云果技术论坛 | 云果基地可视化系统

2021年 第4期

定义

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，再进行交互处理的理论、方法和技术。它是一个处于不断演变之中的概念，其边界在不断地扩大。主要指的是技术上较为高级的技术方法，而这些技术方法允许利用图形、图像处理、计算机视觉以及用户界面，通过表达、建模以及对立体、表面、属性和动画的显示，对数据加以可视化解释。与立体建模之类的特殊技术方法相比，数据可视化所涵盖的技术方法要广泛得多。

意义

农业生产特别是大规模的农业生产，所有的生产作业都是基于位置信息的，因此其生产的信息化管理离不开GIS的支持。数据可视化不仅仅是简单的显示数据，而是对服务器提供的地理数据源进行解析、重构，以人们感观容易接受的方式展示出来，同时还要兼顾客户端的运行效率和网络资源的有效利用。为了更好的展示效果，在Ｗeb层面技术之上发展出了3D可视化平台框架，这大大丰富了数据化的展现方式，同时提高了代码的重用性。云果基地可视化系统实现了对果园环境信息的可视化监控、田间农情的可视化管理、农事数据的可视化掌握。

果园可视化管理的需求

结合农业信息化和农业精细化管理的特点，针对目前的数据特点，一方面要考虑到果园生产管理的过程，另一方面要考虑到使用者对系统的需求。因此基地可视化系统应该实现以下几个功能：

（1）生产信息展示功能。应该通过对要素图层的渲染，将已完成和未完成的农事在地图上显示出来，对于每个田块应该有对其属性信息的显示功能。

（2）提供空气温湿度、土壤温湿度等环境。在果园的空间尺度上环境信息差别不大，以整个果园为单位，通过获取接入传感器硬件数据，显示环境信息。

（3）在时间尺度上信息的对比功能。能在时间尺度上对历史环境数据或者农事数据进行对比，加强数据的纵深度。

（4）农事指导功能。根据时间提醒管理者进行农事劳动管理。

云果基地可视化系统架构

基于果园状况，在三维模型、GIS引擎、720°全景地图中做模型开发，进行地块信息、技术管理信息、耕作管理信息、生长动态信息、现场视频等可视化展示和远程管理并集合果园介绍，支撑基地生产管理纵览和决策。

图1：功能模块设计图

数据库是可视化的基础，主要包括地理数据库和普通关系数据库。

图2：系统数据库结构图

1. 三维展示引擎

物联网分为感知层、网络层、应用层，应用层涉及到3D界面的开发，三维展示引擎是三维展示开发的核心工具之一。3D可视化平台提供了场景加载、分层级浏览，对象访问、搜索、以及对象的多种控制方式和丰富的三维效果展示，可以通过绑定事件进行各种交互操作，还提供了摄像机视角控制、点线面效果、温湿度云图、界面数据展示、粒子效果等各种可视化功能在三维场景渲染中表现十分出色。

三维展示引擎对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术向果园主展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达他它们之间的垂向关系，还可以对空间对象进行三维空间分析和操作。

图3：可视化管理系统示意图

2. GIS引擎

农业地理数据同样也有地理空间数据的时空性、动态性和数据量大的特点，同时由于农业的特殊性，地域性、周期性、时效性、滞后性和综合性的特点。GIS引擎有效的解决了数据管理和展示方面的问题，利用计算机网络和GIS的技术特点和优势，使农业资源信息采集、动态监测、分析、管理、决策与空间信息管理融为一体，直观、形象、动态地显示各种农业资源的空间分布状况以及变化趋势等。

图4：果园分布示意图

3.720全景展示引擎

通过无人机实地拍摄，集成开发基地可视化720°全景地图，支撑信息化、可视化展示和信息化调度。720图片的照片分辨率在2000万像素以上，格式为JPG。

• 720全景拍摄

图5：720全景拍摄示意图

720全景拍摄通过将无人机飞行到指定的高度并悬停后，将调整飞行器云台拍摄的角度对其进行水平拍摄、-30°拍摄、-60°拍摄、垂直俯视拍摄并形成720全景图片。

• 720全景展示

对720全景图片进行二次开发将果园天气数据、地块人员信息以及物联网设备信息展示在web端。

图6：720全景展示图

4.基于物联网的基地数据可视化

基于物联网系统集成的基地物联网设备采集的数据，在基地720全景上进行标点展示，包括气象监测站、土壤监测站等。将基地的视频监控设备接入至基地可视化系统内，管理者可自由调度视频信息进行监控视频查看。通过对基地可视化系统适应性改造，支持指挥中心大屏、示范基地大屏、及标准16：9大屏显示适配。

图7：物联网数据可视化示意图

依托物联网、移动互联网、云计算、大数据和3S等技术的感知、信息传输、数据计算和空间显示，为可视化平台建设提供大数据支撑。采用GIS技术对农业资源数据进行空间和时间化组织，对农业资源信息按不同视角、不同维度进行分析，从宏观、中观、微观等多个层面为果园主提供农业资源信息综合统计、预测预警分析以及各类专题图表输出功能，实现对农业大数据的数据挖掘和可视化，为掌握现状、未来预测提供辅助支持，保障农业生产管理的科学化决策。

总结

农业生产早已不是靠天吃饭的时代，面对日益紧张的人均耕地，精细化、信息化才是农业未来的出路。基地可视化平台的合理建设，将促进农业生产管理更加精准高效，从而推动农业提质增效、拓宽农民新型就业和增收渠道，最终提升农业生产管理效能。