限制模型,提高机场净空管理的准确度、精度和速度奠定基础.

作 者：马玉凡 王卫安 MA Yu-fan WANG Wei-an  作者单位：同济大学,测量与国土信息工程系,上海,92 刊 名：测绘工程  ISTIC英文刊名：ENGINEERING OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)： 17(1) 分类号：P208 关键词：净空面   数学模型   数字模型  

高中物理可视化教学策略研究 第6篇

电子技术和信息技术的发展为学科教学带来了新的理念，教师在物理学科教学设计中，利用各种技术手段辅助物理教学，将物理实验、物理知识和规律、思维的过程以及学生的学习反馈形象地、及时地展示出来，形成可视化的教学呈现方式与物理学科教学的整合。

物理学科是一门以实验为基础的自然学科，以实验探究和逻辑推理发展学生的思维能力。许多学生都反映物理学科太抽象、难学，现行的教学和考试模式也较多地让学生关注抽象的物理知识，缺乏对实验的过程和知识获得的思维过程的关注。其实，物理学科并不是冰冷的，而是我们对物理知识抽象的呈现方式给了人这种感觉。电子技术和信息技术的发展为学科教学带来了新的理念，教师在物理学科教学设计中，利用各种技术手段将物理实验、物理知识、物理规律、思维的过程以及学生的学习反馈形象地、及时地展示出来，形成可视化的教学与物理学科教学的整合。学生借助可视化教学能直观地观察、体验、利用这些生动形象的物理实验和模型等，透过生动形象的物理现象，探索本质，形象地建立起物理知识和规律。

研究表明人脑的80%的功能都是用于处理视觉信息的。教师通过应用可视化教学策略，帮助学生减少认知负担，使学生全身心的投入到解决问题的过程中，从而培养学生成功解决问题的能力，提高和拓展学生的认知能力和创新能力。教师在进行教学设计时可以从以下几个方面入手，提高教学的可视化程度。

1物理实验的可视化策略

物理实验是物理教学中的一个重要环节，无论是教师演示实验还是学生分组实验都是花了大量的教学时间，但教学效果大多不是很理想。例如在教师在做演示实验时，大部分学生离讲台的距离太远，学生不能清晰地看到演示的操作细节、实验的过程和结果，演示实验的效果大打折扣。学生难以从全方位看清、看懂老师的实验演示过程，学生分组实验时，学生在完成实验时就很难正确地操作仪器设备，高效地完成实验。教师在教学设计时应该考虑怎样将实验的效果提高，通过什么样的手段将实验的细节变得可视化。在实验教学中，教师可以利用实物展示台、摄像头、相机甚至手机的电子设备，实现实验的细节可视化目的。例如，利用洛伦兹力演示仪观察带电粒子在磁场中的运动的实验中，演示器材离学生距离远，同时里面充有稀薄气体的玻璃罩反光特别厉害，很难看清玻璃罩中带电粒子运动路径上稀薄气体发出的辉光。实验中教师可以利用摄像头或数码相机的实时取景功能对实验进行实时展示，通过数据线连接到电脑和投影机，可以在大屏幕上看到实验的细节；利用一块不透明的遮光布就可以解决玻璃罩的反光问题，摄影头或相机在遮光布里面可以拍到非常清晰的实验效果。例如在研究的弹簧中力的瞬时性问题，可以利用相机或手机拍摄下小球在弹簧的作用下，剪断细线的瞬间，小球运动和弹簧的形变情况，在电脑上利用播放器慢速播放，将极短时间内眼睛难以观察的实验现象在屏幕上可视化，学生在慢速镜头下看到的实验效果对弹簧中的力不能瞬时突变的理解有着巨大的帮助，亲眼所见一次比别人讲许多遍的效果都要好。现在有的手机本身就带有慢动作的拍摄功能，在很多物理实验中都可以派上用场。在演示微小的实验时，可以利用数码相机的实时取景功能，在实时取景下相机的对焦点可以放大×1倍、×5倍、×10倍，微小的实验细节都可以放大可视化。随着电子技术的发展，手机、相机、电脑等电子产品基本人人都有，开发这些电子产品的教学功能，需要教师们开动脑筋和学习借鉴。

2物理情景的可视化策略

物理规律的获得和应用都离不开物理情景，能够建立的清晰的物理情景和物理模型，物理问题的解决工作已经完成了一半。高中物理中一部分物理情景来源于生活、来源于实验，这些情景是可以通过图片、视频和实验操作展示给学生。例如课本上大量的演示实验和学生实验，如验证小球下落时机械能守恒，带电粒子在磁场中的偏转，在气垫导轨上演示两滑块的几种碰撞情景等。实验教学能够调动学生学习物理的兴趣，帮助学生建立物理情景和物理模型，提高学生的物理素养和解决物理问题的能力。物理教师要开足实验课，不能因为怕麻烦，不去做实验。学生做实验和听实验是有区别的，亲身经历过的事情有些是终生难忘的。高中物理教学中还有很多物理情景因为设备，资金等客观原因无法展现给学生，教师可以借助多媒体技术和信息技术展现给学生。例如回旋加速器中带电粒子的运动情况和交变电压的周期变化情况在flash制作的动画中能够非常直观地观察到带电粒子的运动情景。卫星的发射与回收也可以观看相应的动画，帮助学生建立物理情景。几何画板是一种数形结合的工具，利用它不仅能够展示物理情景，还能反映数量关系，在小船过河的教学中，利用几何画板制作的动画能够很好地展现小船过河的三种情景。教师在教学之余，经常地收集一些与物理教学相关的动画、视频等，在需要的时候够能为物理教学服务。

3物理知识的可视化

有些学生认为高中物理知识点和公式太多，太难记忆；他们利用机械地方式背公式，孤立地学习物理知识，记忆效果较差、容易遗忘。物理是一门有着自身知识系统和方法论的学科，知识问的联系极其紧密，纵横交错、环环相扣。物理学科知识就像是一颗知识之树，有主干，有分支，有细叶。就拿力和运动的知识模块来说吧，两条处理动力学的思路是力和能量，方法分别是牛顿运动定律和动能定理，而动能定理的推导就是在牛顿第二定律和运动学公式的基础上推导出来的，可以说高中物理的动力学问题就是一个牛顿第二定律。教师教学的关键就是帮助学生建立知识间的联系，将知识形成可视化的网络及图像。教师在学科教学的设计是就应当考虑到物理知识的可视化和学科教学的整合，利用如MindMapper等思维导图软件，可以将物理知识网络化、可视化，帮助学生形成物理命题网络、物理图式等系统化的知识网络记忆结构。教师既要教授系统化的物理知识，也要教组织知识的方法——如列表、结构图、逻辑关系以及综合运用等。当学生有了一定的组织知识的经验时，完全可以由学生完成列表格或画知识结构图等组织知识的任务，并在课上交流；其他学生评判知识间的关系是否真实、清晰，及时补充。如图为学生利用知识结构图示画出的机械能的知识网络结构，将知识形成可视化的图式结构，有利于在问题解决的过程中及时地在记忆中提取相关知识。

4学习反馈的可视化

学生对物理知识的掌握的程度如何，在课堂上必须有一个及时的反馈。学生用粉笔在黑板上板演、板画是课堂七传统的教学效果的反馈方式；实物投影也可以用来展示学生的学习成果。交互式电子白板的出现，真正实现了白板与计算机、演示者与听众之间的双向互动。教师或学生直接用感应笔或手指在白板上操作（相当于传统教学中师生用粉笔在黑板上操作）：写字或调用各种软件，然后通过电磁感应反馈到计算机中并迅速通过投影仪投射到电子白板上，学生可以将解题的过程和思路，及时地展示到电子白板上。学习结果反馈的可视化，可以帮助教师迅速的调整教学的进度和难度，也可以帮助学生借鉴其他同学的学习中的得失对自己的学习进行反思。近些年信息技术在辅助教学中的发展为大规模的学生学习结果的反馈提供了可能。点阵数码笔是最近刚刚兴起的一种学习辅助工具，它通过在普通纸张上印刷一层不可见的点阵图案，简称为点阵纸：在笔的前端的高速摄像头随时捕捉笔尖的运动轨迹，同时压力传感器将压力数据传回数据处理器，最终将信息通过蓝牙或者USB线向外传输的新型书写工具。多人用点阵数码笔在纸上书写的同时，他们的书写结果会同步到电脑中，老师可以实时掌握每个人在纸上的书写内容，可以随机在大屏幕上点取任何一个学生的答题内容进行展示，突破了现有的交流模式，节约了时间，使教师在课堂上关注每一位学生的学习情况成为可能。但是点阵笔价格昂贵，给每位学生配置一支点阵笔，普通学校经济难以承受。教师还可以用一个比较经济简单的方法实现每个学生的学习结果反馈可视化：利用在同一个网络中的智能手机和电脑，利用一个叫做苹果录屏大师的小软件，可以将手机屏幕上的内容在电脑屏幕和投影上产生镜像，利用手机拍摄学生完成的成果就可以实时地展示在大屏幕上，分析学生的学习掌握情况。这种经济可行的教学辅助手段能够实现学生学习结果反馈的可视化，能够帮助教师对教学效果进行诊断，及时调整教学的策略。

福建电网调度可视化研究 第7篇

关键词：可视化技术,电力调度,事故处理,地理潮流图

可视化技术是随着计算机技术的发展而逐步发展起来的一门技术, 其做法就是将众多繁杂的数据转化为直观的便于人们理解的图形和图像。随着电力调度机构中EMS系统的广泛运用, 国内外的研究者对调度系统的可视化技术进行了广泛研究, 对于EMS系统的人机交互界面也愈为重视。针对电压、潮流等数据, 重要断面负载率、发电机状态等运行状态, 短期负荷预测等运行趋势这些的可视化都进行了一定程度的探讨。调度系统可视化技术的运用最终目的是服务于调度人员, 使调度人员能够更方便更直观地了解所管辖电网的运行情况, 因此该文将不再赘述颜色配合、图标设置等技术细节, 而更侧重于福建电网调度可视化界面应包含的内容以及可视化手段所带来的信息量的提高。

1 电网调度特点

电力系统调度管理的任务是组织、指挥、指导、协调和监督电力系统的运行操作和事故处理, 根据电力市场规则组织、参与电力市场运营。对于调度业务开展方面而言, 除去相应的技术管理职责, 调度人员的主要工作就是运行操作和事故处理。

在当前的技术条件下, 语音识别、手势追踪等先进输入手段与传统鼠标键盘相比并不存在无可替代的价值, 不仅成本较高且存在识别率较低的问题, 与调度系统的可靠性需求相违背。输出手段则相对丰富, 语音、铃声、屏幕显示均已广泛地运用于调度机构之中, 值得一提的是, 鉴于调度员需要掌握电网全局的所有信息, 因此多屏幕多窗口显示不同数据界面成为必然的选择, 在这种情况下, 如何组合不同的界面使之分布合理化是一个值得考量的问题。

2 调度可视化关注点

正常运行操作时, 调度员主要关注如下几点:

(1) 电网安全情况:全网地理网架信息、发用电平衡、备用情况及断面、线路、主变的负载实时信息。

(2) 电网运行概况:全网负荷、发电信息, 展示全网检修及停运设备信息, 全网500 k V厂站设备状态详细信息, 并能够快捷进行厂站图调阅。

(3) 电能质量:电能质量包括频率和电压, 由于全网频率一致, 因此重点需关注电网电压实时信息, 500 k V电压及220 k V电压区别展示。

事故处理时, 调度员关注的数据如下:

(1) 故障设备信息:开关变位信息, 继电保护等二次设备动作情况。

(2) 事故研判依据:稳态、录波、WAMS等告警信息, 故障动态定位、雷达图形式展示故障引起的潮流变化信息、故障相关的接线图。

(3) 事故发展情况:低频振荡分析、扰动识别等高级应用。

3 调度可视化实现手段

针对正常运行时所需的数据可视化, 一般使用地理潮流图、可视饼图、负荷曲线、动态表格等方式实现对电网运行情况、安全情况等的监控。

地理潮流图的信息可以包括气象情况等附属资料, 甚至还可以运用三维俯视图显示, 以将地理背景三维化, 并对电网中的各种设备用建立三维模型并进行显示, 即利用三维虚拟现实技术实现的地理潮流图。一般从调度生产实际出发, 气象信息及三维地理信息用途极其有限, 实际使用中仅仅对检查事故原因和水库跨流域调度等有所助益, 但这些用途与地理信息系统 (GIS) 、水情系统等功能重合, 且超出了电力调度范畴;而且, 如果采用三维视图等复杂构图, 还会造成界面加载速度变慢等情况, 影响使用体验。因此, 地理潮流图的三维视图构建实际价值有限。

可视饼图在电力系统可视化界面中广为使用, 在对于地区装机容量结构、各产业负荷构成等展示方面有着先天的优势, 但是对于设备负载情况的显示, 每一个饼图只能对应单一设备, 显得信息量不足。在实际调度生产过程中, 调度人员关注的设备负载情况往往涉及较多的设备, 能够显示负载率、限额等排序情况的动态表格往往更具备实际价值。

每个节点的电压零碎, 而且只能反映电力系统电压的局部化特征, 基于地理接线图的电压分区显示解决了这个问题, 有利于让调度人员掌握全网的电压情况。如果配合各管辖变电站无功设备 (一般为电容器、电抗器) 的投退情况, 更有利于调度人员对全网无功容量的掌握, 也有利于对电压控制的整体把握和统一调配。

在事故情况下, 调度人员不仅仅要掌握事故设备本身的一二次情况, 还需要了解全网因为该次事故而产生的潮流变动, 查阅相关接线图以判断当前薄弱环节, 有针对性的调整运行方式及进行相关事故处理。事故处理过程中需要的数据繁杂, 但却需要有序展示。

以地理潮流图为底板, 展示相关事故信息, 对于相关次要信息, 可通过点开进入的第二层图进入。

4 调度可视化发展前瞻

随着可视化技术的发展, 未来有可能对将来调度产生重大影响的技术如下:

(1) 自适应可视化技术:自适应可视化技术可以通过对于用户的特征进行识别, 自动调整可视化内容和形式, 自动调整可视化的元素如图标像素等, 该技术的运用将使得可视化技术具有一定的学习优化能力, 可以帮助调度员优化调度的信息需求。

(2) 可视化效果评估:目前对于可视化的应用研究较多, 但是对于可视化效果的评估没有一个合适的手段, 在电网调度工作中, 现有可视化技术究竟取得什么样的效果未有定量研究。随着调度可视化手段表现力和有效性的评估研究, 更有效的可视化手段可能随之广泛运用。

(3) 数据挖掘技术:当前的调度可视化技术仅仅将海量数据展示给调度人员, 对于数据的分析处理, 对调度人员处理习惯的评估仍然未得到应用。随着数据挖掘技术的引入, 调度可视化系统根据历史积累下来的数据进行处理和多维度的展示, 有利于调度人员对电网运行状况做出更加精准有效的判断。

5 结语

电网调度需要有序地展示运行中产生的繁杂而众多的数据, 以为调度人员提供可靠的技术支撑, 可视化技术的发展为解决数据质量和信息量提供了全新的思路。基于当前需求的可视化技术为调度提供了电网设备监控、日常调度操作及事故处理的全流程服务, 有效提高了调度驾驭大型互联电网的能力, 确保了电网的安全稳定运行。可以预计, 随着人机交互研究以及可视化技术的发展, 电网数据展示的信息量和质量必将得到进一步提升, 调度人员的效率也必将随之提高。

参考文献

[1]刘娆, 李卫东, 吕阳.电力系统运行状态可视化技术综述[J].电力系统自动化, 2004, 28 (8) :92-97, 99.

[2]姚建国, 杨胜春, 高宗和, 等.电网调度自动化系统发展趋势展望[J].电力系统自动化, 2007, 31 (13) :7-11.

[3]张伯明, 孙宏斌, 吴文传.3维协调的新一代电网能量管理系统[J].电力系统自动化, 2007, 31 (13) :1-6.

思维可视化的教学研究 第8篇

如上期《思维可视化研究之目的与技术支撑》一文所述, 对教学而言, “思维可视化”是指将原本不可见的思维路径、方式、规律运用图示或图示组合的方式呈现出来, 以期实现增强记忆及加深理解的效果。其本质也就是隐性思维显性化的过程。为了进行思维可视化的教学研究, 必须对可视化本身的类型、进展, 以及可视化教学研究方面进行考量。

●可视化的类型

从基本原理上讲, 可视化 (Visualization) 是利用计算机图形学和图像处理技术, 将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来, 并进行交互处理的理论、方法和技术。“可视化”一词来源于英文的visualization, 原意是“可使看得见的, 清楚地呈现”, 也可译为形象化、成就展现等。事实上, 将任何抽象的事物、过程变成图形图像等形象化的表示都可以称为可视化。[1]从另一个角度说, 可视化是一个过程——它将数据、信息和知识转化为一种形象化的视觉表达形式。充分利用了人们对可视模式快速识别的自然能力, 以形象化的姿态接受大众的解读。[2]“可视化”作为专业术语最早出现在1987年2月, 当时美国国家自然科学基金会 (National Science Foundation, 简称NSF) 召开的一个专题研讨会, 给出了科学计算可视化的定义、覆盖的领域以及近期、长期发展的方向。这标志着科学计算可视化作为一个学科在国际范围内已经成熟。[3]作为一个新的学科, 目前可视化研究的类型主要是以下三个方面。

1.数据可视化

数据可视化 (Data Visualization) 是关于数据之视觉表现形式的研究;其中, 这种数据的视觉表现形式被定义为一种以某种概要形式抽提出来的信息, 包括相应信息单位的各种属性和变量。数据可视化技术的基本思想是将数据库中每一个数据项作为单个图元元素表示, 大量的数据集构成数据图像, 同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示, 可以从不同的维度观察数据, 从而对数据进行更深入的观察和分析。数据可视化主要旨在借助于图形化手段, 清晰有效地传达与沟通信息。

2.信息可视化

信息可视化 (Information visualization) 是一个跨学科领域, 旨在研究大规模非数值型信息资源的视觉呈现, 信息可视化侧重于抽象数据集, 在科学技术研究领域, 信息可视化这条术语则一般适用于大规模非数字型信息资源的可视化表达。信息可视化致力于创建那些以直观方式传达抽象信息的手段和方法。利用人类对视觉对象的快速辨别能力, 使人们在这种新型高效的视觉化界面的帮助下, 快速识别出数据背后事物之间的关系及其发展趋势。信息可视化的英文术语“Information Visualization”是由斯图尔特·卡德、约克·麦金利和乔治·罗伯逊于1989年创造出来的。斯图尔特·卡德1999年的报告将其定义为:“借助于计算机支持的, 交互性的视觉表示法来表现抽象数据和增强认知”。[4]

3.知识可视化

知识可视化是可视化在教育应用领域研究的一个新分支, 是在科学计算可视化 (Scientific Computing Visualization) 、数据可视化 (Data Visualization) 和信息可视化 (Information visualization) 基础上发展起来的。[5]2004年, Eppler&Burkard将知识可视化定义为:“知识可视化是运用视觉表达手段来研究在两个以上人之间知识创造的提高和传播的作用, 知识可视化也可被认为所有用来构成和传输复杂意识的图解手段。”[6]一般来讲, 知识可视化领域研究的是视觉表征在提高两个或两个以上人之间的知识传播和创新中的作用。这样一来, 知识可视化指的是所有可以用来建构和传达复杂知识的图解手段。除了传达事实信息之外, 知识可视化的目标在于传输见解、经验、态度、价值观、期望、观点、意见和预测等, 并以这种方式帮助他人正确地重构、记忆和应用这些知识。

●可视化研究的进展

可视化的研究是伴随着科学技术的发展, 经历了数据─信息─知识可视化的研究历程。但是, 随着基于计算机的工业设计的兴起和脑科学的发展, 可视化研究开始向思维研究的领域发展。可视化图形图像以及背后的数据来源和创造历程更是让人们为之诧异不止。它涉足制图学、图形绘制设计、计算机视觉、数据采集、统计学、图解技术、数型结合以及动画、立体渲染、用户交互等。相关领域有影像学、视知觉、空间分析、科学建模等。随着可视化技术的应用和发展, 可视化研究也从计算机科学领域向与其他学科的交叉领域渗透, 包括心理学、教育学、神经科学、管理学等学科。

从可视化研究方面讲, 在计算机出现之前, 可视化主要通过手工绘制。最具代表性的例子是英国麻醉学家、流行病学家John Snow绘制的关于1854年伦敦霍乱流行情况分析图, 他用地理坐标方格图标绘了霍乱爆发后, 死亡病例的位置以及每个病例使用水泵的情况, 发现了水泵是这次霍乱爆发的来源, 从而成功地验证了他的理论/假设:受污染的水是导致霍乱爆发的原因。[7]然而, 直到计算机发明以后, 可视化才真正成为人们分析数据, 获取有用信息的手段。[8数据可视化的概念起源于1960年的计算机图形学, 人们使用计算机创建图形图表, 可视化提取出来的数据, 将数据的各种属性和变量呈现出来。随着计算机硬件的发展, 人们创建更复杂规模更大的数字模型, 发展了数据采集设备和数据保存设备。同理, 也需要更高级的计算机图形学技术及方法来创建这些规模庞大的数据集。对于真正的可视化研究主要从关注科学计算和数据的可视化研究开始, 1987年, 由布鲁斯·麦考梅克 (Bruce H.Mc Cormick) 、托马斯·德房蒂 (Thomas A.De Fanti) 和玛克辛·布朗 (Maxine D.Brown) 所编写的美国国家科学基金会报告《Visualization in Scientific Computing》, 拉开了科学可视化研究的序幕。[9]

几十年来, 可视化一直是研究的热点, 众多的大学、跨国公司以及著名的实验室均投入了大量的人力、物力开展对可视化的研究。随着数据可视化平台的拓展, 应用领域的增加, 表现形式的不断变化, 以及增加了诸如实时动态效果、用户交互使用等, 数据可视化像所有新兴概念一样边界不断扩大。数据可视化在发展过程中, 经历了科学可视化“利用计算机图形学来创建视觉图像, 帮助人们理解科学技术概念或结果的那些错综复杂而又往往规模庞大的数字表现形式”。例如, 利用经验数据, 科学可视化在天体物理学 (模拟宇宙爆炸等) 、地理学 (模拟温室效应) 、气象学 (龙卷风或大气平流) 模拟人类肉眼无法观察或记录的自然现象;利用医学数据 (核磁共振或CT) 研究和诊断人体;在建筑领域、城市规划领域或高端工业产品的研发过程中发挥重大作用。又如, 在汽车的研发过程中, 需要输入大量结构和材料数据, 模拟汽车在受到撞击时如何变形。在城市道路规划的设计过程中, 需要模拟交通流量。虽然科学可视化的表现形式对于普通人比较陌生, 像粒子系统、散点图、热力图等图表不接受专业训练很难看懂。但实际上科学可视化的成果已经渗透到我们生活的每个角落。数据的可视化在计算机科学的图形学领域成为研究重点, 如浙江大学CAD国家实验室所关注的三维建模和虚拟现实。以微软为代表的应用软件开发商, 开发了大量对数据进行可视化的软件如GRAPH图表等, 应用于各个领域。随着可视化技术的发展, 可视化工具包即具有可视化功能的软件包越来越丰富, 它采用菜单驱动, 支持有限的数据类型和可视化算法, 用户通过程序调用实现数据的可视化, 但不需要编程, 可视化形态也从2D向3D发展。典型的可视化工具包有Ensight, Maya Vi, Para View, p V3, PV-WAVE, Vis5D等。[10]

90年代初, 信息可视化进入人们的视野。用于解决对异质性数据中“抽象”部分的分析。帮助人们理解和观察抽象概念, 放大了人类的认知能力。也就是信息可视化开始关注普通用户的知识表达和知识传递, 使可视化技术向非专业用户和其他学科领域延伸。例如, 商业及管理图形决策系统、图形化数据显示、演示图形系统、可视化信息系统、C3I (指挥、控制、通信和信息系统) , 金融的图形系统及商业和科学图表与图形。在电子教室的认知研究结果的基础上发展的开发视觉思维能力和创新能力的儿童和成人教育与学习的可视化工具与技巧。各种信息图形软件中的视觉呈现研究发展, 在屏幕布局、窗口、图标、字体设计和动画, 改善彩色图形显示和图形用户界面 (GUI) 的开发工具及可见语言编程工具的改进。视觉艺术和设计的计算机图形应用程序, 涉及平面设计、工业设计、广告及室内设计, 包括设计原则、色彩、比例及地方与视觉元素方向的有关标准等研究。

知识可视化是在科学计算可视化、数据可视化、信息可视化基础上发展起来的新兴研究方向, 它应用视觉表征手段促进群体知识的传播和创新。其定义可概述为:“知识可视化是研究如何应用视觉表征改进两个或两个以上人之间复杂知识创造与传递的学科。”而美国的斯马尔蒂诺 (Smaldino) 在《教学技术与媒体》一书中揭示了图片、插图和文字从具体到抽象地表现了不同种类符号的真实程度, 可视化内容以图片呈现已经成为体现可视化优势的重要手段。[11]如何把知识以图形图像的方式可视化呈现已经成为可视化应用领域研究的热点。由于很多学者通常将知识体系分为四个等级:数据、信息、知识和智慧。Gene、Durval和Anthony认为理解 (Understanding) 支撑着数据到信息和知识的转换, 理解并不是一个独立的层次。[12]赵国庆等曾从可视化对象、可视化目的、可视化方式和交互类型四个方面对数据可视化等信息可视化与知识可视化进行了比较。[13]针对智慧 (思维) 可视化的方法、技术的相关研究也颇多, 主要集中在用何种结构的图形图像显示知识更符合人们的思维方式, 如启发式草图 (Heuristic Sketches) 、视觉隐喻 (Visual Metaphors) 、因果图、想法鱼池 (Idea Quarium) 、思维导图 (Mind Map) 、思维地图 (Thinking Maps) 等就是相关的尝试。受化学中元素周期表的使用、外观和逻辑的启发, Ralph和Martin在2005年整合了形式多样的视觉表征, 依据各类视觉表征的相关性和不同点对技术进行编号、上架, 从管理学的角度形成“可视化周期表方法”, [14]形象直观地揭示了不同形式的视觉表征在管理学相关领域知识的联系和区别。这些可视化方法是一种系统的、有一定规则的、外部的、持久的用来传达某种信息的图形图像表征, 他们有益于人们获得知识、阐述观点或交流经验。可视化元素周期表方法提供了管理学应用领域知识可视化具可操作性的策略。

●思维可视化的教学研究

数据、信息、知识的表现形式可以是美丽、优雅、生动、形象或描述性的。有多种传统的数据、信息、知识表现形式在不同的项目及可能的场合被频繁地使用, 如表格、饼图、柱状图等。但为了更有效地向人们传达知识信息, 有时你需要的绝不仅仅是一张饼图或直方图。还应该有更好的、深刻的、富于创造性及趣味性的方法来表达可视化数据、信息或知识。这是创造性设计美学和严谨的工程科学的卓越产物。用极美丽或形象的形式呈现可能非常沉闷繁冗的数据, 其表现和创作过程完全可以称之为艺术, 而教学从另一个角度说也是一种艺术, 这也正是人们所期待的。这些需求和期待也正蕴含着思维可视化将成为更为丰富的教学研究对象。就目前而言, 思维可视化在教学方面的研究可以归结如下。

1.教学对象的研究

在思维可视化的课堂教学中, 学生被海量的视觉和图形信息轰炸, 直接影响着学习者的思维变化。大量包含功能强大的图像和符号的电子媒体出现在学习和生活中, 学习者需要什么样的技能和素养才能满足思维可视化学习的需求。我们的教育系统是否能够帮助学生不仅理解图形和图像, 而且还使用图形和图像进行有效沟通, 开展正确思维。[15]这也常被人们称之为视觉素养能力的培养。作为可视化教学的教师应该具备更全方位的视觉素养能力, 这也是重要的研究。

2.教学环境的研究

为了满足思维可视化教学过程的需要, 可视化的教学环境如何去构建, 已经成为教育技术领域的研究热点之一, 如诺丁汉大学的视觉学习实验室、北卡罗莱纳州立大学的SCALE─UP教室、华东师范大学的未来课堂以及众多的智慧教室的提出都具备多屏显示的特征, 为可视化教学的实施提供尝试。可视化教学环境的研究牵扯到多个学科领域, 包括技术层面和教学层面。

3.教学策略的研究

早前的可视化策略, 主要集中在通过对文本链接的可视化效果, 来增加对文字作品或文学作品的理解。[16]但是, 新的思维可视化教学过程描述的是一个完整的把可视化融入教学的各个环节, 包括教学内容的细节, 能激发学习者学习兴趣的节点。在教学的每个阶段都可以使用可视化手段和可视化内容, 所以会使可视化教学策略的研究内容更为丰富。技术工具的使用策略, 可视化内容的设计策略, 可视化教学活动设计策略等都需要研究。具体包括多学科方法和技术为基础的教学, 思维导图、图形组织者、阅读障碍等。

4.教学评价的研究

杰森·理查德森, 直言不讳地批评标准化测试, 因为目前的评估措施主要是针对学习者对事实记忆的评价, 而不是学生的技能或能力。新的可视化教学可能因为媒体技术和学习理念的变化发生改变, 那么如果我们的评价方式没有改变, 这些教学上的改变将无法进行, 应该说可视化教学的评价是促进可视化教学发展的关键, 必须得到研究者们的关注。

●小结

电力运行监控可视化管理研究 第9篇

1 电力运行监控可视化管理研究现状

管理是指处理好经济生产过程中人的因素和物的因素的总称, 是实现宏观层面和微观层面合理有序发展, 电力管理就是通过有效手段整合电力生产、输送、使用过程中的一切影响因素, 实现电力管理的高效化, 随着国内电力需求的提高和计算机网络技术的发展, 促使电力运行管理现代化成为一种可能, 因此目前关于电力运行和管理方面的研究主要集中在以下一个方面。彭郑《软件技术在我国电力运行中的应用》 (科技传播2011.12) , 研究指出电力行业信息化对安全的需求极为突出, 尤其是电网部分, 因此基于移动网络发展 (包括移动、在线视频、数据等) 来解决分布在偏远地区的电网分支, 通过互联网完成信息的传递与沟通, 从而解决电力运行管理的问题。李功新《电网远程可视化智能图像监控系统的设计》 (电力与电工播2012.9) , 提出了电网远程可视化智能图像监控系统的设计方案, 实现了变电站的真正多维智能遥控, 形成一体化智能调控体系, 为真正实现电网远程运行、远程维护、支撑国家电网公大运行建设, 可实现减员节效、缩短故障排除时间、提高供电可靠性的目标, 为加速智能电网建设提供了技术支持。王肃《配电线路远程可视化综合监控系统设计探讨》 (电网技术2013.5) , 指出构建智能化的远程可视化系统, 满足配电线路日常维护工作的需要, 提高配电线路维护工作的劳动生产率, 满足实现三集五大对配电线路维护工作提出的新的要求。整体上来说, 越来越多的计算机网络及软件开发技术应用到电力管理中来, 实现了电力运行的科学化和现代化。

2 电力运行监控可视化监控在县级变电站的应用

变电站在电力传输中起着中转站的作用, 它主要负责加减压、控制和分流电力等具体职能。电网通过电力站相互链接, 就像渔网上的网结, 把整张电网联系成一个统一的供变电的整体。因此, 变电站在电力变电运行中作用很大, 事关整个电力共传输的顺利实现。加强县级变电站的建设和管理, 进行电力运行监控可视化的的应用, 是新时期县级变电站管理的重要内容之一。

2.1 进行变电站三维可视化监控平台建设的构想

对县级变电站的电力运行进行三维可视化监控, 是国家发展职能变电站的具体要求和战略决策。但是, 我国目前在县城变电站电力运行可视化监控方面虽然有了一些进步, 可是还是满足不了现代化智能变电站的需要。目前县城变电站所做的工作仅是就用电客户的需要, 做出的一些个别环节或者部分构件的开发与变革, 没有从整体上建立智能变电站的思路和计划。按照国家对智能变电站建设的“三集五大”中的大运行模式, 笔者认为县级变电站要想追上大城市变电站的管理水平必须要做出以下改革:一是明确电网调度智能化自动化是县城电网建设的必然趋势。电力管理信息网络化技术的发展, 对电力运行数据能够及时做到分析储存与共享, 这些已经为我国县城智能电网和变电站的建设提供了技术支持。二是明确目前我国县城变电站的智能自动化水平还是较低, 很多电网设备信息尚需人工处理。因此要运用现代信息网络技术, 人工智能技术等进行相关智能电网和变电站的建设, 建立网络信息数据库, 实现电力信息数据的储存与共享, 开发具有拟人化的计算机高级人机界面, 甚至发展智能机器人代替人工操作, 提高管理效率。具体见下图1所示, 整个流程如下:电力系统管理人员通过智能平台选择设备图标。通过所选的图标进行对应设备的运行状况的检测, 数据的计算, 采集与储备和传输。这些进入管理中心, 而后管理中心平台对汇总数据进行评价选择, 形成正确的数据管理命令, 同时把相应数据在管理中性的数据库中储存备份, 以备以后的查阅和使用。这种数字化、自动化的管理方式, 会极大提高变电站管理的效率。总之, 县级变电站要实现三维可视化管理, 需要建立适合实际需求的相关信息数据平台, 这是未来我国智能电网, 智能变电站建设的必由之路。

2.2 可视化管理下智力保护压板使用

保护压板也叫保护连片, 是保护装置联系外部接线的桥梁和纽带, 关系到保护的功能和动作出口能否正常发挥作用。保护压板可分为保护功能压板和出口压板两大类。保护功能压板实现了保护装置某些功能 (如主动保护) , 出口压板可分为跳闸出口压板和启动压板。保护压板的安全运行, 是确保继电保护系统安全运行的重要保障手段, 是电力系统最重要的安全保障。传统保护压板是一个肉眼可视的断开点, 为检修、运行提供了极大的方便, 但保护压板的控制由人工操作, 某种程度上能否正常运行依靠运行人员的责任心和实际技术水平。因此在实际运行过程中, 因人为因素造成保护系统不能正确运行的现象时有发生。电力运行监控可视化管理的应用而使用的智能压板系统, 使用非电量原理, 当压板投入或退出时, 可以实现远方实时监控, 并在远方和就地压板上同时显示压板的实时状态。该系统可生成压板运行数据库, 实现压板位置远方实时查询、历史数据查询、报表生成、自动压板状态核对、告警等数据库高级应用功能, 可以实现压板投退预演功能, 在PC机上实现投入逻辑的预演, 并下传至压板, 在压板上予以提示 (预演成功后需要投退的压板, 相应压板的LED闪烁) , 避免人为因素造成的压板误投退, 从而消除了因压板误投退造成的安全事故隐患, 达到了事故前的科学预防, 极大提高了电网运行安全性。

3 结论

随着我国经济的发展, 供电规模不断扩大, 传统的电力运行管理以远远不能适应现代化经济发展要求, 因此突破传统用电运行管理是提高电力生产力和使用效率的必经之路, 智能变电站无人值班运行是国家电网公司“三集五大”中“大运行”模式要求, 也是我国实现电网调度自动化发展的必然趋势, 结合现代计算机网络技术发展, 构建可视化智能图像监控系统, 实现变电站的智能调控体系, 为真正实现电网远程运行、远程维护、支撑国家电网公大运行建设。

参考文献

[1]李功新.电网远程可视化智能图像监控系统的设计[J].电力与电工播, 2012.

多屏显示墙可视化技术研究 第10篇

1.1 可视化技术

可视化技术(Visualization)是20世纪80年代兴起的一种技术,其含义为将复杂的数据以图形/图像的形式在高度沉浸感的显示环境中实时展现出来,使人对数据有直观、准确的了解,并为其提供与数据交互的手段。可视化技术首先应用在数据可视化(Data Visualization)方面,随着网络技术和科学可视化的发展,提出了信息可视化(Information Visualization)的要求。大尺寸、高分辨率的可视化技术有如下几个特点:

大尺寸屏幕覆盖了使用者的余光,大大增强了沉浸感;

图像尺寸的增大使在普通显示器上不易察觉的细节暴露无遗,提高了可视化的准确性;

屏幕尺寸的增大使得使用者的数量增多,大型系统可供十几人或几十人同时使用,从而实现了群体可视化,大大提高了群体决策的效率。

1.2 多屏显示墙

多屏显示墙(Tiled Display Wall,TDW)可视化环境是一种由多个显示屏组合而成的、用于实现基于集群的大尺寸、高分辨率图形图像数据处理和可视化,用于解决那些基于单一硬件显示设备无法可视化的高分辨率图形图像。整个可视化系统由多台集群服务器和由多个显示设备拼接而成的可视化墙构成,总显示分辨率理论上可无限扩充。

1.3 Open GL

Open GL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口,广泛的应用于虚拟现实、C A D、游戏等领域。就Open GL本身而言,它只提供三维图形接口,不具备绘制窗口、接受响应、处理消息等功能。

在Linux下开发Open GL程序,最常用的工具是G L U T(The OpenGL Utility Toolkit)。它可以创建一个或多个Open GL窗口,响应、处理用户的交互操作、简单的弹出式菜单以及一些内置的绘图和字体处理功能。GLUT和Open GL一样,可以移植于多种平台。另一个很好的开发工具包是FLTK(Fast Light Tool K i t),这是一个用C++编写的图形界面开发工具。

1.4 背景和相关工作

本论文实验中所使用的多屏显示墙环境由五台服务器和二十台17寸LCD显示器构成,每台服务器采用四头NVIDIA显示卡驱动四台显示器,最高分辨率可达3840万像素。整个环境采用了一台专门的服务器作为前端控制机器。

2 多屏显示墙软件环境

多屏显示墙利用软件可视化拼接技术实现了多个物理显示设备的互联,该领域大多数的可视化拼接软件还处于研究阶段,主要应用于科研领域。下面具体来介绍一下三种常用的可视化软件。

2.1 Rocks Viz Roll

Rocks是有美国加州大学圣地亚哥超级计算中心研发的集群操作系统软件,基于免费的Cent OS软件,能方便快捷的搭建自用的集群软件。Rocks的各个软件功能模块,都是作为一个功能块(Roll)来进行加载,在可视化方面,在很早的版本,Rocks就推出了Viz Roll可视化功能块,用于实现Rocks基础上可视化。

Rocks主要支持Open GL的应用程序,硬件上它不仅使用了对Open GL支持较好的NVidia芯片,软件上它还包含了专用于NVidia芯片的Cg软件和Chromium、GL UT、DM X等Open GL软件,另外还包含了使用Wir e GL技术来实现的NC SA Pixel Blaster动画加速程序。为了更好的演示Open GL程序,还集成了Glaxium、DOOM等模拟程序。

Viz Roll采用了开源软件DMX(Distributed Multihead X,http://so u r c e f o r g e.n e t/p r o j e c ts/d m x)作为其图形拼接软件,DMX的主要功能是整合多台集群节点、多块显示卡、多个显示器,创建出一个统一的X11桌面,最终得到一个大尺寸、高分辨率的显示桌面。

Viz Roll可视化软件对Open GL应用程序的加速渲染进行了特殊的处理,能够很流畅的显示Open GL图形渲染。Viz Roll实际上是一种图像分割,所有的渲染和计算工作在主节点进行,所以该系统对前端控制机器的硬盘要求较高。该软件环境下,可运行Q m v i e w、P y m o l等生物学专业软件。

2.2 SAGE

SAGE(Scalable Adaptive Graphics Environment)是由美国芝加哥大学电子可视化实验室(EVL)开发,采用图像流技术架构实现百万级别以上的显示像素能力的协同科研可视化环境,用于高清视频和图像的可视化研究。

SAGE的软件相对单一,它所支持的软件均需要在SAGE函数库支持下运行,需要额外的开发。EVL实验室提供了大多数常用软件的下载,包括用于高分辨率图片拼接的Juxta View并行软件、用于播放视频的MPlayer软件等。

2.3 CGLX

CGLX(Cross-Platform Cluste Graphic Library)是由美国加州大学圣地亚哥分校电信和信息技术加州研究院开发,是一种可扩展、透明的基于Open GL图形框架的高性能分布式可视化系统。它主要为了解决在集群环境下计算和快速渲染基于Open GL的各类可视化应用。

在CGLX中,集成了多种应用软件,用于实现高清图片显示、高清视频播放,支持Open GL应用程序播放。CGLX还提供了类GLUT的接口,用户可方便的对多屏显示墙显示软件进行操作。

除CGLX核心引擎(CGLX Core Engine)外,CGLX环境下的可视化应用软件还包括M edia Viewer、Tiff Viewer、Video Blaster、CISA3 Multilayer Image Viewer、OBJViewer、OSGVie wer等,用于实现该环境下的图片、视频的并行同步渲染和处理显示。

3 多屏显示器可视化应用

基于多屏显示器可视化环境,既包括Pymol、Qmview、Juxta View,M P l a y e r等一系列专业可视化软件,也包括建立在这之上的包括分子结构显示、Open GL应用、高分辨率图形拼接显示、流媒体显示等在内的一系列应用,包括开发和研究“高分辨率地理航拍图像显示”、“台风云娜模拟视频显示”、“高分辨率天文图像拼接显示”和“禽流感病毒的三维分子结构显示”等应用的完整演示方案。下面具体进行描述。

3.1 高分辨率地理航拍图像显示

高分辨率地理航拍图像是多屏显示墙可视化环境的一个优势应用。地理航拍图像具有连续性、大数据量等特点,分辨率较高,通常是有一系列图片拼接而成,而基于集群系统的多屏显示墙可视化环境正好能满足图像显示的需要。基于SAGE环境下的Juxta View软件以及并行环境,可以快速的显示由多块高分辨率图像组成的地理航拍数据显示。理论上,只要多屏显示墙足够大,可无限地处理和显示地理航拍图像数据。

3.2 台风云娜模拟视频显示

高分辨率视频显示也是多屏显示墙可视化环境的一个常见应用,采用SAGE环境下的MPlayer方案。经过移植的MPlayer软件,可以在多屏显示墙环境下,对处理的图像进行重新分屏,从而实现多个屏幕同步显示高分辨率视频图像。台风云娜模拟视频采用了大气物理所的研究实验成果作为视频显示的素材。

3.3 禽流感病毒的三维分子结构显示

生物分子动力学结构显示也是可视化技术的一个重要应用,也是多屏显示墙环境的一个重要应用。本论文的三维分子结构显示主要采用了被禽流感病毒感染的分子数据,在Rocks Viz Wall的DMX软件环境下,基于Pymol软件开发完成。在多屏显示环境下,可操作Pymol软件完成针对分子的各类操作,包括旋转、放大缩小、改变显示模式等。对科研人员研究显示和研究三维分子结构具有非常重要的指导意义。

4 结束语

本文在研究多屏显示墙可视化技术基础上,对于国际前沿领域高分辨率多屏显示墙可视化软件进行了研究和对比,介绍了多种可视化显示框架和软件,并应用于实际科研领域,对传统的可视化研究具有非常重要的指导意义。

本文对多种多屏显示墙可视化应用进行了研究并给各学科领域的可视化显示应用提供了实例基础,在中国科学院多个项目中已进行了充分的论证和演示。未来通过对多屏显示墙可视化应用更加深入的研究,将进一步推动中国科学院多学科领域可视化显示应用的发展。

参考文献

[1]SAGE.http://www.evl.uic.edu/cavern/sage/.

[2]Rocks.http://www.rocksclusters.org/.

[3]CGLX.http://vis.ucsd.edu/~cglx/.

[4]AndrewS.Tanenbaum,Maartenvan Steen.分布式系统-原理与范例(影印版).清华大学出版社.2002年9月

[5]ThomasA.DeFanti,GregoryDawe,DanielJ.Sandin,JurgenP.Schulze,PeterOtto,JavierGirado,FalkoKuester,LarrySmarrandRameshRao,The StarCAVE,athird-generationCAVEand virtualrealityOptIPortal.Future GenerationComputerSystems,Volume25,Issue2,Feb.2009,pp.169-178.

[6]Renambot,L.,Rao,A.,Singh,R.,Jeong,B.,Krishnaprasad,N.,Vishwanath,V.,Chandrasekhar,V.,Schwarz,N.,Spale,A.,Zhang,C.,Goldman,G.,Leigh,J.,Johnson,A.SAGE:the ScalableAdaptiveGraphicsEnvironment.ProceedingsofWACE2004,Sep.2004.

校园光缆资源的可视化管理研究 第11篇

摘 要：针对高校校园网光缆资源管理需求，采用百度地图应用服务接口和Ajax与jQuery技术，在Apache+PHP+MySQL的开发环境下，设计并开发了一款校园光缆资源的可视化管理系统。实现了光缆资源与光缆部署信息查询，光缆段端点标注，光缆段端点的增、删、改等可视化管理，为建设基于地理信息系统的各类管理平台提供了借鉴。

关键词：百度地图API；光缆资源；可视化

中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）09-0064-04

一、引言

高校光缆资源是高校校园网基础设施的重要组成部分。[1]随着高校校园网快速发展，光缆的数量不断增加、铺设年代不同、标识复杂，特别是光缆大都埋在地下，给管理者带来了很大的困难。如何全面地掌握校园网光缆分布、准确定位校园光缆走向位置和了解校园网光缆资源的利用率，以便调配光缆资源、为持续建设提供依据，是当前急需解决的管理问题。

电子地图的发展已经成熟，使为高校建立一个可视化的光缆资源管理系统成为可能。利用百度地图API，设计实现校园光缆资源可视化管理，不仅能准确地定位校园光缆的物理位置和建筑物的距离关系，突破传统纸质资料管理的局限性，也是推进智慧校园建设，提供智能感知和智能服务的有效途径。[2]

二、关键技术

本系统基于百度地图API构建地理信息平台，采用JavaScript语言，结合Ajax技术和jQuery框架实现系统页面对本地数据的无刷新请求。系统页面利用Ajax向服务器发出Get/Post请求，服务器返回JSON格式的字符串，页面收到后利用jQuery处理JSON格式的字符串，再反馈给用户。采用Ajax和jQuery能有效解决平台间数据通信的效率问题，并能将应用层与数据层分离。

1.百度地图API介绍

百度地图API是百度公司为开发者提供的一套由JavaScript脚本语言编写的地图应用接口，[3]它将开发平台与地理信息数据捆绑，把复杂的GIS底层逻辑信息进行封装，[4]用一种可视化的方式提供地图服务，帮助开发者在网站中构建功能丰富、交互性强的地图应用程序，而不必了解地图开发细节，降低了开发地理信息系统的难度。其API中包含多种开发工具与服务，如地图、控件、事件和覆盖层等，能够提供地图展示、定位、搜索、路径导航、云存储等功能服务，满足了相关地图信息开发者的需要。

本系统采用百度地图JavaScript API v2.0，与之前版本相比，只需要申请密钥就可以无限制使用。在嵌入了百度地图的网页中，通过API接口调用存储在本地数据库中的校园地理信息和光缆资源信息，完成光缆资源管理等操作。

2.Ajax、JQuery简介

Ajax是在不重新加载网页的情况下，服务器与后台数据库进行少量数据交换，实现网页异步更新的一种WEB应用技术。[5]将Ajax和HTTP的GET/POST请求相结合，使用户操作与服务器响应之间具有相对的独立性，页面显示流畅，用户体验好。

jQurey是轻量级的JS库，有很多成熟的插件可以使用，为网页开发提供了功能强大的动画效果。[6]本系统采用jQuery UI插件，使前台页面具备任务分层列表的可视化功能。用户第一次访问网站之后再次访问时，会在缓存cookie中加载jQuery，这样可减少页面加载时间，提高访问速度。

三、校园光缆资源分析

光缆施工图纸及建设合同中包含了光缆铺设中的重要信息，详细记载了光缆的类型、数量、长度、芯数、用途及施工时间等。因此，光缆施工合同及竣工图纸是获取光缆原始信息的主要途径。与光缆资源相关联的还有通信井、电线杆、相邻建筑物等，这些是光缆段的端点或者经过的节点，是光缆资源管理中必不可少的重要信息。汇聚点、熔接点、电线杆、通信井、拐点、光缆终端统称为光缆段端点。光缆段端点之间的光缆链路组成光缆段，光缆是由光缆段组成的，每条光缆包括一定数量的光缆段。表1是某校园网光缆资源的汇总情况。

明确了光缆的汇聚点、熔接点、拐点等位置信息后，利用坐标拾取工具API获得对应光缆段端点位置的实际经纬度坐标，连同光缆段端点详细信息一起存储到数据库中。用户查看某一物理位置的光缆时，服务器调用数据库中该光缆段端点的经纬度坐标，并把此值作为Polyline方法的参数传送给百度地图API，将光缆以直观的方式显示在百度地图上。

四、系统设计

本文立足校园网络中心运行室的工作需求，设计开发一款校园光缆资源可视化管理信息系统，满足管理者掌握校园光缆资源信息的需要。

1.系统架构

本系统采用B/S体系结构。通过HTML+CSS技术展示可视化查询界面，可以直接进行地图浏览和光缆资源综合查询。利用Think PHP框架和jQuery DWZ的UI框架实现光缆资源管理功能，管理员登录成功后可以进行用户和光缆资源管理。系统整体结构如图1所示。

2.系统功能设计

校园网光缆资源管理系统的功能设计必须围绕校园网日常维护工作内容展开。如图2所示的系统功能模块，整个系统的功能主要概括为以下三个方面。

（1）用户管理。用户管理采用基于角色的用户权限管理模式。系统管理员具有用户信息管理、角色分配、指定分组权限。普通用户具有登录、修改密码权限、信息查询。

（2）光缆管理。光缆管理分为光缆段管理和光缆段端点管理两大功能模块。

光缆段管理功能实现光缆段的信息修改、添加、删除等操作，并在地图上显示和查询光缆段铺设情况。当用户首次新增某两个端点之间的光缆段时，必须要同时添加这两个端点之间的邻接关系且保证数据库中存在这两个端点，否则需要新增两个端点的信息才能新增光缆段。

光缆段端点管理是指光缆段端点在地图上的经纬度标注及信息查询，包括光缆段端点信息的增、删、改操作。如果要删除某一光缆段端点信息，系统检查该端点是否有对应的光缆段存在，若存在，需要删除所对应的光缆段后才能删除该端点信息。只有管理员拥有光缆资源信息的写操作权限。

（3）光缆资源综合查询。光缆资源的查询分为光缆段端点查询和光缆铺设路径查询。光缆段端点查询是查询单个或单类型的光缆段端点信息，用户通过菜单点击选择所要查询的单个或者单类型光缆段端点名称，查询其在地图上的具体地理位置和相应属性信息。

光缆铺设路径查询是通过点击菜单选择任意两个光缆段端点查询校园网中的光缆资源，在地图中显示所要查询的光缆走向情况，包括光缆链路经过的光缆段端点情况。用户可看到每条链路上有哪些类型的光缆、多少跳接点、何种光缆段端点等信息。

3.数据库设计

数据库设计主要分为用户数据库表设计和光缆资源数据库表设计。

系统用户管理模块是基于角色的用户权限管理，在数据库中创建用户表、角色表、权限表、节点表和角色-用户表。为了系统的安全性，不同角色的用户具有不同权限，通过角色的分配来控制权限，使用起来方便灵活。根据各个表之间的关系设计出用户数据库表，其表关系如图3所示。

每条光缆段都具有两个不同位置的端点，因此要准确定位光缆段，就需要确定光缆段的两个端点位置及其类型。而对光缆的查询，也需要明确光缆段端点的信息。当首次添加新的光缆段时，需要在下拉菜单中选择光缆段起点和光缆段终点，若下拉选项中没有符合要求的起点和终点，则要在系统中添加光缆段端点信息；当用户要删除某一光缆段端点信息时，系统会检查该光缆段端点是否仍有对应的光缆段存在，若存在，要解除该光缆段后再进行删除操作。

因此本系统需要在数据库中创建光缆段端点表、光缆段端点分类表、光缆段表、光缆类型分类表，其表关系情况如图4所示。

五、系统实现

本小结简单展示并说明光缆资源的可视化管理系统的功能，以光缆管理功能和光缆综合查询功能为例，展示系统功能的实现界面。

1.光缆管理功能

光缆管理分为光缆段端点管理和光缆管理。光缆段端点管理功能实现了光缆段端点的新增、删除、修改、导出光缆段端点excel表和光缆段端点类型的新增、删除、修改，图5为新增光缆段端点信息的实现界面；光缆管理功能实现了光缆的新增、删除、修改、导出光缆段excel表和光缆类型的新增、删除、修改功能，图6为光缆段管理界面。

2.光缆综合查询功能

（1）光缆段端点查询的实现

光缆段端点查询分为单点查询和单类型查询。单点查询如图7左侧所示，选择浏览器左侧导航栏的光缆段端点分类中的某一类，查询相应的光缆段端点具体信息，则会在地图上显示该光缆段端点的地理位置和相关信息；单类型查询如图7右侧所示，选择某一类型查询相应所有光缆段端点分布情况，在地图上用鼠标点击相应光缆段端点则会显示该端点的信息窗口。

（2）光缆路径查询的实现

光缆路径查询是系统的重要功能，按照实际的光缆铺设情况，我们可以将校园网中的光缆拓扑结构抽象为一个无向连通图。其中无向连通图的节点为光缆段端点，光缆段则对应无向连通图的边。

该无向连通图是光缆路径查询的基础。采用邻接表的方式存储相关联的信息，从数据库中将起点的所有相邻节点遍历出来，若在遍历中发现其有的相邻点均不存在到达终点的路径或者有环路现象存在，则返回到原来的节点继续遍历，直到发现到达终点的路径后停止遍历，将当前已经寻到的路径保存到栈里，每寻到一条光缆段路径，则进行转存，作为结果进行输出。

根据以上查找，可以得出起点到终点的所有路径及每条路径经过的节点，并利用百度地图API的地图覆盖物的Market（标注）、Polyline（折线）和InfoWindow（信息框），从而在百度地图上展示出从起点到终点的路径集合，实现光缆路径可视化查询功能。

该功能的实现界面如图8所示，例如查询从学生十楼到北门光缆接入点之间的光缆，该条路径包含了途经所有的光缆段及光缆段端点，在地图上使用不同光缆段的类型用不同颜色的线表示。光缆路径查询功能能够帮助校园网管理人员获得校园网光缆信息及铺设情况，通过可视化的方式精确掌握光缆使用情况，避免传统方式下查询繁琐、效率低的弊端，从而减轻工作量，提高工作效率。

结束语

本系统基于百度地图API，使用PHP、JavaScript语言，结合Ajax与jQuery开发了光缆资源可视化管理信息系统。该系统针对光缆资源地理信息的特殊性，以实际需求为导向对系统功能、数据库表进行设计，通过可视化的方式实现了光缆管理与光缆资源综合查询功能。

参考文献：

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[2]李艳，高扬.基于地图API的Web地图服务及应用研究[J].地理信息世界，2010（2）：54-57.

[3]百度地图API开发指南[EB/OL].http：//developer.baidu.com/map/jsdemo.htm#c1_15.

[4]李治洪.WebGIS原理与实践[M].北京：高等教育出版社，2011.

[5]李志秀，张军，陈光，杨丽红.JQuery Ajax 异步处理JSON数据在项目管理系统中的应用[J].云南大学学报（自然科学版），2011（s2）：247-250.

[6]曾江峰.基于百度地图 API 的门店信息搜集系统设计与实现[D].华中科技大学， 2013.

[7]刘宏磊，李一鸣，贺欢，韩博.掌上迎新系统的设计与实现研究[J].中国教育信息化（高教职教），2012（2）：57-60.

园艺植物可视化的研究现状 第12篇

1 目前园艺植物可视化研究中使用的技术

1.1 通过参数化了解各类植物的具体情况

在目前的园艺植物的研究工作中, 农学工作者根据建模的方式实现参数化的管理, 通过此技术提取植物立体结构的特征, 了解各类植物的具体参数和结构的特征, 加深对拓扑规律的理解。农学工作者通过参数化的建模形式, 掌握不同种类植物的体积大小、体征特点和基因排列的相关数据, 从而完成植物的几何模型的构建。此外, 结合植物相互式设计的应用, 对植物的花朵、叶片及果实等方面进行细致的可视化的研究[1]。

园艺植物的种类众多, 各类植物的树叶都有着自身的特点, 形态和颜色都是其识别的重要根据。目前, 我国园艺植物的叶片的主要形态有椭圆形、流线型、锯齿形和披针性等。根据各种参数, 实现对植物的三维构图, 优化植物叶片的曲面。因为园艺植物的器官的曲面具有较为复杂的特点, 参数化的建模可以展现出植物形态的多样性, 可以进行更精细的建模。目前, 我国的农学研究者通常采用的方式是先建立一个植物的器官模型, 然后根据植物的拓扑结构, 提取植物的果实和分枝等具体的参数, 实现正株植物的模型。

1.2 双尺度的自动机科学原理可以模拟园艺植物的动态生长

在园艺植物的参数化的建模工作基础上, 农学工作者根据园艺植物的果实、根茎和藤蔓等数据模型, 利用双尺度的自动机科学原理对植物的动态过程进行模拟。例如, 在甜面瓜的可视化模拟中, 农学工作者根据甜面瓜的主要生长状态, 提取甜面瓜的器官的立体模型的具体参数, 通过模板技术的支持, 最终实现了甜面瓜的立体结构和器官的交互设计, 实现了甜面瓜的动态生长过程的模拟。园艺植物的动态生长研究为研究园艺植物的具体结构提供了技术支持[2]。

2 目前园艺植物的可视化研究工作取得的成果

2.1 三维立体的模拟更具有真实感

在进行园艺植物的可视化工作时, 可以使用真实的模拟系统, 并利用现代化手段进行辅助, 保证实验结果的准确性;同时, 在实际操作的过程中, 还可以使用相对复杂的植物结构。这样能够在结果展示中呈现出不同类型的几何模型;并且使用真实的模型手法进行不同类型的展现, 其中包括:纹理映射、细节模拟还有物理模拟。在其技术的使用情况上, 主要需要通过对于园艺植物颜色的处理等手段, 直接在植物上截取有效的信息, 这也是模拟系统的主要使用方法, 同时这种方法也能够进行真实有效地对造型修补。这些都是园艺植物中的三维立体模拟[3]。

2.2 交互式设计的全程模拟应用

在园艺植物可视化的发展过程中, 想要简单便捷地制作出植物几何模型, 还需要对于其设计的方式与相应的实验手段进行重点的分析, 并对于这一方式进行全方位、全过程的模拟, 这样的方式对于园艺数字化有着比较深远的现实意义。而交互式植物结构的设计中, 其软件的使用刚好模拟了植物的各种形态。在具体的操作过程中, 数字方式可以对参数进行较为准确的记录, 能够进行资源整合, 这也是园艺植物在使用和可视化过程中非常重要的参数和实验手法。同时用户还能够通过交互式的调整, 针对植物的各种形态和图形的建立, 使用融合计算方式, 利用图形的原理实现列状模拟的效果, 更加良好地实现园艺植物的可视化方式和现象[4]。

2.3 园林艺术可视化前景研究展望

现阶段, 虽然园林艺术的可视化发展情况得到了长足进步, 且很多可视化技术已经发展到了一定的程度, 但由于对园艺可视化工作的研究起步相对较晚, 因此园艺植物的可视化方面依然存在着技术方面的不足, 与没有达到预期效果。所以还需要针对这种情况进行详细的分析和研究, 以保证其能够满足展示和游戏制作的最终目标, 把植物建模的使用良好地应用在实验过程中, 但这一点对于研究自然环境和植物的影响中依然存在着不足之处, 还需要长远发展才能够保证植物可视化效果的进步, 以此促进社会的长久发展。

3 结语

根据以上探讨和分析的内容能够看出, 在数字化角度中能够看出, 针对不同植物和结构的模式构建几何模型, 可以大幅提高园林艺术和园艺植物的模型的真实感觉, 并且把数字化内容不断引入到园艺植物的可视化研究范围之内, 还需要在根本上构建园艺植物的群体结构;同时, 使用数字化方式模拟园林植物的群体化结构, 建造出现代化的模拟方式, 这样才能保证农场场景制作的准确性和有效性;同时, 蔬菜的栽培及花卉的种植和管理中如果使用数字化软件, 也能够更加准确、快速地推动园艺植物可视化的发展进程, 促进园林艺术数字化的发展。

参考文献

[1]刘玉博.基于Cite SpaceⅡ的植物科学知识图谱可视化分析[J].情报探索, 2013 (11) :17-21.

[2]汤箬梅, 杨莉.美国路易斯安那州立大学风景园林研究生课程体系与职业认证研究[J].高等农业教育, 2015 (12) :123-127.

[3]刘冬梅.国内现代农业可视化分析——基于Citespace图谱计量分析[J].农业图书情报学刊, 2016 (9) :51-54.