時間:2023-06-15 17:26:37
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇可視化技術研究,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】房產測繪信息;三維可視技術;Web環境;房產測繪; 三維技術
中圖分類號: P2 文獻標識碼: A 文章編號:
一.引言
房產測繪是運用測繪儀器、測繪技術、測繪手段對測定房屋、土地及其周圍的自然狀態、位置、數量、質量和利用狀況進行專業繪制。三維可視化技術是對房產測繪的表達工具,是通過模型的建立和三維空間的組合,顯示和描述房產狀況的一種工具。Web環境的引入是對三維可視化技術的延伸,是通過瀏覽器對房產測繪信息的擴展,這突破了地域的限制。目前,國外的Google 地球(Google Earth)軟件,可以通過互聯網瀏覽地球任意一個地方,我國國內很多城市都通過網絡了3D城市地圖,真正做到足不出戶,便知天下。三維可視化技術的應用,擴大了人們的視野。但是由于房產測繪信息三維可視化技術本身就是非常復雜的技術,加上Web環境下的不同干擾因素,使得房產測繪三維可視化技術在Web環境中還存在諸多問題。
二.現階段Web環境下房產測繪信息中三維可視化技術的應用。
Web環境下的房產測繪信息的三維可視化是在GIS地理信息系統、GPS全球衛星定位系統、RS遙感系統、VR全景技術等基礎上,以房產建筑進行三維建模,綜合區域其他資源和信息,通過Web互聯網環境,形象直觀的顯示房產相關信息的技術。
Web環境是具有交互性的,在Web環境中,用戶通過填寫FORM表單向服務器提交請求,服務器根據用戶的請求返回相關信息。在房產三維可視化技術中,房產測繪信息是具有區域性的,在Web環境下,這一區域就是用戶希望看到的,所需要了解的區域,即感興趣區域(AOI)。房產測繪信息通過WebGIS的支持,在互聯網的瀏覽器中顯示房產的相關信息,用戶通過FORM表單選擇請求了解的區域,客戶端將請求提交給信息處理服務器,服務器在收到請求后,將該區域內的房產信息進行實時建模,自動構建區域內的三維場景,在構建完成后,將區域內的三維場景的數據包返回給客戶端,客戶端實時顯示區域內的三維場景,滿足所希望了解的需求。這是基于B/S模式的常規數據流方式,是房產測繪信息的三維可視化技術在Web環境中的基本工作流程。
在計算機交互式圖形處理中,一般的實時動畫需要圖形刷新頻率為每秒25-30幀,這也要求在建模和繪制等數據處理中必須在17μs內完成,這促使在三維建模的效率和數據處理策略上都要有高要求。由于房產測繪的三維場景中包括幾何模型、紋理和屬性等數據,這導致數據量的增大,由于網絡帶寬(固定時間內,能通過的最大位數據)的制約和網絡吞吐量的原因,對三維可視化技術的效果響應速度造成很大的影響。
在Web環境一致的情況下,房產測繪信息三維可視化技術的網絡響應時間受建模的效率和數據量的影響。房產測繪信息量巨大,在建模中需要表述的因素也較多,而且由于房產的差異性,導致建模工程量大。由于三維可視化技術在房產測繪信息上技術的不足,導致在處理策略上缺乏經驗,由此產生的是數據量的巨大。在房產測繪信息三維可視化場景中的WebGIS自動構建存在較多的難題,這些因素都阻礙了三維可視化技術的功能完善和快速發展。
目前,在可視化軟件上一般采用IBM Visu-alization Data Explorer和Open In-ventor等可視化系統,在建模時,要根據數據模型需要進行合適的轉換。由于這些軟件開發周期長、需要投入大量資金,同時數據的兼容性較差,開發成果無法實現網絡,這些問題都造成房產測繪信息的三維可視化信息傳遞滯后,造成信息失效。
目前很多房地產網站開始推出通過互聯網遠程三維看房的業務。用戶通過WebGIS瀏覽,獲取小區的建設、樓盤的顯示等場景信息,對于小區綠化和公共資源等信息則需要通過文字介紹進行了解,由于提供的資料有限,用戶無法根據自身需要,了解自己想知道的信息。
三.Web環境下房產測繪信息三維可視化技術的發展。
1.模型庫的建立。
模型庫是對單個模型的資源綜合,是存儲模型的資料庫。在房產信息三維可視化中,是以房產基礎-地形信息為對象,以分散實體為單位進行構建的,這其中房屋是最主要的組成部分。在三維模型構建時,可針對具體房屋,預先建立房屋模型。對單個對象建立多種式樣的模型,如不同類型的屋頂、不同結構的房屋、風格迥異的建筑物等,將這些模型進行分類整合,便于在進行建模時可參考調用。模型庫建立后,三維場景是通過模塊的“搭積木”進行參數組合,完成建模。在三維模型庫中,服務器端的工作從單個模型的建立變成了模型的組合,通過預先的模型建立,可以節省建模時間,有效提升建模的效率,這符合Web環境中實時構建的需要。
在模型建立后,要對附加信息進行表述,如小區綠化資源、配套設施情況等,將三維場景和二維房產平面圖進行結合,將實體的屬性信息和實體場景進行整合。對小區樓盤的地理位置等,進行合理的表述,提高房產測繪信息三維可視化的實用性。
2.服務器端數據處理。
通過預先的模型數據庫的建立,可以實現實時建模,同時也可減少網絡響應時間,但這對于服務器端提出了高要求。對于模型庫來說,資源需要越多越好,信息量越大越好,資源越多越能實現實時構建的準確度,信息量越大越能完善信息程度,這無疑就加重了服務器的負擔。在服務器端,要對數據存儲量要進行合理的壓縮和整合,對數據的安全性能要加強。
3.房產測繪信息三維可視化的實時構建與實時顯示。
通過模型數據庫的建立提高了建模的速度和效率,在優化網絡結構和擴大網絡吞吐量的條件下,對軟件實時進行改善。通過WebGIS平臺的支持,對房產的三維實景可以快速、有效、及時的通過Internet Web給用戶實時顯示,這要求對房產測繪信息的管理模式和應用范圍、展示的方法和產品等方便進行改變。
模塊化的模型數據應用,可通過模型庫的單個模型的調用,利用相同的基礎數據,進行快速建模。對模型庫中的模型要建立參考復用的數據庫,這樣可便于在建模時加快建模速度。依據實時信息,對用戶需要了解的信息進行分析處理,通過信息的調用、建模、,對房產測繪信息進行三維可視化實時顯示。同時要對場景進行多方案開發,便于用戶從不同的視角進行瀏覽、鳥瞰、飛行房產三維場景,以此來滿足用戶的多方面需求。
模型庫的參考復用不能是簡單的復制拷貝,對操控的多級復用,要設置一個參考指針,通過指針復用三維模型,通過參考復用的參數化指針調用,可以在很大程度上降低數據冗余,最大限度的減少三維場景數據量。
四.結束語
Web環境下的房產測繪信息三維可視化技術從出現到完善,需要一個長期的過程,隨著計算機技術和互聯網技術的快速發展和進步,房產信息的Web三維可視化將真正實現實時化、情境化、真實化、實用化。
參考文獻:
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[2] 崔洪,葉小飛 房產測繪三維場景數據網絡關鍵技術研究[期刊論文] 《科技資訊》 2012,(23)
[3] 寇付友 房產測繪三維場景數據網絡關鍵技術研究 [期刊論文] 《科技資》2012,(16)
【關鍵詞】大數據;三維場景;快速可視化;LOD;GPU
1 引言
地理信息系統(Geographic Information System,GIS )是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統,是分析和處理海量地理數據的通用技術。隨著人們對GIS行業越來越深入的了解,伴隨著計算機軟、硬件技術和通信技術高速迅猛的發展,GIS已然滲透進入國民生產的各個行業和國民生活的各個方面。然而傳統的GIS技術仍然存在著明顯的缺陷,主要表現為它以處理二維信息為主,把連續分布的三維現實世界抽象成二維的數字信息,不能給人以自然界三維空間真實物體身臨其境的感受。三維GIS是GIS技術發展的重要領域,是進行全方位、多層次、多要素時空分析的基礎,開發結構簡單、功能完善的真三維GIS軟件是當前GIS研究人員的重要目標。由于空間數據具有的數據量龐大、內容豐富等特點,使得三維GIS中要處理的空間數據量遠遠超出了當前計算機硬件所能處理的能力,該特點已經成為了三維GIS可視化的制約性因素。
層次細節(Level Of Detail, LOD)思想提供了一個解決龐大數據量與快速可視化問題A方向LOD技術主要是根據人眼的視覺原理,一個物體距離人眼越遠,人眼看到該物體的細節也就越少,因此系統就可以將距離觀察點較遠的物體用較粗粒度的模型來代替,從而在不降低視覺效果的前提下大幅度降低了計算機需要處理的數據量,解決了系統的實時動態顯示效果。在同樣大小的顯示范圍內,采用LOD技術可以使數據處理量基本保持不變,這一特性對海量空間數據的實時三維可視化是非常重要的。
近年來,隨著計算機圖形處理器(Graphic Processing Unit, GPU)的計算能力的提升,極大的提高了計算機圖形處理的速度和圖形生成的質量。GPU技術的極速發展一方面提高了圖形處理的計算速度,另一方面還促使了一些與圖形處理相關的硬件技術的進步,比如:具有可編程的像素處理模塊和具有頂點處理功能的圖形硬件@染管道。在3DGIS可視化方面,LOD模型正朝著與GPU集成的方向發展,建模的方法已經不再是逐個選擇某個多邊形進行繪制,而是在大量的多邊形組中選擇一組進行批量繪制,建立適合于現代GPU處理的LOD框架,不再追求盡可能的減少多邊形的繪制,只要能達到硬件的繪制要求即可。
本文基于對LOD與GPU技術的研究,設計并實現了一個3DGIS平臺,并利用該平臺解決了海量空間數據實時三維可視化問題。
2 LOD金字塔構建
本文使用的LOD金字塔模型是基于四叉樹結構,以分層分塊的方式構建的。利用這種方式組織的金字塔模型具有以下特點:
(1)對于樹中任意相鄰的層,從上到下,分辨率呈雙倍遞增關系,這樣可以很方便的使用四叉樹索引技術進行快速定位。
(2)樹中每個節點對應一塊區域,這樣可以直接提供不同分辨率的數據而無需實時重采樣。
在構建金字塔時,首先把原始柵格數據作為金字塔的底層,并對其進行分塊,形成底層瓦片矩陣。在底層的基礎上,從左下角開始,從左至右、從下到上按每2×2個像素合成一個像素的方法生成像素矩陣,并進行分塊,形成上一層瓦片矩陣。
分層分塊后的文件命名要能反映出數據所在層數和數據的坐標信息,本文采用如下命名規則:Dataset Name\Level of LOD\FileX\ FileX_FileY.abc,其中,Level of LOD為數據所在金字塔模型的層號,FileX為塊的行號,FileY為塊的列號。利用該規則可以實現文件名與文件坐標之間的換算。
3 GPU高速并行計算
圖形處理器(Graphic Processing Unit,GPU)是一個專門用于圖形渲染的微處理器,它可以快速的操作和改變內存以加快輸出幀緩存中的圖像。
在GPU處理器出現以前,顯卡只負責圖形渲染的操作,大部分的運算處理都由CPU來實現。在GPU出現以后,主流計算機中的處理器大都包含CPU和GPU,由CPU和GPU協同結合來完成大數據量運算和圖形@染的工作。CPU和GPU協調工作,CPU負責處理邏輯性強的事務處理和串行計算,GPU則專注于執行高度線程化的并行處理任務。與CPU相比,GPU在運算能力和存儲器帶寬上具有明顯的優勢,它可以通過增加并行處理單元和存儲器控制單元的方式來提高計算機的并行處理能力和存儲器帶寬。與CPU相比,GPU具有很多優勢:
(1)高度并行性:GPU具備多個@染管道,能并行處理多個頂點和像素數據,具有很高的并行性;
(2)GPU具有向量運算架構,使得其在處理大規模向量運算時性能更佳;
(3)只讀高速緩存:GPU中的緩存是只讀的,其主要功能是用于過濾對存儲器的請求,減少對顯存的訪問,這使得它比CPU更適合于流處理計算,處理邏輯分支簡單的大規模數據并行任務。
4 3DGIS平臺設計與實現
本文結合LOD與GPU技術,通過C++語言,使用Microsoft Visual Studio 2012開發工具開發了一套3DGIS軟件平臺,其功能設計如圖1所示。
如上圖所示,配置文件中存儲一些系統相關參數,如默認圖層等,系統初始化時通過配置文件模塊讀取配置文件內容并創建默認對象;場景控制模塊負責事件監聽,并保存事件觸發后相關場景參數的修改;數據調度模塊使用基于四叉樹的瓦片檢索算法檢索當前場景的可見瓦片,并負責在緩存或服務器中獲取數據;渲染模塊通過構建地形網格和紋理貼圖產生三維場景。測試結果顯示,當三維窗口大小為800×600時,平均幀頻為24.8幀/秒。
5 結束語
本文利用LOD金字塔與GPU的高度并行計算能力和可編程性解決了3DGIS中大數據量場景的快速可視化的問題,并取得了良好的實驗效果。本文的主要創新點是將LOD與GPU兩項技術相結合,并成功應用到3DGIS軟件的開發中。
系統在實現時,為了明確系統目標,降低編碼工作量和數據整理搜集的工作量,僅從局部角度考慮三維GIS的快速可視化,沒有像Google地球和NASA的WorldWind那些從全球的角度來實現系統的三維可視化,這也是本文下一步考慮解決問題。
參考文獻
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關鍵詞:城市園林景觀 普查數據 三維可視化
中圖分類號:P2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)04(c)-0015-02
隨著計算機信息技術和網絡技術的飛速發展,傳統的二維數據可視化和查詢分析功能已不能滿足園林從業人員對城市園林景觀的規劃、設計、管理等工作需求。
目前,園林景觀可視化技術逐漸從平面的手繪透視圖、效果圖合成照片向三維立體的景觀動畫、仿真表現發展,本文研究的是仿真應用為目的,基于CAD設計施工圖和現狀普查GIS數據的城市園林景觀三維可視化技術。
三維可視化技術的應用,使得城市園林景觀設計和管理統籌突破了二維平面和純粹展示的限制,在仿真平臺上能快速全方位多角度的表現出園林設計對現狀城市景觀的影響,能根據查詢到的現狀園林景觀信息進行城市園林工作的管理統籌,提高規劃設計工作的效率和園林管理決策工作的科學性。
1 研究背景
浙江省某市林業和園林局2010年啟動了“數字綠化”管理平臺建設,旨在建設精細化、可視化、智能化和一體化的綠化管理平臺,提高管理設計工作的效率和科學性。該市林業和園林局三維實景展示項目是其子項目,為“數字綠化”提供直觀的城市園林景觀三維基礎數據庫,具體內容為:(1)城市重點園林景觀工程模型數據。(2)行道樹及綠地附屬綠地、古樹名木、公園綠地模型數據。基于該數據庫,使用者能迅速在綠化管理系統上查看到城市園林景觀建設現狀及植物種類、樹高、胸徑、種植面積、管理責任單位等相關信息。
2 基于仿真應用的城市園林景觀三維可視化
2.1 數據準備和數據源分析
由于城市公園內既有現狀建成的園林景觀,也包含正在施工或待建區區域,因而其對應的數據源是現狀普查GIS數據庫和CAD設計施工圖。
CAD設計施工圖表達了城市園林景觀設計者的設計理念和設計意向,包括地形地貌平面和豎向規劃、園林建筑小品平面位置整飾鋪裝以及綠化植被分布等形態,如圖1所示。
現狀建成數據來源于現狀地形圖和普查獲取的城市園林景觀GIS數據。其中,普查GIS數據按照綠化分類,分成包括大樹名木在內的3份點數據、包括公園綠地在內的11份面狀數據和對應的4份綠地屬性關聯子表(公園綠地關聯子表、居住區及單位綠地關聯子表、道路綠地關聯子表和道路附屬綠地關聯子表),通過“綠地細斑代碼”屬性字段進行關聯,如圖2所示。
2.2 技術流程和方法
為了滿足客戶需求,城市園林景觀的三維可視化仿真要素包括:地形地貌、園林建筑小品和綠化植被。
其可視化的主要技術路線有兩點:(1)地形地貌、園林建筑小品基于CAD施工設計圖和現狀地形圖,利用3dsmax軟件進行多邊形建模,結合現場實拍照片進行紋理映射,統一光影和色調烘焙后,通過數據格式轉換加載到仿真平臺上,利用該平臺實時驅動完成三維可視化。(2)對于設計施工階段的綠化植被,可視化基礎來源于CAD設計施工圖,在3dsmax中利用ForestPackPro插件進行植被布置,映射符合設計意向的植被紋理;而對于現狀建成階段的綠化植被,則根據普查GIS數據中的公園斑塊文件自動生成點位數據,在仿真平臺上直接關聯植被符號,達到逼真的可視化效果。
其技術流程按照三維可視化仿真要素分述如下。
(1)地形地貌要素的構建,是整個可視化流程的基礎,所有園林建筑、小品以及綠化植被都必須無縫接合在地形地貌上。在地形圖上提取出等高線和高程點,使用EPS軟件生成具有真實高程變化的5米DEM網格,輸出VRML格式文件導入到3dsmax中,繼而進行人行道等鋪地細分,并將經過Photoshop軟件處理后的真實環境照片帖圖映射到模型上,建成模擬真實的地形地貌模型。
(2)園林建筑小品等要素,按照傳統的3dsmax建模方法進行。考慮到局部園林景觀的布局需要在人視低點角度進行瀏覽查詢,因此大于1米的建筑構件結構必須通過多邊形模型來表現,使建筑模型更貼近真實性。
(3)綠化植被要素,則根據設計施工階段和現狀建成階段的不同分別進行。設計施工階段以CAD設計施工圖為依據,把設計圖布置好的植被通過Photoshop軟件處理成一個個白色像素點,形成一張黑底白點的植被分布圖。通過3dsmax插件ForestPack Pro關聯分布圖自動生成跟隨地形的綠化植被,紋理映射比例通過插件參數控制,從而快速地進行植被布局;對于現狀建成階段,為了確保植被模型的真實性,以普查GIS數據作為基礎數據進行景觀三維可視化。由于記載有詳細屬性數據的公園斑塊文件是二維面狀數據,必須以斑塊范圍內的總植物棵數作為依據,通過編程讓程序自動生成對應數量且不帶屬性的二維點狀數據,然后在EXCEL中通過VBA編程將植物屬性字段列表自動關聯到點狀數據上。在3dsmax中獲取該點狀數據對應位置的地形高度值后,根據點對應的植物名稱在仿真平臺上通過關聯植被符號來實現三維可視化。
整個可視化流程如圖3所示。
2.3 成果技術指標
不同的城市園林景觀三維可視化仿真要素,其主要成果技術指標如表1所示。
2.4 效果截圖(如圖4)
3 結語
本文敘述了以仿真應用為目的城市園林景觀設計施工階段和現狀建成階段的三維可視化技術方法和流程。通過該技術建立的城市園林景觀三維基礎數據成果,成功集成到“數字綠化”管理平臺上,實現在三維可視化環境下的設計、管理和決策工作,直觀真實、有據可依,帶來了顯著的社會效益和經濟效益,對同類項目實施具有一定的借鑒作用。
本文提出的技術方法和流程有效解決了園林景觀的三維建庫、三維可視化的技術問題,對推進三維仿真技術在林業和園林領域的應用具有現實意義。相信隨著我國林業和園林管理理念的發展,林業和園林管理工作推向精細化、可視化、智能化和一體化,三維仿真、可視化技術將為林業和園林的設計管理統籌帶來質的飛躍。
參考文獻
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【關鍵詞】創新數據;可視化方法;管理研究
視化技術使得人們不再局限于通過文本或關系數據表來觀察和分析數據信息,轉而以更直觀的方式研究數據并發現其中隱藏的關系,將單調乏味的數據及其內涵關系美觀形象地展現在人們面前。根據實現原理的不同,數據可視化方法可以劃分為基于幾何的技術、面向像素的技術、基于圖表的技術、基于層次的技術、基于圖像的技術和分布式技術等。
目前,數據可視化技術已經在電子商務、數據倉庫、社交網絡、計算機網絡等信息領域得到了普及應用。由于信息可視化技術及其應用范圍非常廣泛,在本文中,我們僅側重于網絡數據的可視化技術研究(這兒的網絡數據是指通過網絡測量、網絡管理和安全等研究工作所取得的原始數據),主要介紹幾種典型的網絡數據可視化方法和相關的應用實例。
一、計算機信息領域可視化技術的需求
隨著網絡技術的發展和網絡規模(特別是Internet)的不斷擴大,網絡已經成為人們日常生活的必不可少的一部分。同時,人們對網絡服務質量(QoS)的要求也越來越高。因此,網絡性能監測、網絡管理、網絡安全等已經成為網絡技術研究和應用的重要組成部分,而網絡數據可視化技術在其中所起到的作用也越來越關鍵。
首先,為了實現性能監測的目的,管理人員必須即時對網絡中設備的工作負荷,即數據流量、鏈路利用率、丟包率、延時等各項性能參數進行定量評價。因此,網絡性能的可視化是網絡運行中重要的組成部分;其次,在針對園區網、骨干網以及因特網的管理和研究過程中,網絡拓撲、IP地址和AS域分布范圍的可視化也一直是研究人員的重中之重;最后,針對網絡安全的惡意攻擊行為,如掃描、蠕蟲、病毒等造成的安全事件、異常流量及影響范圍和演化趨勢的可視化也具有非常重要的實際意義。
與其他領域的可視化需求相比,網絡數據的可視化具有三個特點:一是網絡數據與時間緊密相關,因此時間序列數據的可視化是其重要研究內容;二是由于網絡數據的海量性和復雜性,需要快速實時地進行數據處理和分析來獲得可視化結果;三是網絡數據的可視化以真實性為首要目的,在保證正確顯示數據的基礎上實現可視化結果的美觀性。目前,CAIDA、IEPM、SecViz等測量和研究組織和團體已經提出并實現了許多適用于網絡數據可視化的方法和工具。概括來說,網絡數據的可視化主要以基于圖表和基于圖像兩種可視化技術為基礎,其中基于圖表的可視化技術主要用于網絡性能的可視化,包括折線圖、散點圖、柱狀圖、餅圖等多種方法,基于圖像的可視化技術主要用于網絡管理和安全研究數據的可視化,包括氣象圖(WeatherMap)、熱圖(Heat Map)以及三維圖像可視化等許多方法。總之,通過網絡數據的可視化,可以實現:
1.方便快速地獲取更多的網絡性能、網絡狀態等參考信息;
2.深入了解和分析已知的網絡現象和規律;
3.能夠從繁雜的數據中找出其中蘊含的關系,發現新問題并提出解決方法。
因此,深入研究和使用數據可視化技術對于開展網絡監測、網絡管理以及網絡安全等研究工作具有重要意義。下面我們將通過實際的圖例來詳細介紹幾種典型的網絡數據可視化方法及其應用。
二、計算機基于圖像的可視化技術
網絡氣象圖
網絡氣象圖是一種直觀的顯示網絡拓撲、設備節點和鏈路狀態等網絡數據信息的可視化工具。網絡氣象圖最早是由Panagiotis Christia實現的一個基于Perl的開源的可視化工具,以后Howard Jone又在功能、界面等方面進行了許多改進,發展成為一個受到普遍歡迎的網絡數據可視化技術。
目前,網絡氣象圖在國外許多網絡中得到了實際部署與應用,國內的CERNET、中國科技大學等也都使用網絡氣象圖作為一種網絡拓撲顯示和監測的方法,網絡氣象圖能夠實時顯示網絡節點狀態、鏈路利用率等信息,實現網絡拓撲、網絡設備和鏈路狀態的實時監控。隨著網絡技術和應用的發展,網絡氣象圖開始與Flash動態顯示技術、Google Maps等新的可視化方法相結合,從而能以更加直觀友好的方式顯示豐富的網絡狀態信息,典型的代表是GlobalNoc的RealTime Atlas項目。這里面的數據管理,又稱為“數據資源管理”,包括所有與管理作為有價值資源的數據相關的學科領域。對于數據管理,DAMA所提出的正式定義是:“數據資源管理是指用于正確管理企業或機構整個數據生命周期需求的體系架構、政策、規范和操作程序的制定和執行過程”。這項定義相當寬泛,涵蓋了許多可能在技術上并不直接接觸低層數據管理工作(如關系數據庫管理)的職業。
參考文獻:
關鍵詞:數字人體技術;經絡;探索
我國傳統醫學有著幾千年的歷史,但是,關于中醫的經絡理論,自馬王堆醫書、黃帝內經以來,均是樸素的唯物主義描述,缺乏人體解剖學和組織學基礎。數字人體包括虛擬人、物理人、生理人,構建數字人體的現代高科技手段就是數字人體技術。數字人體學是利用現代高新技術研究人體的基因、蛋白質、細胞、組織、器官、系統乃至整個人體數字化及其規律的科學[1]。利用現代數字人體技術研究人體經絡,探索經絡的實質,目前已有一些進展。
1 多光譜探測技術
我國傳統醫學認為經絡是氣血通道,穴位是氣的流通匯聚之點,但經絡的本質是什么,經絡的結構如何,至今沒有能夠在人體解剖學和組織學方面得到驗證。近年來,國內外利用紅外線攝像技術、液晶熱像攝影技術、輻射場攝影技術、超聲技術獲取人體經絡的影像。1983年美國第一臺成像光譜儀問世,采用成像光譜技術可以獲取人體光譜圖像信息,利用高科技圖像處理技術可以獲取人體經絡的各種理化信息及光譜特征,輔以模式識別理論,基本上能夠準確識別人體穴位和經絡,這將為我國傳統醫學實現對經絡的數字化表達及研究奠定基礎。畢思文研究員等[2]還專門撰文闡述了利用多光譜探測技術研究中醫經絡,并提出了利用該技術對人體經絡進行研究的目標、內容、方法和路線。
2 生物物理測量技術
"黃帝內經"曰"經脈者,所以決生死、處百病、調虛實、不可不通。"又指出"血為氣之母,氣為血之帥,氣引而血引,氣滯而血滯"。古典文獻所強調的"氣"是什么,劉風華等[3]利用生物物理測量技術,針刺足陽明胃經上的足三里、陽陵泉、下巨虛、上巨虛、梁丘,記錄了其生物電傳導,對經絡氣血理論進行了生物物理論證,證實了中醫古典文獻上的"氣"是生物電。從人體解剖學、組織學角度分析,毛細動脈、毛細靜脈、毛細淋巴微管與組織間隙或組織細胞間隙中的組織液相通聯,這種組織間隙中的細胞群及組織液中的電解質構建了奇妙的復式微循環,這也就是中醫古典文獻上經絡的基本解剖單位,可以說,十二正經、奇經八脈都是由復式微循環解剖基本單位形成。組織間隙或組織細胞間隙中的組織液所含的電解質,形成了多條毛細動脈生物電通路、毛細靜脈生物電通路、毛細淋巴生物電通路[4]。這個不僅證實了古典文獻上神秘的"氣",而且還初步證實了十二正經、奇經八脈是人體生物電的天然通路。
3 微電子電氣網絡測試技術
傳統醫學的經絡理論一直缺乏解剖學與組織學的支持,雖然國內外學者從聲、光、電、同位素到氣體多角度進行探索,但一直未獲得充分肯定和一致認可。關于經絡低阻抗的研究,德國的Croon、Voll、Overhof,日本的中谷義雄,美國的Kaslow、Matsumoto、Kripper、Wulfsohn,中國的楊威生、胡祥龍、祝總驤等都做了大量的研究工作,雖有一定的收獲,但基本上是單端口網絡模型測試,王志功等[5]在國家自然科學基金"半導體集成化系統基礎研究"重大科研課題支持下,利用微電子電氣網絡測試技術,按神經信號傳輸特性研究方法針對人體經絡進行信號測試,結果證明人體經絡線上的穴位點輸入到穴位點輸出與非經絡線上的響應信號顯著不同,從信號傳輸方面初步驗證了經絡傳輸電信號的特異性,有效的進行了人體經絡多端口網絡模型測試,克服了前人所進行的單端口網絡模型測試的局限性。
4 三維重建可視化技術
近年來我國科學工作者利用三維重建可視化技術對人體經絡進行研究,取得了明顯地進展。邵水金等[6]利用數字人體虛擬技術,以腧穴為控制點,適當插值,在合成骨架曲線的基礎上,進行面繪制,三維重建任督二脈管狀模型,重建后的任督二脈管狀模型可視化效果明顯,可以充分顯示任督二脈的走形及其解剖學結構,通過任督二脈管狀模型三維可視化顯示,可以證實任督二脈走形路線與傳統的經絡體表循行線一致。向培海等[7]以德國漢堡大學開發的VOXEL-MAN三維可視化操作系統為平臺,結合腧穴的相關人體解剖學知識對期門穴進行數字人體可視化,三維重建了期門穴模型。在充分顯示期門穴所在位置的矢狀面、冠狀面、橫斷面上,進行多角度試刺,調整驗證其解剖結構和毗鄰關系,為探討人體經絡腧穴的實質進行了有益的研究。
目前對人體經絡的研究階段性成果雖然頗豐,但仍有許多奧秘尚待探索,有許多問題尚待解決,經絡的解剖學和組織學本質和結構尚待證實。隨著數字人體經絡研究技術的發展,我們期待一批重大科研成果問世,以豐富中醫經絡理論,造福人類。
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摘要:在介紹大數據基本概念及特征的基礎上,分析了大數據國內外研究現狀及大數據技術,并針對大數據面臨的相關問題提出了應對
>> 大數據關鍵技術 大數據關鍵技術分析及系統實例分析 淺談大數據基礎理論與關鍵技術發展 電力信息大數據高速存儲及檢索關鍵技術研究 電力大數據可視化系統開發關鍵技術研究及趨勢 投資統計大數據處理關鍵技術 基于大數據的信息系統關鍵技術 淺析云環境下的大數據關鍵技術 面向大數據的Deep Web數據系統關鍵技術研究 大數據安全和隱私保護技術體系的關鍵技術研究 移動數據庫關鍵技術及應用探討 社會網絡大數據分析框架及其關鍵技術 農業云大數據自組織推送關鍵技術綜述 基于大數據的信息系統關鍵技術研究 云計算環境下的大數據可靠存儲關鍵技術概述 面向大數據的分布式系統設計關鍵技術研究 大數據時代下軟件工程關鍵技術分析 移動互聯網的大數據處理關鍵技術 電信運營商大數據變現之關鍵技術 移動通信網絡中大數據處理的關鍵技術 常見問題解答 當前所在位置:l.
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[關鍵詞]GIS三維;可視化技術;輸電線路;運維;應用
中圖分類號:P208 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2014)47-0277-01
前言
GIS三維可視化技術是指以計算機技術處理圖像為基礎,將獲取的信息轉換為三維圖形,并且在顯示屏上顯示出來的一種技術手段。目前,GIS三維可視化技術在輸電線路運維中的應用非常普遍,利用GIS三維可視化技術可以為輸電線路的運維提供一種新型的管理理念和方式,這對于輸電線路運維的決策和方案具有決定作用。因此,現階段研究GIS三維可視化技術在輸電線路運維中的應用顯得至關重要。
一、線路走廊危險地物的檢測
根據我國有關輸電線路運維有關法律法規的要求,輸電線路的線路走廊中各種地物的安放應該符合一定的安全距離。因而需要對線路走廊的危險地物進行檢測,首先應該測量各種線路走廊地物到輸電線的距離,這個距離至少應該滿足保證輸電線路安全運行的距離要求,當然,不同的地物要求與輸電線的距離要求也不一樣,因而需要將地物進行分類。其次,將地物分類完成后,還需要對輸電線與絕緣子之間的結合點進行處理。最后,還需要測量和計算所有地物與輸電線的距離,以保證輸電線與地物的距離能夠符合安全輸電運維的要求。一旦發現某種地物到輸電線的距離不滿足安全輸電運維的要求,GIS三維可視化技術可以提供自動報警,這樣維護人員就可以及時對輸電線路進行維修。當然,在對輸電線路的使用距離進行檢測時,應該充分考慮外界環境因素的影響,尤其應該考慮到當地最大風和最高溫度的情況。因此,必須根據GIS三維可視化技術采集到的數據,對當地的風速和溫度等條件進行預測,進而為建立輸電線路模型提供有效的依據。
二、線路走廊地形地貌變化檢測
在輸電線路的線路走廊內,由于地形、風速和溫度等外界因素,當然,輸電線的桿塔高度由于可能會發生坍塌、滑坡和位置偏移等問題。很顯然,這些因素對輸電線路的安全問題埋下了極大的隱患。因此,在輸電線路運維的過程中,需要采用GIS三維可視化技術對這些因素進行分析,首先需要比較準確地觀察到線路走廊地形地貌變化對輸電線路運維的影響,從而使得輸電線路安裝人員及時發現這些隱含的環境問題,從而為制定輸電線路運維的方案提供依據。因此,采用GIS三維可視化技術對線路走廊地形地貌變化進行檢測對于提高輸電線路的安全運維具有現實意義。
三、輸電線路三維可視化管理
目前,傳統的三維數據采集的手段還比較落后,主要還是以人工測量為主。但是,隨著我國科學技術的不斷發展,GIS三維可視化技術可以準確地測量出三維走廊的地形、地貌和塔桿的位置等,從而更加方便地為輸電線路的運維提供數據支持。采用GIS三維可視化技術采集到的數據還可以通過有關軟件進行處理后,就可以產生精度更高的數字模型。基于GIS三維可視化技術采集到的數據,我們可以精確地建立三維模型,以匹配實際的輸電線路的運維方式。同時,在建立三維數據模型時,還應該考慮輸電線路運維地區的房屋和樹木等因素。這樣才能保證建立的三維模型更加準確,還能減少后期制定輸電線路運維過程中對數據的處理量。因此,GIS三維可視化技術可以清楚地反映外界的三維真實情況,從而使得輸電線路運維工作人員更加準確地了解整條輸電線路的情況,進而實現對輸電線路的三維可視化管理。
四、樹木砍伐評估和管理
輸電線路的運維穿越樹林是非常常見的現象,尤其是在一些山區,因而需要評估輸電線路穿越樹林的面積和高度等。傳統的估計方法不僅成本較大,而且估計的數據不夠準確,進而給后期的輸電線路運維過程帶來了很大的不便。但是,GIS三維可視化技術為估計樹林的面積和高度提供了有效的估計手段。同時,GIS三維可視化技術還能準確地獲取樹林的很多結構信息,主要包括樹林的幾何特征等。通過GIS三維可視化技術獲取的樹林信息,有助于我國對輸電線路穿越的樹林進行管理,尤其是當需要砍伐一定量的樹木時,GIS三維可視化技術采集的信息可以提供準確的砍伐量。但是,目前我國利用GIS三維可視化技術在樹木砍伐中的應用還處于起步階段,尤其與西方發達國家相比,這方面的技術還存在較大的差距。因此,我國利用GIS三維可視化技術實現對樹木砍伐進行全方位的估計和管理還有很長的距離。
五、輸電線路的增容分析
為了進一步提高輸電線路的載流容量,首先,我國需要考慮溫度對輸電線路材料造成的影響;其次,當輸電線路的載流量增大后,還需要考慮由于在載流量的增大而需要重新考慮輸電線與地面的距離。同時,利用GIS三維可視化技術對線路走廊進行快速掃描,可以準確地觀察到線路走廊的三維空間位置,再利用計算機軟件技術對采集的數據進行處理后,就可以為輸電線路運維提供有效的依據。目前,我國已經開發了很多監測輸電線路的設備,但是只有GIS三維可視化技術最受歡迎。因此,利用GIS三維可視化技術實現對輸電線路的增容進行分析顯得非常重要。
六、總結
總而言之,GIS三維可視化技術在輸電線路運維中的應用是一項系統化的工程。由于我國研究和利用GIS三維可視化技術的起步比較晚,尤其與西方發達國家相比,我國在應用GIS三維可視化技術方面還存在很大的差距。但是,近年來我國在利用GIS三維可視化技術在輸電線路運維中的應用也取得了一定的成果。為了更好地將GIS三維可視化技術應用于輸電線路中,因此,現階段研究GIS三維可視化技術在的輸電線路運維中的應用具有非常重大的現實意義。以上是本人的粗淺之見,但是由于本人的知識水平及文字組織能力有限,因此文中如有不到之處還望不吝賜教。
參考文獻
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摘 要:隨著互聯網的普及和教育信息化的推進,網絡學習資源逐漸豐富,家長間的學習交流也變得更加頻繁,家長群體自身學習需求
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關鍵詞:三維可視化; GIS; 空間數據
中圖分類號:C37 文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
目前,科學可視化、計算機動畫和虛擬現實技術蓬勃發展,并成為計算機圖形學領域的三大熱門研究方向,它們的核心都是三維真實感圖形[1],也就是三維可視化技術。三維可視化技術是目前計算機技術和圖像圖形學發展的熱點之一,它是依靠視覺效果將數據所要表達的信息直觀顯示出來的一種最好的方法。傳統的地理信息系統對實物的空間立體感表達就比較抽象,將三維可視化技術引入GIS領域中可以動態地、形象地、多視角地、多層次地、如實逼真地描繪地球科學中的客觀現象。如通常所見的地形三維可視化、虛擬戰場、數字社區和虛擬城市等。本文結合在GIS中的應用介紹三維可視化開發的基本方法。
二、 三維可視化GIS關鍵技術
三維可視化技術可以簡單的分解為三種技術的結合:可視化、三維和GIS。下面分析了可視化技術、虛擬現實、體視化技術、三維技術等關鍵技術。
1、可視化技術
可視化,也稱為科學計算可視化(Visualization in Scientific Computer),它是指運用計算機圖形和圖像處理技術,把科學數據轉換成可視的、能幫助科學家理解的信息,并進行交互處理的理論、方法和技術。GIS可視化技術是目前信息領域中廣泛應用的一項技術,它通過強大的、有效的地圖系統將復雜的空間和屬性數抓以地理的形式進行描述,具有界面風格人性化設計,實現了文本、圖形和圖像信息相結合的定位、查詢、檢索模式信息表達形象化、自觀化操作簡單便利等特點[2]。
2、虛擬現實
虛擬現實(Virtual Reality)技術是一個由圖像技術、傳感器技術、計算機技術、網絡技術以及人機對話技術相結合的產物。它以計算機技術為基礎,利用高性能、高度集成的計算機硬、軟件及各類先進的傳感器,去創造一個使參與者處于一個三維視覺、聽覺和觸覺的環境,具有完善的交互作用能力、能幫助和啟發進入虛擬境界的參與者的構思的信息環境。利用計算機系統提供的人機對話上具,同虛擬環境中的物體交互操作,使用戶仿佛置身于現實環境之中,使參與者足不出戶就能身處異景,如遙遠的太空、海洋深處、甚至是微觀世界。
3、體視化技術
三維體可視化技術是真正的三維。它是由完全的三維空間體數據構建模型,可以對模型切割來獲取內部信息。它是每一個空間點對應三個方向,x, y, z,也就是在一個空間坐標上放置每一個屬性點,可以由關系V = .f (x, y, z)表示,V表示空間點的屬性值,x, y, z分別表示空間坐標[3]。
空間三維實體的可視化,即體視化主要是處理和分析各種體數據,并對這些體數據進行變換、操作和顯示,其目的是讓人們更清楚地認識蘊含于體數據之中的復雜的結構。體數據可以看成是在有限空間中的一種或多種物理屬性的一組離散采樣,它可以表示成:ƒ(x),x ∈Rn;{x}是n維空間的采樣點的集合,因此也有人把體數據成為數據集。
4、 三維技術
三維立體顯示的出發點是運用三維立體透視技術和計算機仿真技術,通過將真實世界的三維坐標變換成計算機坐標,通過光學和電子學處理,模仿真實的世界并顯示在屏幕上。三維技術廣泛應用在資源環境模型、地形模擬、CAD輔助設計、影視特技、廣告設計等方面。它具有可視化程度高、表現形式靈活多樣、動態感和真實感強、資料更新方便等優點。
三、 三維可視化算法
直接體繪制技術具有能夠產生三維數據場的整體圖象,包括每一細節,并具有圖象質量高,便于并行處理等優點,因而成為當前科學計算可視化中有吸引力的重要研究課題之一。鑒于直接體繪制技術的優勢,下面重點介紹了光線投射法,移動立方體法以及Z-Buffer消隱算法[4]。
1、光線投射算法
光線投射算法是目前使用最廣泛的體繪制方法之一。對于圖像平面上的每一象素,從視點投射出一穿過該象素的視線,該視線穿過體數據空間,算法直接利用該視線上的采樣值計算該象素的光強。其過程包括:數據預處理;數據值分類;重新采樣;圖象合成。
2、移動立方體法
移動立方體法(Marching Cubes算法)是三維數據場等值面生成的經典算法,是體素單元內等值面抽取技術的代表。與光線投射法不同,移動立方體法屬于表面擬合算法之一。
移動立方體法基本思想為:首先逐個體素依次處理,找出該等值面經過體素的位置,求出該體素內的等值面并計算出相關參數,以便繪制出等值面。等值面的定義如下:
{(x, y, z)| s (x, y, z) = c0},c0是常數。其中s(x, y, z) = a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyz
ai (i=0, 1,..., 7)為常數,它們由體素的八個角點值唯一決定。
該算法中,體素是一邏輯上的立方體,由相鄰層上的各四個象素組成立方體上的八個頂點。算法以掃描線方式逐個處理數據場中每一立方體體素,求出每一體素內包含的等值面,由此生成整個數據場的等值面。
3、Z-Buffer消隱算法
從一個視點去觀察一個三維物體,必然只能看到該物體表面上的部分點、線、面,而其余部分則被這些可見部分遮擋住。如果觀察的是若千個三維物體,則物體之間還可能彼此遮擋而部分不可見。因此,如果想有真實感地顯示三維物體,必須在視點確定之后,將對象表面上不可見的點、線、面消去。執行這一功能的算法,稱為消隱算法。
Z-Buffer算法的步驟如下:(1)初始化,幀緩沖器CB置成背景的光強或顏色,Z緩沖器ZB置成最小z值;(2)對多邊形P,計算它在點(I,j)處的深度值zij;(3) zij>ZB(i,j),則ZB(i,j) =zij, CB(i,j)二多邊形P的顏色;(4)對每個多邊形重復(2), (3)兩步,最終在CB中存放的就是消隱后的圖形。
四、三維可視化GIS實體的表達和三維數據的可視化
對于三維地理信息系統的空間數據的表達和二維地理信息系統有一定的差別,因此在數據實體的表達上,也有三維地理實體的特點。國內學者李清泉等人提出了以下表達建筑物和地形的三維信息[5]:地形被表達為數字高程模型(DEM)、數字地形模型(DTM);建筑、構筑物等用實體(CSG)和邊界表示(B-rep)。每種不同的表達方式都有各自的特點,根據不同的口的和不同的要求而定。在國內,地形數據的表達普遍采用的是DEM和DOM匹配,生成地形圖;建筑物通常以2.5維的形式存在,之后進行紋理貼圖。
DTM是描述地表單元空間位置的和地形屬性分布的有序集合,是定義于二維區域之上的一個有限向的向量系列。它以離散分布的平面點來模擬連續分布的地形,通過存貯在介質上的大量的地面點空間坐標和地形屬性數據,以數字形式來描述地形地貌。它隨用途不同具有不同的數據結構,但一般均可變換成為規格點組成的柵格數據形式。
DEM通常用地表規則網格單元構成的高程矩陣表示,廣義的DEM還包括等高線、三角網等所有表達地面高程的數字表示。在GIS中,DEM是建立三維地形的基礎數據,其他的地形要素可由DEM直接或間接導出,成為“派生數據”,如坡度、坡向。DEM主要有三種表示模型:規則格網模型(GRID、等高線模型和不規則三角網模型(Triangulated Irregular Network,TIN)。
由于三維幾何表示能提供物體的幾何描述,使空間物體可用計算機來存貯、處理、顯示。物體3D表示可以有多種方法,大致分為基于體表示和基于面表示兩大類,其中,具有代表性的是結構實體表示(Constructed Solid Geometry, CSG)和邊界表示(Boundary representation, B-rep)方法。CSG方法在計算機輔助設計(CAD)中應用廣泛,它通過預定義的模型單兀來表示空間物體,這些單元具有規則的形狀,如:立方體、圓柱體、圓錐體等,單元間的關系主要是布爾操作。CSG方法的優點是模型關系簡單,便于顯示和數據更新,缺點是空間分析難以進行:而B-rep表示方法,可以通過對構成物體邊界的點、線、面和體四種類型兀素的精確描述,即能夠精確表示物體幾何位置以及兀素間的拓撲關系,雖然B-rep方法適于空間操作和分析,但存儲空間占用多,計算速度較慢。
五、三維可視化在GIS中的應用
目前在社會的各行各業中,地理信息三維可視化系統都得到了廣泛的應用[6]:
1.城市:地理信息三維可視化系統應用于城市建設的很多領域,如大樓的建筑結構和住戶管理、空氣污染與流動狀態監測、地下水源污染監測、地下管線的規劃與管理等。
2.環境:二十一世紀全社會都更加重視環境保護,地理信息三維可視化系統可以表達大上、地面、地下多層次的環境狀況,更好地模擬真實三維環境,幫助人們更好的管理與治理環境。
3.地質:地質是資源、礦山、環境等眾多學科與工程應用的基礎。地理信息、三維可視化系統應用于表達復雜的三維地質構造形態(如地層界面、不整合面、斷層等不規則的面狀構造),表達巖石內部結構(如層理、紋理、走向、孔隙度、孔隙連通方向等微細的內部構造)以及巖體內部物質的分布狀況。
4.礦山:在礦山領域,地理信息三維可視化系統平臺應用于表現礦體及圍巖形態,表達巷道、采礦工作面形態,表達礦井風流狀況、瓦斯濃度、地場應力等三維現象,如果再加上各種知識庫、專家系統,還可支持三維環境下的工程管理與決策。
5.海洋:二十一世紀是海洋的世紀,海洋的研究與管理在我國可持續發展戰略中將占據越來越重要的位置。海洋在不同深度的含鹽量、水溫、壓力、水流方向都是不同的,地理信息三維可視化系統應用于表達海洋世界,可以幫助人們更好地研究與開發海洋。
6.氣象:地理信息三維可視化系統應用于反映不同高度上氣流、氣壓、大氣成分的變化情況。
六、結束語
目前,三維可視化地理信息系統的研究已成為國內外研究的熱點,隨著計算機技術以及相關三維可視化技術的發展和地理科學、大氣科學、海洋科學等研究三維空間特征的深入,三維可視化地理信息系統的研究與開發已成為地理信息系統研究領域的重要方面和今后發展的一個趨勢。
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關鍵詞:少數民族預科;信息系統;人工智能;可視化計算
DOIDOI:10.11907/rjdk.161573
中圖分類號:TP319
文獻標識碼:A文章編號文章編號:16727800(2016)009008503
基金項目基金項目:云南省教育廳科學研究基金項目(2015Y245)
作者簡介作者簡介:楊悟道(1982-),男,云南昆明人,碩士,云南民族大學預科教育學院助教,研究方向為可視化計算與人工智能;吳燁(1977-),男,云南昭通人,博士,云南民族大學預科教育學院副院長,研究方向為教育經濟管理。本文通訊作者為吳燁。
0引言
少數民族預科教育是少數民族地區學生通向國家高等教育的金橋。隨著招生規模的擴大,生源的差異性和特殊性,高等學校民族預科管理工作變得繁瑣和復雜[1]。為有效促進信息技術與教育教學管理的深度融合,滿足少數民族預科學生學業評價與測評需要,基于可視化計算融合社交網絡平臺,設計并開發了適合預科教育的綜合管理評價系統。
1系統概述
少數民族預科學生教育管理工作具有自身特點,需要投入更多的時間和精力,需要更為先進的管理理念和技術[1]。傳統的學生信息管理系統僅僅只是記錄學生基本信息,對日常行為的跟蹤和痕跡管理沒有明確記錄,適應民族學生特點的管理信息系統處于空白狀態。隨著移動互聯網的快速發展,社交網絡平臺能夠跨地域、跨時間和空間被普通用戶快速接受。進校后的少數民族學生對智能手機的使用率達到96%,民族預科學生管理迫切需要擺脫傳統管理模式的束縛。基于此,采用靈活先進的教育理念和信息化管理方式,以少數民族學生為中心,基于移動互聯網技術,設計和開發一套適合少數民族預科學生特點的智能學生信息管理系統勢在必行。
設計項目組成員在少數民族預科基地對2 700人進行了問卷調查,內容涉及到民族學生學籍管理、考勤管理、選課管理、課程表管理、成績登陸查詢、考試管理等模塊的現狀分析以及期望意見。針對可視化移動互聯網解決方案,設計人員提出幾個思考問題:①如何將信息化解決方案與少數民族預科教育教學實際進行深度融合;②如何提高融合信度;③如何提高基于移動社交網絡快速擴散信息傳播速度;④如何通過本平臺對痕跡行為跟蹤,從而對提取的數據進行可視化渲染。以上4點也是本課題要解決的難點。作為綜合評價系統,不僅是信息記錄和反饋,更重要的是自動化分析和評價,從而為管理者建立合理和健全的管理評價體系提供強有力的支持。同時,自動化評價機制要有相應的技術作支撐。系統設計流程如圖1所示。
2系統架構設計
基于建構主義的可視化技術為教育信息化建設開辟了一個新的領域[2]。可視化技術在大數據時代,將以往一堆枯燥乏味的數據變得生靈活現,讓數據變得不僅有意義,還讓其變得直觀、易懂,達到個性化特點[3]。本課題在可視化計算方面,將從語義網入手建立本體語義規則,運用教育技術領域概念圖[7]等技術開發數據可視化圖解對象。軟件系統采用Java Web框架引擎開發,斯坦福大學開發的本體建模工具Protégé用于生成自動推理機引擎,利用惠普實驗室的Jena API包構建語義本體語義解析語義規則庫,可視化表示層采用MIT媒體實驗室開發包processing2.2.1。
2.1系統開發步驟
系統開發分兩階段:①軟件系統研發階段;②試運行進行系統測試。
軟件需求分析是科研項目的重要環節,課題的最終實現是以軟件系統實施到預科教育教學管理當中,科研成果最終是服務于少數民族廣大師生。軟件系統研發的成功因素高度依賴于軟件需求分析報告,整個系統研發均采用瀑布模型,見圖2。
2.2系統架構
系統架構見圖3。
5系統功能
系統優化了教育教學資源,使相關使用人員能夠對學生的學習資源和學習過程進行設計、開發、利用、管理和評價。
實現數據可視化過程中視覺表征語義符號能夠通過自動推理機引擎進行解析和推理,并在推理過程中使用本體語義規則,符合語義的表達從而提高其相似度。
(1)結合高校教育教學管理特點,認真履行高校政治思想教育要求,建立符合少數民族預科生特點的教育教學綜合管理評價體系。
(2)綜合評價體系以建構主義思想為基礎,符合現代教學系統理論,評價系統力求讓學生在認知過程中積極主動構建自己的學習及生活行為習慣,為開發學生行為痕跡管理提供依據[7]。
(3)綜合評價體系需要計算技術和信息技術進行交互,從而建立人際交互關系。社交網絡利用可視化技術分析個人、群體和社會[8]。
6系統測試
系統性能評估[9]數據分析見表2。
7結語
本系統運用智能化來優化教育教學資源,促進教育教學管理人員對民族預科學生的學習資源和學習過程進行設計、開發、利用、管理和評價;利用系統的痕跡管理對學生的行為進行追蹤取證形成綜合性評價管理,從而提高預科基地教學及學生管理水平。使用該系統大大降低了管理成本,輔導員能第一時間快速了解學生情況,學生能快速地與學校進行互動。下一步工作是加大學生痕跡管理可信度,提高系統的自適應能力。
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關鍵詞:生物制藥;大數據審計;數據可視化
一、引言
近年來,大數據的發展給各行各業都帶來了不同的機遇及挑戰。大數據的產生是時展的結果,隨著社會數據的日益增長,數據無論是從體量上還是維度上都日益繁雜。因此,分析如何利用大數據技術來支撐審計的監督工作,具有重要的理論意義和實踐價值。大數據的概念最早起源于20世紀90年代至21世紀初的美國,但大數據真正開始引起人們的關注是因為2008年美國的《自然》雜志推出的一系列有關大數據的專刊,這些專刊詳細地討論了有關大數據的相關問題。而其興盛時期是在最近10年,也就是2011年至今。在大數據環境下,數據具有容量大、類型多、來源分散等特點,這使得傳統的以問題為導向的審計原則不能滿足如今的審計需求,那么如何使審計人員快速“洞察”被審計單位的大數據,數據可視化成為必然[1]。在本文中,筆者結合目前社會的問題及大數據研究現狀,研究基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業的審計方法。
二、大數據環境下常用電子數據審計方法的不足
電子數據審計可簡單概括為“將電子數據進行采集、預處理、整理、挖掘以及分析等過程”,通過這些過程可發現審計線索,進而獲得審計證據。在審計過程中,數據的處理及分析尤為重要,而常用的審計數據處理與分析方法有賬表分析、數據查詢、審計抽樣、統計分析、數值分析等。面對數據密集、數據量大、復雜性高及信息化程度高的數據現狀,常用的電子數據審計方法已不能有效應對當下的審計困境。例如,賬表分析是審計人員將被審計單位的備份財務數據還原成電子賬表,然后審查被審計單位的憑證、總賬、明細賬以及相關財務報表等。但這種方法只能分析被審計單位的部分數據,并且都是以財務數據和結構化數據為主,并不能審計如文本、地理位置等非結構化數據或其他輔助數據;數據查詢主要是使用Excel、Oracle等審計軟件,這些審計軟件的應用都是審計人員根據自己的實踐經驗來進行抽樣審計工作的開展。例如,利用SQL數據庫和Excel函數來分析電子數據,其中,系統對賬審計、重號審計、斷號審計及Benford定律審計是比較常用的審計方法[2],但這些審計方法都是審計人員根據已有經驗進行選擇,不僅審計效率低下,而且審計范圍不能全面覆蓋,使得審計人員不能根據當前被審計單位的獨有數據進行有針對性的審計,這大大降低了審計效果的準確性及全面性。此外,當前許多數據審計平臺的運算及擴展能力有限,無法滿足海量數據的分析要求。從分析角度來說,即使有些審計分析軟件有自帶的可視化功能,但它們無法針對數據規模大、分析結果信息量較大等問題進行更加精細、直觀的可視化分析。
三、基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業審計方法原理分析
(一)可視化分析技術簡介
可視化分析并不是簡單地把數據、文本等信息分析對象變成圖表,它是以信息為基礎,以可視化為手段,目的是描述真實信息,探索信息本質。一般來說,人的大腦對視覺信息的處理優于對文本、數據等信息的處理,所以使用圖表、圖形等元素可以幫助人們快速地理解信息中的含義、趨勢及相關性。也就是說,可視化分析其實是將抽象概念進行形象性表達,將抽象語言進行具象圖形可視的過程。可視化分析的基本原理是將數據庫中每一個單元數據作為單個圖元元素表示,然后將大量的數據構成圖像,同時以多維的形式將數據的各個屬性值表示出來,從而可從不同的角度觀察和分析信息,使分析者能夠對海量信息進行更加全面、透徹的分析。當前的可視化分析技術主要包含條形圖、樹狀圖、氣泡圖、散點圖、熱力圖以及地圖等。針對審計行業,可視化分析技術能夠使審計工作從問題導向型審計向挖掘型審計轉變,可視化分析技術能夠以更加簡潔清晰的方式展現出海量審計數據間的內在關聯關系,如層級關系、強弱關系、時間關系等。如此能夠使審計人員從海量信息中迅速發現審計疑點,從而提高審計效率。由此可見,隨著審計信息量的高速增長,大數據可視化分析技術是審計人員快速明晰復雜信息的關鍵分析技術,通過將審計數據進行可視化轉化,進而掌握被審計信息的特征與含義[3],這對審計人員在海量審計信息中發現審計思路、挖掘審計線索、尋找審計證據具有重大意義。
(二)基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業審計方法原理
在實際操作中,基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業的審計方法原理可簡要概述為:根據對被審計對象的了解與調查,除了采用傳統的訪談、現場觀察等審計方法外,還需要采集被審計對象的內外部相關大數據,分別從ST企業的如相關財務數據等結構化數據以及企業以前年度審計報告等非結構化數據進行數據采集,然后通過審計軟件對審計數據進行數據預處理[4],在此基礎上,審計人員可結合自己的審計背景知識,利用人類視覺的敏感特性,從總體上系統地對可視化圖像進行觀察、分析、總結,從而發現審計線索,尋找審計證據[5]。與此同時,審計人員可根據審計需要改變審計軟件的相關設置,從而根據不同的可視化圖像展示不同的被審計數據特征,進而從所觀察到的審計特征中挖掘審計線索,剖析數據異常的原因,最終更加快速、全面地獲得審計證據。通常情況下,上市公司出現下面兩種情況將會被ST。第一種情況是連續兩年業績虧損,這樣的股票就將被ST,如果第三年繼續虧損,則會被退市,從股票市場消失。第二種情況是上市公司出現重大違法違規行為,將直接被ST,甚至還將被直接退市。因此,通過基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業審計方法的研究,可利用可視化技術分析哪些上市公司被ST屬于第一種情況,又有哪些ST企業是因為重大違法違規行為而被ST,在此基礎上,分別對其產生的原因進行細化分析與探究。由此,通過大數據可視化分析技術進行分析、匯總,為以后開展審計工作提供經驗參考。
四、基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業審計方法分析案例
(一)案例背景
隨著時代的發展,人們對健康的關注逐漸加強,因此生物制藥行業在近些年乃至未來都有巨大的發展空間。尤其是在疫情期間,生物制藥行業更是取得了顯著的成就,從疫苗開發到制藥研發新模式都反映出該行業正在蓬勃發展。猶是如此,生物制藥行業依舊有多家企業被ST。因此,本案例以探索生物制藥行業中企業被ST的原因為背景,以2016—2020年間A股生物制藥企業的財務報表為例,研究大數據可視化分析技術在該類審計中的應用。在大數據環境下,數據可視化工具主要包括兩種分析工具:其一是有關開源、可編程的工具,如R語言、python等;其二就是商業化產品,如Tableau、IBMCognos、MicrosoftExcel等。其中,Tableau是桌面系統中最簡單的數據可視化工具軟件,它實現了數據運算與美觀的圖表的完美結合,用戶只需要將大量數據拖放到數字“畫布”上,便能創建好所需要的各種圖表,這對于計算機基礎薄弱的審計人員來說是最具可操作性及實用性的軟件。因此,本文以Tableau為例分析基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業審計方法。
(二)基于大數據可視化分析技術的示例
在Tableau中,將2016—2020年間A股生物制藥企業的行業信息表、利潤表以及利潤表進行多表連接,然后在數據源中進行數據篩選,對2016—2020年期間A股的ST企業年度數據進行分析,以下僅利用了可視化圖像中某幾個圖像為例。條形圖是數據可視化分析中的常用圖形之一,它是一種以長方形的長度為變量的統計圖表,適用于比較兩個或兩個以上的項目,只有一個變量,從而可以以更加直觀的視角展示各個項目之間的差別[6]。條形圖除了可縱向排列外,亦可橫向排列,或用多維方式表達。比如,在本案例的生物制藥行業ST企業中,通過條形圖分析企業凈利潤,以X軸表示企業名稱及會計期間,Y軸表示各個企業的流動比率,其分析結果如圖1所示。從圖1中可以看出ST企業在近五年的凈利潤情況都不容樂觀,尤其是康美藥業在近五年的虧損顯著嚴重,由此審計人員可以通過這一問題進一步分析其被ST的原因。散點圖表示因變量隨自變量而變化的大致趨勢,由此趨勢可以選擇合適的函數進行經驗分布的擬合,進而找到變量之間的函數關系。散點圖偏向于研究型圖表,能夠使審計人員發現審計數據之間的隱藏關系。在圖2中,通過利用散點圖分析,可以發現康美藥業近五年的營業利潤率分布情況比較離散,尤其是在2020年時情況最為嚴重。營業利潤率如此離散,說明康美藥業的盈利能力弱,經營風險大,由此,審計人員可根據影響營業利潤率的因素進一步挖掘跳躍點產生的原因。例如,可從企業的銷售數量、單位產品平均售價、單位產品制造成本、控制管理費用的能力、控制營銷費用的能力等角度分析。圖2ST企業營業利潤率比較分析示例樹狀圖是一個由不同大小的嵌套式矩形來顯示樹狀結構數據的統計圖表。在樹狀圖中,父子層級由矩形的嵌套表示。在同一層級中,所有矩形依次無間隙排布,它們的面積之和代表了整體的大小。在圖3中,通過樹狀圖可以發現中珠和康美的成本費用利潤率為負,說明他們的成本費用控制能力很差,獲利能力很弱。根據這些分析線索,審計人員可做進一步的詳細分析,查找這些公司的具體成本費用支出,從而找出其獲利能力弱的根本原因。圖3ST企業成本費用利潤率比較分析示例
五、總結
在大數據環境下,審計人員不得不面對大數據帶來的挑戰,那么如何使審計人員在開展審計工作時從整體上快速發現可疑信息,挖掘審計線索,找到審計證據,得出審計結果,這些都需要應用到大數據技術。而大數據可視化分析技術正是解決這些問題的有效手段之一,本文以Tableau為例,研究了基于大數據可視化分析技術的生物制藥行業ST企業審計方法,通過實例可以發現:可視化圖形更能有效利用人類視覺特性來開展審計工作。當然,本文的研究方法并不能全面解決大數據時代下的審計問題,但能有效彌補常用審計方法的不足,拓展審計方法的應用。
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4.基于巖體質量指標BQ的巖質邊坡工程巖體分級方法
5.邊坡工程災害防治技術研究
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38.預應力錨索格構在邊坡工程中的設計研究
39.錨桿加固機理研究及其在邊坡工程中的應用
40.分布式光纖傳感技術在邊坡工程監測中的應用研究
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65.三維環境下邊坡工程地質編錄關鍵技術研究及系統開發
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68.露采邊坡工程特點與有關問題的探討
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74.基于逆可靠度的邊坡工程反演分析
75.基于異步粒子群優化算法的邊坡工程巖體力學參數反演
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77.福建山區高速公路邊坡工程與錨固技術
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79.極端冰雪災害對邊坡工程穩定性影響分析研究
80.有限元強度折減法在元磨高速公路高邊坡工程中的應用
81.邊坡工程模糊可靠度研究
82.邊坡工程中的巖石力學參數研究方法探討
83.云南紅層分布及其邊坡工程病害分析
84.廣義塑性理論上限法及其在邊坡工程中的應用
85.錨桿抗滑樁加固邊坡工程動力穩定性分析
86.邊坡工程中破裂角和巖體等效內摩擦角取值及應用若干問題探討
87.邊坡工程評價與設計計算機輔助系統
88.邊坡工程反饋設計研究的人工神經網絡方法
89.露天煤礦邊坡工程的發展趨勢
90.露天礦邊坡工程技術的發展與展望
91.區間分析在邊坡工程中的應用
92.邊坡工程處治技術分析研究及工程應用
93.綠春縣登天門景區邊坡工程治理方案研究 優先出版
94.花崗巖類土質邊坡工程特性及加固方法研究
95.邊坡工程失穩災害預警的研究
96.基于能量方法的巖體破壞機理及其在邊坡工程中的應用
97.邊坡工程加固需求度評價及其應用
98.基于DEA的地震作用下巖石邊坡工程整體安全風險分析 .