数字乡村可视化系统的设计和实现论文

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　　摘 要：在促进数字农业和乡村发展的背景下,为了使乡村数字化建设效率得到提高,利用系统协同、物联网、人工智能 等技术得到村镇的自然环境、基础设施、生产技术、社会保障、商贸物流等数据,创建数字乡村大数据平台。平台将数据中台 联合业务前台服务架构,支持数据多维分析、多用户定制与服务扩展,实现各个系统功能,利用乡村大数据管理、决策分析、 挖掘等为农民、经营组织、村镇管理提供个性化的服务。


　　【Abstract】： In the context of promoting digital agriculture and rural development, in order to improve the efficiency of rural digital construction, the use of system collaboration, Internet of Things, artificial intelligence and other technologies to obtain the natural environment, infrastructure, production technology, social security, business logistics of villages and towns waiting for data to create a digital village big data platform. The platform combines the data middle-office with the business front-end service structure, supports data multi-dimensional analysis, multi-user customization and service expansion, realizes various system functions, and uses rural big data management, decision analysis, mining, etc. to provide farmers, business organizations, and villages and towns oriented services.

　　【Key words】： digitization;digital village;visualization system

　　数字乡村其实就是实现乡村信息化,乡村信息可视 化为数字乡村的基本特征,基于高新技术的乡村仿真在 乡村信息可视化中具有重要作用。在乡村发展的过程 中,乡村规划尤为重要,为了能够将设计意图、规划思 想展现出来,传统乡村规划方法一般使用三维动画或者 缩微模型直观展示设计方案。因为乡村模型要通过大比 例尺缩小,虽然能够得到乡村鸟瞰形象,但是无法通过 正常人的视角感受到乡村的建筑空间,也无法反馈观察 者对规划设计的建议 [1]。



　　1 系统平台的架构设计

　　1.1 系统的设计需求

　　(1)在三维场景可视化层次创建以地形高程、摄影 模型、建筑信息模型等数据融合的多场景多尺度实景三 维,利用无人机倾斜摄影采集图像和自动化建模软件技 术结合开展三维实景建模,还原设计乡村特色建筑物,提高系统可视化展示真实感。

　　(2)系统将 B/S 模式开发,使分组开发与复杂应用 程序管理得到简化,具有较高的代码重用性,后期业务 需求更新和维护较为简单。

　　(3)组织基础地理信息数据录入与查询显示,从而实 现前端三维一体化展示。以乡村建设需求通过 SuperMap 开发平台的 API 接口与功能开发组件,设计所需的功能 模块,使用户体验与业务应用需求得到满足 [2]。

　　1.2 系统的设计架构

　　系统设计目标内容,通过开发数据层、服务层和应用层安排系统工作。数据层为系统核心,根据系统项目业务需求和技术背景,为实现多尺度、多场景的可视化 平台,使用户体验到从宏观到微观,从室外到室内的场 景衔接,利用收集不同类型格式三维数据,使用不同建 模软件与技术实现三维建模,集成多源数据模型融合场景。服务层为中间层,具备承上启下的作用。本文系统 三维数据服务通过 SuperMap Server 服务器作为前端 应用层,包括 BIM 模型数据、三维倾斜模型数据与地 形影像等数据服务。服务层为系统应用层与底层数据的 传输介质, 还是 Web 系统中尤为重要的部分。应用层 为系统展示层,基于前端技术框架与 GIS 平台的二次开 发功能,系统能够实现多个功能模块 [3]。

　　2 系统平台的设计

　　2.1 乡村三维模型数据库

　　乡村三维模型数据库指的是虚拟三维乡村环境的生 成基础,还是实现乡村规划可视化的保障。通过可视化 底层实现角度分析,虚拟乡村环境景观漫游过程也就是 实时系统描述乡村景观对象的三维模型数据库的实时渲 染和动态调用。针对可视化仿真的实时三维模型数据库 不仅要使普通三维模型数据库具备完整几何外观,并且 需要能够满足实时需求的特点。虽然 Vega 渲染引擎能 够支持大部分三维模型数据库,对系统整体运行效能进 行考虑,选择针对可视化仿真应用开发,渲染效率比较 高的节点式 OpenFlight 模型数据库,使其作为系统标 准模型数据库格式。

　　一般,乡村三维模型包括地物模型和地形模型两 种,把不同类型模型使用不同建模策略创建。针对乡村 范围规模虚拟景观模型来说,地形模型无法在同个单独 数据库表达,一般都使用分块创建的方法。本文将乡村 所在范围的数字高层模型、数字正射影像数据、数字线 划矢量数据等乡村空间技术信息数据,以相应标准严格 分割乡村地形,实现半自动化生成并且保存独立模型文 件。在系统运行的过程中,以当前状态实现动态模型调 用与地形匹配,构成地形模型数据。

　　乡村地物模型比较复杂,包括静态地面建筑、树 木、交通工具等。比如地面建筑,使乡村范围中的全部 建筑单独建模无法实现。所以,将乡村建筑划分成为一 般建筑、标志性建筑、规划建筑和非重要建筑。因为标 志性乡村建筑会影响到虚拟乡村景观的可信度,所以要 参考建筑图纸精细建模 ;规划过程中的建筑和规划方案 评估具有密切关系,能够直接设计并且创建模型 ;一般 建筑能够利用特征映射方式实现半自动式创建,能够满 足大视角范围的远眺需求 ;针对大量非重要建筑,要以 相应地理信息数据,利用应用程序接口自动生成体量相 当的低精度替代模型 [4]。

　　2.2 乡村数据集成模块

　　数字乡村建设所涉及的数据类型包括结构化报表、 实时消息类数据、属性类数据等,使用 Sprong Batch系统架构结合弹性可扩展分布式内存数据管理平台实现 多源异构数据集成整合,主要包括 ：

　　(1)数据批量读取。对乡村业务流程中全部数据进 行读取,包括经济、人口、企业和产业等数据,通过物联 网对农产品市场数据实时监测,在中间高速缓存中存储 ;

　　(2)数据整合和映射。利用映射处理器使文件数据 映射为对象数据,根据数据类型使不同数据处理器的数 据得到满足,使高速缓存中治理流程、服务信息和实时 监测等数据在不同数据处理器中映射,对相应服务调 用,从而实现数据处理和存储 ;

　　(3)数据计算和存储。与乡风文明、产业兴旺、生 活富裕作为基础,创建 DOA 服务接口,能够支持JDBC、 Gemfrie 等访问与数据存储,从而实现过程数据服务 发布 [5]。

　　2.3 数据感知模块

　　数字乡村治理与服务态势数据感知具有密切关系, 利用物联网技术实现各种场景的感知,比如全产业链追 溯、村庄安全、生态环境等,使实时数据决策效率与精 度得到提高。

　　(1) 在创建数字乡村建设中, 通过天线基站、视频 监控管理、路灯照明控制等构成物联网,通过物联感知 技术进一步提高乡村管理效率 ;

　　(2)创建数字乡村时空基础设施,实现以乡村为单 位数据的服务和汇集,包括遥感遥测、移动定位等数 据,创建乡村空间形态典型模式 ;

　　(3)创建开放式数字乡村感知处理系统,通过系统 建设标准、数据共享规范、接入标准实现数据汇聚和 规范化接入,结合互联网数据创建数字乡村全量信息视 图,如图 1 所示。

　　2.4 数字影像的生成

　　使外业收集的影像图片导入到 Photoscan 中,根 据空间位置信息实现影像图片排列,从而生成密集点 云、纹理信息、网格等。之后生成数字高程模型 DEM, 通过 DEM 实现影像正射校正,然后拼接校正后影像,最终得到工作区数字正射影像,以实际需求修改输出正 射影像数据空间分辨率。

　　为了保证乡村大数据平台的运行速度,使不同处理 能力手机终端用户访问更加的方便,要求对实景地图影 像进行切片处理。本文使用免费开源 GeoServer 软件, 方便地图数据的发布,利用 GeoServer 通过用户迅速 共享空间地理信息。在切片之后使实景地图影像发布到 平台中,手机终端用户利用微信扫码得到数字实景地图 服务。影像切片数据发布步骤为 ：

　　(1)新建工作区 ;

　　(2) 添加全新数据存储,选择栅格数据源中的 Geotiff, 添加研究区正射影像数据 ;

　　(3)点击发布按钮,对正射影像发布之后的地图服 务坐标系进行选择 ;

　　(4) 对发布之后的地图服务进行查看,在微网站中利 用域名地址对已经发布的正射影像地图服务进行调用 [6]。 2.5 设备汇聚中枢

　　设备汇聚中枢对全域数据进行收集,根据农业气象 站、传感设备、视频监控设备等创建全方位乡村立体感 知体系,设备汇聚中枢构成包括 ：

　　(1)设备接入板块能够支持多种接入方式、组网方 式等设备数据注册接入,利用局域网、广域网连接物联 设备,局域网指的是家庭中的智能设备蓝牙、ZigBee 等方式 ;

　　(2)通过感知层视频设备采集数据创建视频处理板 块,对视频数据进行计算和存储等,并且向上支撑视频 能力的标准化输出。还能够提供视频存储服务根据业务 需求存储时长进行事后查证与计算分析 ;

　　(3) 设备管理通过规则引擎、物模型配置、自动化 告警装置等检测设备 ;

　　(4)通过应用能力输出所提供的开放性 API/SDK 将 能力输出提供给业务中枢,比如设备自动化监测能力、 视频服务能力等。

　　3 数字乡村大数据平台的应用实例

　　将平台上移、服务下延思想作为基础,将移动智能 应用作为主设计系统的应用。首先,根据当地乡村振兴 大数据服务核心的需求创建具备人口经济、农村资源、 基础设施、教育医疗和产业发展的数据指标体系,实现 数据采集管理。根据数据分析支撑需求和数据采集的方式,使其划分为静态、动态与关联 3 种指标。

　　(1)动态指标。在分析乡村产业发展过程中的指标 数值根据变化而改变,比如农机动力、农资供应和劳动 力等,此指标数据变化会对生产效益变化造成影响 ;

　　(2)静态指标。在分析乡村公共服务指标配置的过 程中,并不会随着时间变化而改变,比如健身广场、学 校配置、交易市场等,此指标包括乡村公共服务状态主 要的影响因素 ;

　　(3) 关联指标。要求实现二次计算和解译,转变成 为能够直接分析的数据,比如病虫害、气象条件、生产 环境等对影响产量的数据。

　　使用在线交互式的社区网格单元实现编码的划分, 从而分析以网格为单元的环境问题、突发事件、生产需 求等,利用网格管理服务流程优化使村镇社区公共服务 更加的便捷和高效。比如桃产业,能够得到产量预测、 上市期品种分布等 [7]。

　　4 结语

　　数字乡村能力支撑平台建设充分使用运营服务、终 端应用等优势对乡村进行服务,贡献广电力量,打造新 时期文化工程。将共同富裕作为战略目标,根据乡村振 兴对乡村文化服务渠道进行拓展,促进智慧广电乡村建 设,全面创建数字乡村,实现乡村全面振兴。

　　参考文献

　　[1] 崔凯,冯献.数字乡村建设视角下乡村数字经济指标体系设 计研究[J].农业现代化研究,2020.41(6):899-909.
　　[2] 连芳,张明,单秀旭,等.大气环境信息可视化系统设计与实现 [J].地理信息世界,2020.27(2):114-118+123.
　　[3] 陈思凝.基于知识图谱的数字乡村研究可视化分析[J].社会 科学前沿,2022.11(5):1890-1899.
　　[4] 赵珽坚,吴振华,张晓箐,等.飞行试验数据可视化系统设计与 实现[C]//第十七届中国航空测控技术年会论文集,2020:34-37. [5] 钟佳伶,黎茂锋,黄俊,等.气动数据可视化系统的设计与实现 [J].计算机测量与控制,2021.29(2):155-160.
　　[6] 席佩瑶,陈森林,周子伟,等.数据实时通信与可视化系统的设 计与实现[J]. 自动化与仪表,2022.37(1):55-59.
　　[7] 夏万土,钟岳军,钱大军,等.浙江省绍兴市上虞区数字乡村规 划建设的探索与实践[J].广播电视信息,2022.29(5):64-66.

 
 
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