番茄生境信息時空數(shù)據(jù)可視化方案設(shè)計

劉文秀 韓鑫

溫室大棚生境質(zhì)量的好壞可以在某種程度反映出作物的生長發(fā)育情況和產(chǎn)量大小，因此，溫室大棚生境信息時空數(shù)據(jù)可視化具有重要的現(xiàn)實意義。

隨著科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，研究學(xué)者開展了許多關(guān)于溫室大棚生境信息的監(jiān)測方面的研究。侯加林等設(shè)計了一款移動式溫室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，滿足了溫室大棚生境信息監(jiān)測要求，同時實現(xiàn)了精準(zhǔn)的定位數(shù)據(jù)。單業(yè)榮等設(shè)計了智能溫室遠(yuǎn)程控制平臺，通過3D可視化效果實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互漫游。李惠玲等研發(fā)了適用于溫室高架栽培作物的軌道式移動檢測平臺，可采集生境信息，實現(xiàn)提取作物生長信息。杜克明等建立了物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與WebGIS空間數(shù)據(jù)點面數(shù)據(jù)融合的農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

上述的研究內(nèi)容側(cè)重于溫室大棚生境信息數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測，基于作物生長過程的多視圖和多維空間數(shù)據(jù)分析和可視化方面仍存在不足。因此，本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，建立多視圖、多維時空數(shù)據(jù)可視化方法，實現(xiàn)了生境信息與三維場景交互漫游，為表達(dá)時間和空間上的信息全面感知數(shù)據(jù)、深度挖掘空間數(shù)據(jù)提供了更多的可能。

Web頁面是種植管理者獲取數(shù)據(jù)信息的主要入口，它也是數(shù)據(jù)可視化內(nèi)容呈現(xiàn)和交互的主要載體。針對番茄種植管理者對地理位置和數(shù)據(jù)可視化的需求，研發(fā)基于WEB端的溫室大棚生境信息時空數(shù)據(jù)可視化平臺，功能模塊劃分為四個部分：溫室大棚三維場景交互漫游、溫室大棚生境數(shù)據(jù)空間分布可視化、溫室大棚生境多維數(shù)據(jù)同步可視化、溫室大棚生境感知數(shù)據(jù)二維折線圖數(shù)據(jù)可視化。實現(xiàn)了種植管理者可以對同一個數(shù)據(jù)對象在不同視圖中采用不同的可視化表達(dá)，也可以對不同但關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)對象采用相同的可視化表達(dá)，有利于種植管理者在不同的角度和不同的顯示方式下觀察數(shù)據(jù)特征。

一、溫室大棚三維場景交互漫游

此功能模塊可直接查看溫室大棚三維場景以及各傳感器采集的數(shù)據(jù)信息。通過融合多種數(shù)據(jù)三維建模技術(shù)、快速對溫室大棚內(nèi)部三維模型進(jìn)行搭建，除此之外，還有溫室大棚內(nèi)模型所在位置的地理位置信息。界面可全方位、多角度地展示溫室大棚內(nèi)部場景，實現(xiàn)平臺預(yù)設(shè)管道展示、植株觀察模擬、實時顯示生境感知系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)三個交互效果。通過添加3D視覺效果及交互漫游，使種植管理者沉浸式感知溫室大棚內(nèi)部環(huán)境數(shù)據(jù)空間分布情況。

二、溫室大棚生境數(shù)據(jù)空間分布可視化

該模塊主要通過溫室大棚生境信息感知系統(tǒng)采集到的環(huán)境參數(shù)信息是與溫室大棚內(nèi)空間位置緊密相關(guān)的。僅查看某一個信息感知系統(tǒng)采集的各傳感器數(shù)據(jù)很難全面反映溫室大棚內(nèi)部的情況，因此，需要從一個宏觀的、全面的角度對感知的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行空間分布情況的分析。本文通過依據(jù)生境感知系統(tǒng)的坐標(biāo)直接標(biāo)識在溫室大棚的正射影像地圖上，則數(shù)據(jù)類型、數(shù)值大小依據(jù)不同顏色和顏色的深淺來表示。

三、溫室大棚生境多維數(shù)據(jù)同步可視化

該模塊可實現(xiàn)多維溫室大棚生境信息環(huán)境參數(shù)與地理數(shù)據(jù)的同步展示。針對散點圖可視化維度信息可視化的不足，在三維空間中進(jìn)行數(shù)據(jù)散點圖可視化，同時將地圖疊加在三維圖中。這種數(shù)據(jù)可視化效果能給出數(shù)據(jù)全局信息和數(shù)據(jù)空間分布信息。

四、溫室大棚生境感知數(shù)據(jù)二維折線圖數(shù)據(jù)可視化

為了方便用戶更多角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在平臺上增加了二維折線圖數(shù)據(jù)可視化展示，同時與生境信息感知系統(tǒng)傳感器實時數(shù)值、空間分布數(shù)據(jù)協(xié)同可視化數(shù)據(jù)展示，平臺實現(xiàn)多視圖協(xié)同的方法，種植管理者不僅感受數(shù)據(jù)在空間上的交互，也可以掌握數(shù)據(jù)整體變化趨勢。

生境信息時空分布可視化直觀地展示溫室大棚生境數(shù)據(jù)的時間和空間的內(nèi)部聯(lián)系和規(guī)律，可以及時依據(jù)番茄溫室大棚生長環(huán)境的特點及時做出反饋和調(diào)節(jié)，從而保證了番茄在健康的環(huán)境下快速生長，提高番茄作物的產(chǎn)量，增加農(nóng)民收入，同時改善了溫室大棚的管理和生產(chǎn)。但是我們?nèi)孕枰钊胪诰驍?shù)據(jù)的潛在價值，構(gòu)建基于作物生長過程的決策模型，加大推進(jìn)大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)相融合。

（作者單位：山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院）