气象数据可视化精选(九篇)

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第1篇：气象数据可视化范文

关键词 D3.JS；大数据；可视化；气象；吉林省

中图分类号 S165 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）04-0345-02

近年来我国气象事业有了长足的进步和发展，吉林省建设了大量的常规、特种自动气象探测设备，其传输、处理和服务应用的信息量呈指数式增长。吉林省气象信息网络中心每天接收海量的数据，其中大部分数据都是非结构化的大数据，但目前对这些大数据仅能做到初步的实时业务应用，无法进行大数据的长时间序列存储及进一步的分析处理和决策分析应用，这就造成了极大的气象数据价值浪费。因此，气象行业迫切需要进行气象大数据的应用分析研究。

1 气象大数据可视化现状

数据的可视化，可以更直观地分析数据之间的关系和数据形成的规律，这些对于气象来说是非常重要的：一是便于研究存储数据的特点。二是便于分析气象数据的形成规律，为理论研究工作提供依据。

目前，美国的尼古拉斯・加西亚・贝尔蒙特（Nicolas Garcia Belmonte）根据美国国家气象局的气象数据开发的风场可视化系统，以圆圈和线条为基本图形元素，辅助以颜色变化来表现美国1 200多个气象站的实时风场情况。美国的马丁・瓦滕伯格（Martin Wattenberg）和费尔兰达・维埃加斯（Fernanda Viegas）合作研发的风场可视化系统WIND MAP，以线条为主要元素，顺着风的方向利用线条的动画绘制出风场，利用黑白明暗的变化表现风的强度。这2个系统都已经非常成熟，还有东京气象局研发的东京风场系统，都是非常成熟的B/S结构的风场可视化系统[1-3]。但是国内并没有成熟的B/S风场可视化系统，在预报资料的要素可视化领域，国外的气象同行已经远远的走在了我们的前面。

英国开发的英国气温史（UK TEMPERATURE HISTORY）网站，如图1所示。通过利用D3.JS，只需要1张图就可以直观看到1911―2012年的温度变化曲线，并且其中还标注了有特别气象灾害的时期。100年的历史仅仅用1张可交互的D3图形就清新明了地展现出来。还有东京气象局开发的风场网站，如图2所示，是将实时数据转化为风场，并以动画形式直观明了地显现出来，为预报员的预报提供参考。

2 吉林省WRF模式数值预报可视化系统总体设计

该文利用D3.JS设计的气象大数据显示系统是一个以东三省历史数据和实时数据为数据源，主要显示温度、湿度、气压和风场等气象要素的大数据可视化系统。此系统可以直观的通过东北区域的整个气象要素分布和历史气象情况来指导现在的工作。

D3通过TOPOJSON的地理信息数据绘制东北区域地图，通过编写的小程序将GRIDS数据解析为JSON格式的要素信息。将温度湿度数据解析为色斑图，将风的强度用色斑形式显示，根据风的方向数据绘制成风场动画图。When.js将系统任务分为地图绘制、GRIDS数据解析、公式计算和D3数据可视化4个部分。

3 D3.JS和SVG相关技术

D3.JS是数据驱动文档（Data-Driven-Documents），产生于htmL5之后新兴起的javascript组件，它集成了htmL5的功能，重新封装成了一个便于对大数据可视化进行处理的js组件。因为它的产生就是因为大数据，所以一经就在国外引起了非常多的大数据程序开发者的注意。

D3.JS是2009年斯坦福大学可视化研究组研发的项目，从一开始就是开源和友好的，它将数据处理成数据模型的形式，然后通过HTML中的超文本文档将数据转换到其中。并且由于HTML5的新特性，D3.JS是支持SVG技术的，也就是可缩放矢量图形，比前几代的HTML有了巨大进步。

D3.JS起源于斯坦福大学在2009年的一个研发项目，2011年开始。从2011年至今，D3.JS组件一直在更新和完善。该文所使用的D3.JS版本是2012年的3.0版本。3.0版本在集成可视化方面有了更加长足的进步。无论是可视化表现还是框架的易用性都变得更加突出。

吉林省气象前端可视化系统作为一个区域性的WEB前端可视化系统，SVG的网络性和可伸缩的矢量图形是最好的选择。SVG本身的语言特性遵从于XML的语法，用文本格式的描述性语言来编写矢量图形的内容。不涉及标量图形的分辨率问题，也是现在使用比较广泛的图形模式。

D3核心功能就是处理矢量图形图，因为矢量图形是由数据方程定义，无论是图形放大还是缩小，都会重新确定点的相对坐标位置和线的位置，不会造成失真。D3是基于Javascript语言开发的，其代码在客户端（也就是用户浏览器）上执行，这使得数据必须发送到客户端才能进行D3可视化的转化生成。这就要求数据必须是用户共享的，而研讨可视化有一个目的就是实现研讨信息的共享。

3.1 异步处理

因为系统要显示风场、温度、湿度、气压等多个要素，所以需要引入任务调度机制保证系统的运行速度。本系统选择了速度快，体积小的when.js组件作为任务调度模块。

When.js是cujojs的轻量级的 Promises/A和when（）实现，从wire.js的异步核心和cujojs的IOC容器派生而来。包含很多其他有用的Promiss 相关概念，任务在when.js中存在3种状态即默认（pending）、完成（fulfilled）、失败（rejected）。默认状态可以单向转移到完成状态，这个过程叫resolve，对应的方法是deferred.resolve（promiseOrValue）；默认状态还可以单向转移到失败状态，这个过程叫reject，对应的方法是deferred.reject（reason）；默认状态时，还可以通过deferred.notify（update）来宣告任务执行信息，如执行进度；状态的转移是一次性的，一旦任务由初始的pending转为其他状态，就会进入到下一个任务的执行过程中。

when.js的异步处理机制大大的方便了D3.JS在处理大数据时的任务调度问题。

3.2 MVC

在WEB开发中框架的选择至关重要，因为框架决定着开发的难度和软件维护的成本。因为本身D3.JS就是开源的，该文选择了同样开源的backbone.js作为软件开发的MVC框架。Backbone.js是一个重量级javascript MVC 框架，主要组件是模型、视图、集合和路由器。作为前端显示的气象大数据可视化系统，MVC是一个便于开发和管理代码的选择。

Backbone.js依赖于Underscore.js，部分依赖于jquery，因此在熟悉Backbone.js之前必须对Underscore.js和jquery的语法特点完全了解。某种程度上来说必须有Underscore.js和jquery的开发经验才能更好的使用Backbone.js。它可以根据MVC当中模型中的数据更新，自动对超文本进行更新。这种特点无疑为程序开发和代码维护提供了方便。并且restful的代码风格也是现在使用最广泛的代码风格，更加方便了程序的开发。

3.3 后台搭建

后台使用JS开发的node.js开源平台，作为JS开发的平台，node.js在性能上非常强大。简单的说node.js就是运行在服务端的JavaScript，并有着有优秀的并发功能。

node.js是建立在Chrome的JavaScript运行时之上的平台，它用于构建快速、可扩展的网络应用程序[4]。node.js使用一种事件驱动、非阻塞的I/O模型，这也使得跨分布式设备的数据密集型实时应用更加轻量、高效和完美[5]。node.js良好的并发性能无疑是气象大数据可视化最好的选择。

4 结语

D3通过TOPOJSON的地理信息数据绘制吉林省区域地图，通过编写的小程序将GRIDS数据解析为JSON格式的要素信息。将温度湿度数据解析为色斑图，将风的强度用色斑形式显示，根据风的方向数据绘制成风场动画图。When.js将系统任务分为地图绘制，GRIDS数据解析，公式计算和D3数据可视化4个部分。作为D3绘制的可视化系统优点就是交互速度快，量化清晰，便于分析和研究。

5 参考文献

[1] DEWAR M.Getting Started with D3[M].England：O′Reilly Media，2012.

[2] 张运良，张兆锋，张晓丹，等.使用D3.js的知识组织系统Web动态交互可视化功能实现[J].现代图书情报技术，2013（增刊1）：127-131.

[3] 朱建军.基于D3的可视化组件开发及其在研讨系统中的应用[D].武汉：湖北工业大学，2015.

第2篇：气象数据可视化范文

关键词：可视化；远程；视频会议；天气会商

引言

随着多媒体信息技术的发展，语音、视频、数据融为1体，这项技术在工作中得到广泛应用。气象部门将这种技术加以改进，推广至全国各个气象部门，中国气象局召开视频会议，省、市、县气象局既可通过PCVSAT卫星多媒体广播系统接收语音和视频，也可以通过建立在宽带网基础上的视频会议系统进行接收；省气象局召开视频会议，市、县气象局通过建立在2Mbps的SDH数字专网上的万事通视频会议系统接收会议；每天省局和市局进行天气会商，参会的每个成员都可以发言，并发送相关天气图供参会人员参考。

一、系统简介

1.1覆盖范围

视频会议系统在各级气象部门中日益普及，应用范围和深度也逐步提高。可视化远程会议所涉及的范围，可以说遍布华夏大地。由国家气象局发起，各个省、市、县的气象人员都可以参加。也可以由各个省气象局自行组织，参会人员为市、县气象局的有关人员。也可以由各个市气象局组织，与县气象局的人员开会。

1.2传输线路

目前所使用的通讯线路有两种：宽带网和卫星通讯网。国家气象局和省气象局之间通过6Mbps的SDH数字专网进行通讯，省气象局和市气象局、市气象局和县气象局都通过2Mbps的SDH数字专网进行通讯。卫星通讯网包括卫星数据网、卫星话音网和PCVSAT单向数据广播系统，在此我们使用其中的PCVSAT卫星多媒体广播系统。该系统采用PC插卡式卫星数据接收机作为终端设备，将PC机变成了VSAT终端，从而实现了VSAT通信系统面向网络和多媒体的无缝联接。

1.3系统功能

可视化远程会商系统的数据和图像传送功能是传统会议不可取代的。它结合了电话会议和网络会议的方便快捷，实现了网络语音和视频相互交流，不但可以节省大量成本，而且可以提高工作效率。该系统同时结合了网络会议系统所需要的全部功能，使可视化远程会商管理方便、文件传送便捷。

参加会议的各个会场间可进行实时视频、音频交互通讯。由主持会议的会场决定发言会场，发言会场在发言时，所有参见会议的会场都可以看到发言会场所发送的视频，可以听到发言会场的音频信息。每个会场在本端既可以看到两个画面，即本地会场画面和远端会场画面，也可以只看1个画面，在本地会场画面和远端会场画面之间进行切换。

可视化远程会商系统还可以传输数据，会议过程中发言会场可以发送Word、Excel、Powerpoint、图形图像等电子文档，任何1个分会场都可以接收到。该系统还具有资源共享功能，将局域网上的文件发送出去或下载到本地。

二、应用情况

随着中国气象系统信息化建设的发展，视频会议系统在气象系统中得到广泛应用，除了基本的远程会议外，在远程可视天气会商中也得到了越来越多的应用，通过视频会议系统各级预报员之间可以进行充分、及时的交流，天气预报的时效性和准确性都有了提高。

2.1天气会商

每天早上9：20省气象台和市气象台进行天气会商，省气象台的主班主持会议，呼叫所有参会人员，参会人员听到呼叫进行应答，确保参会人员到齐后，首先发送有关天气会商的资料，包括天气趋势图、卫星云图和word文件等，然后结合天气图介绍天气趋势，最后得出预报结论。省气象台的主班发言完毕后，由各个市气象台的主班轮流发言，说出自己的预报理由并得出预报结论。最后由省气象台的首席预报员进行总结发言，有不同意见的进行订正，提高预报的准确性。每逢复杂天气过程，随时可以进行会商，1旦确定为灾害性天气，及时告知广大群众及有关领导和新闻单位，尽量减少灾害性天气所造成的损失。如4月1日预报出当天晚上至次日白天气温下降8℃左右，4月2日晚上至4月3日白天气温继续下降10℃左右，有霜冻。预报员及时将这1预报结论告知有关领导和新闻单位，广大群众采取有效措施，减少了灾害性天气所带来的各种损失。

2.2视频会议

气象部门召开“2007年全国气象业务汛前检查电视电话会议”，由国家气象局主持会议，会议覆盖范围涉及各省（区）、市、县气象局，会议覆盖范围广，参加人员多，各省（区）、市、县气象局的参会人员坐在各自的会议室，就可以看到、听到会议实况，使会议内容及时、准确传达给相关人员。

省财政厅利用气象局现有设备、线路、系统召开“山西省‘财政支农资金管理年’活动视频会议”，财政厅相关领导、省农口部门财务处负责同志、各市县财政局分管领导参加会议。省财政厅有关参会人员在省气象局会议室，市财政局的参会人员在市气象局的会议室，县财政局的参会人员在县气象局的会议室，所有参会人员就近开会，省去旅途劳顿，节省时间，节约开资，提高工作效率。

利用该系统还可以进行教育培训，坐在自己的会议室里可以听到老师讲课，可以看到具体的操作过程，与工作相关的新知识、新技术及时得到更新。

三、系统维护

召开视频会议过程中，出现画面马赛克现象，声音卡可、回音大、啸叫等现象，现将处理过程介绍给大家，与大家共同分享。

音频输入处进行设置：打开万视通（WST）视频会议系统客户端程序，出现登录对话框，将该对话框关闭，点击系统的“设置”菜单，选择“系统设置”，在“发送设置”中选中“启用静音检测（噪音过滤）”，对噪音进行过滤。在“接收设置”中不要选中“自动打开所有用户接收窗口”，默认情况下，自动打开六个用户接收窗口，打开用户窗口过多，传输的数据量加大，影响音频和视频效果，使声音断续、卡可，画面出现马赛克现象，动画起来。“输入音量”中选择麦克风，点击“高级”，进入“麦克风的高级控制”，在“其他控制”中取消“1MicBoost(1)”，即取消对麦克风的加强功能，消除回音。

画面马赛克现象：可以将传输画面的采样大小设置小1些，使得传输画面的字节流减少，通讯线路中的传输量减少，解除画面马赛克现象。同时声音效果也会好些。

声音卡可：将采样频率设置小1些，由5帧/秒改为2帧/秒，可以解决声音卡可想象。出现啸叫有可能是地线接触不好，回音大1般情况是喇叭与麦克风距离过近，或麦克风质量差1些。

这些仅仅是在现有传输线路基础上提出的改进意见，当然能使传输带宽加宽就更好。

第3篇：气象数据可视化范文

【关键词】电网调度自动化；可视化技术

电网调度自动化集成系统可视化的目的是将计算中所产生的数字信息转变成直观的以图形或图像形式表示的信息，使用户对仿真计算的对象有形象而全面的了解，并使用户可以观察到数值模拟和计算的过程，甚至可以在仿真过程中对象进行交互控制，从而更加有效地处理和分析海量的工程数据，为工程人员提供一个探索和研究物理现象的先进工具，反映客观世界的本质和内在联系。

一、电网调度自动化集成系统可视化技术的研究背景

随着大电网的发展趋势，同时智能化调度的要求越来越高，监控系统数据多元化　，使得传统数据展现手段有所局限，需要将电力系统运行状态利用可视化技术将系统运行状态以图形或图像方式予以显示，使系统运行人员更方便、更直观地了解当前系统的运行状态，以便其采取的运行控制措施更有效、更有针对性。

电网运行规模向巨型网络发展，分区电网之间得相互支援、相互补充成为现实和趋势。精确化数据来源（PMU，　IED等）使数据采集种类大大增加。天气监控，环境监控，地理信息的融入使得电力系统运行成为一门综合类学科。电网规模的增加使得采集数据的数量和频度都在急剧增加，需要监视分析的数据量巨大。面对海量的不断变化的信息，调度员往往对数字并不敏感，同时静态的数据式表达无法满足电力系统运行对发展趋势，变化区域，运动速率和方向观察和分析需求。电网运行裕度越来越小，为了保障电网安全运行的动态响应能力，对智能调度提出了更高的要求。

二、电网调度自动化集成系统可视化技术的引入意义

可视化核心思想是Show me what I need to see Less is More　.采用可视化技术实现对电网的监视，让调度员在很短的时间内直观地感受到电网运行的情况和趋势；提高电网的调度水平，有助于电网调度向“智能化”转变，减轻调度人员分析压力，将会给电网的安全稳定运行带来明显的社会效益和经济效益。。智能调度是今后调度自动化的发展方向，而可视化技术是智能调度的重要展现手段，因此具有很强的技术研究和应用意义。

三、电网调度自动化集成系统可视化技术的发展现状

第4篇：气象数据可视化范文

关键词：可视化技术；图像理解

中图分类号：TP391.4

可视化技术是计算机图形学的一个重要研究方向，是图形科学的新领域。它是指是运用图形学原理和方法，将大规模的科学数据-数值和图像，转换为可视的图形和图。它能够给予人们深刻与意想不到的洞察力，在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。它涉及的研究领域很广，成为计算机科学研究领域中不可缺少的组成部分，例如计算机图形学、图像处理、计算机视觉等，它也是理解复杂现象和大规模数据的重要工具。

自从1986年可视化概念提出以来，发达国家纷纷开始研究可视化理论、方法，开发可视化工具与环境，它们的研究成果已广泛应用于石油勘探、气象预报、航天航空、核武器研制、医学图像处理等科学与工程领域以及自然科学领域中。

90年代初，我国开始了科学计算可视化技术的研究工作，一般需要使用巨型计算机和高档图形工作站处理庞大的数据量以及相关复杂的图像生成算法。所以，在高水平的大学、大公司和国家级的研究中心才有实力对可视化技术进行研究和应用。近几年来，随着处理器功能的不断提高，可视化技术的飞速发展，它的应用已经扩展到科学研究、工程、军事、医学、经济等各个领域，但是，与国外先进水平还有差距，因此还需要在在医学、地质、海洋、气象、航空等行业加大应用力度。

1 可视化的基本概念

可视化是一种计算技术，它将符号转换成几何，使研究者能观察到他们的研究工作。可视化技术能够将看不见的事物通过计算机变为能够看见的事物，提供了科学发现和展现事物的新途径，改变了科学家原有的研究方式，能够给人们意想不到的启示。

根据可视化技术的交互性、多维性、和可视性的特点，以及考虑结合程度，可视化技术可以分为后置处理，实时跟踪处理和实时绘制及交互控制三个层次。后置处理指的是将计算结果解释或显示为可视化的图形，目前大部分应用软件属于这一层次；实时跟踪处理强调它的实时性，因此要求计算与显示必行同步进行，这样能够随时发现执行中的错误以便日后改正；实时绘制及交互控制一方面强调它的实时性，另外能够根据显示结果随时改变执行过程中的参数以便得到满意的结果，因此具有交互界面。近二十多年来，在美国、德国、日本等发达国家的著名大学都在致力于可视化技术的研究，而且已经重点向实时处理和交互控制方面发展。

2 国内外比较著名的研究成果

2.1 流体可视化软件

这是美国国家超级计算机应用中心（NCSA，National center of supercomputer Application）的研究成果。该软件通过多个相联系的模型，在交互及分布环境下研究暴风雨的形成规律。其中安装在NCSA的超级计算机CRAY-YMP进行模型计算，VGX工作站则用来实现二、三维图形显示，提供用户接口，二者之间使用网络连接。

2.2 医学可视化技术

医学数据的可视化，已成为数据可视化领域中最为活跃的研究领域之一。由于近代非侵入诊断技术如CT、MRI和正电子放射断层扫描（PET）的发展，医生已经可以非常容易获得病人有关部位的一组二维断层图像。因为核磁共振、CT扫描等设备能够产生人体病变区域的多个方面多个剖面的图像，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，从而及时高效地诊断疾病。CT图像打破传统的胶片感光成像模式，借助于计算机重构人体器官或组织的图像，使医学图像从二维走向三维，使人们从人体外部可以看到内部。利用可视化技术软件，能够重构有关器官和组织的三维图像，例如美国加洲的ADAC实验室，约翰.霍普金斯大学等开发出的软件已在许多医院得到应用。利用可视化技术可以以获得心脏的三维图像，并用于监控心脏的形状、大小和运动，为综合诊断提供依据，例如中国协和医科大学等进行的主动脉病变的临床诊断和冠状动脉搭桥术（CABG）后的血管显示等。正是应用了可视化技术，变不可见为可见，从而大大提高了手术的成功率。

耿国华教授实现了医学图象数据库系统MidBASE。在数据库设计、基于内容的图象检索、嵌入三维可视化构件、WEB方式远程查询等方面特色明显。已在多个医院使用，效果良好[1]。

2.3 地学可视化技术

科学可视化应用到地学中，产生了地学可视化。1990年的勘探地球物理学家协会的举办“科学可视化”专题讨论会，促进了地球物理勘探中的可视化研究。进而在1995年举办的“可视化技术用于发现和开发更多的油气资源”会议，使得科学可视化技术在油气工业中的应用成果大放光彩。目前，美国的SGI公司在可视化技术方面是处于世界领先地位，它在地学中主要应用于油田开发、油藏数值模拟、石油地质、地震勘探、钻井、测井、遥感测绘等方面。

2.4 人类胚胎的可视化

这是美国依利诺大学芝加哥分校研制的成果。首先依据美国卫生和医学国家博物馆所得到的胚胎数据重构人类胚胎模型，其次将该模型进行三维显示。这一成果预示着人类可以远程访问人类性态数据，可以进行分布式计算。

2.5 数字博物馆的可视化技术

数字博物馆最突出的特点是：虚拟现实技术。虚拟技术通过计算机图形构成三度空间或把现实环境编制到计算机中去，产生逼真的虚拟环境，从而使得用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境中的感觉。数字博物馆借助这样的技术，对珍贵藏品进行三维可视化的建模。在追求视觉真实感受的同时，最大限度地保存了物体真实数据。研究者可以直接测量模型得到标本的形态结构信息，为远程标本研究提供可靠翔实的基础，真正地做到了辅助科学研究及数据保存的作用。例如中国地质大学地学数字博物馆、中山大学生物数字博物馆、清华大学美术数字博物馆、西北大学考古数字博物馆、北京航空航天大学航空航天数字博物馆等，这些数字博物馆不仅为学者提供了一个高水平高质量的学习平台，有利于院校之间的学术信息和研究资源的共享，而且满足用户的交互性、参与性和沉浸性。

2.6 大场景及文物的虚拟修复可视化技术

大场景与文物虚拟修复还原和展示的研究涉及多个研究领域，需要综合应用数字图象处理、计算机图形学、模式识别、可视化技术等研究领域。目前，在我国很多研究机构已在与大场景和文物的虚拟修复技术相关的领域内进行了一些研究工作，也取得了一些研究成果。但是，还没有研制出完全自动的虚拟修复和还原系统，并且这些研究成果相对独立，没有一个综合文物复原和大场景虚拟还原展示的系统。

3 结束语

NCSA（美国国家超级计算应用中心）是国际上从事可视化研究的权威单位，一直从事可视化算法如软件的开发研究。而在国内，清华、北大、国防科大、中科院软件所等单位相继开展了可视化算法的研究及可视化工具的开发，都已取得了一大批可喜的成果。随着计算机硬件条件的改善和诸如人工智能、机器学习等可视化算法的成熟，可视化技术一定会产生一个大的飞跃。

参考文献：

[1]荣国栋，孟祥旭.Inspeck3D-DF三维扫描仪在数字博物馆中的应用[J].计算机工程与应用，2002，38（16）：237-239.

第5篇：气象数据可视化范文

信息可视化的研究是综合计算机技术、数字多媒体等技术，在短时间内将大量冗杂的信息以动态交互等形式，直观反映到各种终端设备上，帮助用户获取所需信息。实现准确的图形信息传递效果。视觉信息设计不需要过分追求华丽的形式，也不能只是僵硬的图标数据，而是兼具美的视觉享受与准确的信息内容。在这个数字化媒体时代，信息可视化势必成为信息传递的未来发展方向。

【关键词】信息；可视化；传播；视觉传达设计

一、引论

当前，我们生活在一个数字化媒体盛行的时代，明天面对海量的信息。微信朋友圈、个人微博、各大门户网站搜索一下各种各样的新闻从时政到娱乐、社会民生等信息瞬间映入眼帘。快节奏的城市生活决定我们在信息的处理上不可能花费很长时间。但是对信息的收集与处理确是不可或缺的。信息可视化提高我们对信息接收的速度，通过简明、清晰的图形文字信息传递，让数据的使用与共享可以在瞬时完成，通过可视化的动态效果可以将内容烙在我们的脑海中。但由于信息可视化与视觉传达设计的结合时间不长，在我国发展的历程较短，虽然已经在市场上获得广泛认可，但是还存在不少亟待解决的问题，才能更加有利于双方的长远发展。

二、信息可视化与视觉传达设计结合的现状及分析

（一）信息可视化与视觉传达的关系

信息可视化是通过计算机技术，通过对数据的可视化分析，利用图像、数据分析软件与技术，帮助人们进行信息分类、检索，提高人们对信息的使用效率。信息可视化概念起源于1989年美国，核心要义是如何将信息交互与视觉传达设计有机结合。这一概念引入我国后，形成的信息可视化共识是利用信息的关联性，在现代存储技术基础上，分类处理丰富的信息资源，解决查询与获取信息的负担。

（二）信息可视化中视觉传达设计的作用

信息可视化是要将各种信息源的核心部分挖掘成呈现在用户面前。在设计前需要足够的理论和技术支撑。这要求视觉传达设计师在信息的处理环节，要依据严格的数学推理与算法，在同类型图形中使用数据逻辑进行推论，构思严谨，才能使传递的信息不会失真。在此期间应注意信息的主次顺序、视觉元素的色彩对比与相对位置。从以人为本的设计角度引导用户。

（三）觉传达设计促进信息可视化进程

信息可视化要通过电子产品的外设装置显示为人们提供数据服务。利用了人们基本的处理信息的能力。人们通过视觉传达的信息进行即时交互活动，使信息处在动态循环中，提高了信息的准确率和及时性。我国在信息可视化的应用上已经初见成效，比如气象服务、地理遥感的资源管理方面。随着与发达国家在信息可视化科研合作上的密切，视觉传达设计与信息可视化的融合将推向深入。

（四）商业活动对信息可视化的巨大需求

信息可视化为用户和潜在的消费者提供了便捷的信息分析。使视觉传达设计在其中发挥的作用大放异彩。面对巨大的商业需求，视觉传达设计艺术被寄予更大期望。

第一，图示广告适用范围更广。人们已经习惯了配发图形的广告宣传形式。因为每人每天接触的大量信息，大脑会自动过滤，但是当中新奇的、视觉效果强烈的图像加文字的组合会被记忆。而且大脑处理视觉信息的能力速度是文字的数倍之多。这也是为什么图示广告形式当前大行其道的生理原因。视觉传达设计应该抓住这一重要科学依据，通过专业手段将各种复杂信息进行整合，让消费者在短时间获取产品的详细信息，为商家和用户节省时间成本。

第二，交互体验的需求逐步增加。交互体验能够轻松将产品的特性与用户在同时间实现连通。因为交互设计是建立在对目标群体的需求基础上的延伸，不可能只在有限的需求领域徘徊，而用户通过视觉传达设计出的信息可以在第一时间由内而外对产品的特点，以及对自己需求的匹配程度进行了解。同时可以在互动平台上提出个人的看法和建议对生产经营企业提供参考。

第三，可视化信息线上线下的配合，能增强宣传覆盖面。可视化信息不是静止不动的。可以通过微信平台与社交平台，也可以通过其他平面媒体方式（户外的灯箱、广告单页、DM等）。而这些信息传递方式都是视觉传达设计的常规范围，只需要在多种方式种择优选用最具表现力的平衡点，增强宣传效果。

三、信息可视化过程中视觉传达设计的运用前景

（一）动态信息与交互性将更为普遍

随着智能手机和多种移动终端的普及为我们提供了更多传播信息的载体。因此接收信息形式将改变人们数据接收的体验。互动在视觉传达设计师的设计之下，可以有针对性的引导受众进行交流。很多无法实现的信息可视，将通过视觉传达设计输送到用户面前。

（二）信息可视与多学科融合的趋势不可逆转

信息可视化与计算机科学、图像学等学科关系密切。视觉传达设计主要将记录看到的、听到的各种信息，利用视觉设计的软件工具，跨学科领域进行技术融合，以用户不断变动的诉求为设计核心，增加用户体验，培养消费群体，让信息可视化更好的服务人类的生产生活，提高信息资源的有效利用率。

参考文献：

[1]王凯《信息可视化设计艺术》辽宁科技出版社2013年

第6篇：气象数据可视化范文

[关键词] 安全应急； 管理； 信息系统； 建设

[中图分类号] tp39； tu714 [文献标识码] a [文章编号] 1673 - 0194（2013）07- 0059- 03

1 引 言

为加强企业安全生产应急管理，完善应急预测预警、信息报送、辅助决策、指挥调度和总结评估等应急管理工作，严格企业安全管理，及时排查治理安全隐患，有效预防和妥善处置安全生产事故，加强安全应急信息系统的建设已成为实现上述管理目标的必要手段。

从应急业务本身特点来看，突发事件的应急救援指挥需要上级机关、国家主管部门参与决策。因此，企业需要建立应急管理平台，使参与应急救援指挥的各部门都能够基于该平台开展救援任务下达、作战指挥部署、救援分析决策、指挥意图展示等工作，从而为实现快速的应急救援指挥提供保障。

从应急管理现状来看，突发事件情况下现场灾情、事故发展态势、周边信息难以获取。企业需要将生产环境和实际状况真实再现，基于此真实场景进行灾情的模拟，将获取的灾情信息直观展示，在突发事件情况下快速定位到现场场景，为人员快速疏散提供帮助。

因此，无论是企业的日常安全监管和应急管理，还是突发事件的应急救援，都需要一个基础可视化的信息平台进行信息的直观展示和有效管理，为企业的安全平稳运行提供有力的保障。

2 需求分析

应急管理需解决平时针对应急预案模拟演练的有效性，突发应急事件发生时应急响应的速效性，并验证应急预案的实用性。

充分利用现有信息系统，进行信息整合，实现信息综合管理，为突发事件发生时的应急响应提供支持。

需要将装置区域、设备设施以及管线清晰直观展示，并关联查询详细属性信息。

需要建立一套隐患动态管理机制，将厂区内各隐患从排查、整改到消除全过程管理起来，及时有效消除装置存在的隐患。

需要将日常设备检修维护信息统一储存管理，便于直观查询调阅。

3 系统建设

3.1 系统设计策略

系统设计策略参见图1。

3.2 系统总体架构

三维应急管理系统是安全应急管理的现代化管理手段，是企业信息化的发展趋势。系统层次结构如图2所示。

本系统是建立在三维gis平台基础之上的，将厂区设备、设施管线各类基础数据进行采集、整合与植入，包括基础地理要素、设计施工数据、厂区运营数据、周边社会经济信息等。完成三维gis平台建设和基础的数据整合后，就可根据业务需求建设三维应急管理系统，开发其上的各个应用模块。同时，结合企业实际情况，可以扩展其他业务，如设备完整性管理、相关外系统的信息集成。

该层次结构充分考虑到系统的灵活性和未来的扩展性，无论是扩展更多的地理场景、业务数据、专业模型，还是开发更多的应用系统，都能借助平台提供的各类服务来方便快速地完成。

3.3 系?a href="baidu.com" target="_blank" class="keylink">陈呒仄松杓?

拥有web服务器，3d-gis服务器，应用服务器及数据库服务器。服务器的描述为：

3.3.1 web服务器

以web的形式数据、进行数据交互。web程序操作快捷、方便，集成支持系统功能和集成其他服务器功能灵活，可以超链接的形式集成支持系统web服务器，也可以com组件、网络等形式集成应用服务器、3d-gis服务器、数据库服务器功能。

3.3.2 3d-gis服务器

存放地理信息数据、数字场景数据、各种模型等。为空间量计算等gis操作功能提供支持。

3.3.3 应用服务器

进行用户登录的认证管理，可根据负载来自动调整用户使用的服务器。提供系统的自动升级功能，当系统的版本改变时，可以进行客户端的自动升级功能，不用每个客户端进行重新安装。

3.3.4 数据库服务器

安装数据库软件，存放除地理信息数据以外的所有数据，并对数据进行管理，如：生产工艺流程、危险源、应急预案、历史灾情、系统配置等，并

对所存数据进行同步管理操作。

3.4 数据库设计方案

各业务系统通过地理信息共享平台（中间层）访问数据层，实现信息的共享、交互、集成。数据层包括基础地理信息数据库、设备监控数据库、动态业务数据。基础地理信息数据库包括各类地图数据、遥感影像数据、周边社会环境数据。业务数据是指各业务部门日常工作流程所产生的数据。

三维应急管理信息系统是个复杂的大系统，一方面需要在应用层与数据层之间加入中间层，从技术层面上进行信息采集整理、信息分析处理、信息输出，实现空间数据的共享、融合；另一方面需建立一整套完整的数据组织标准、数据维护标准、数据管理标准，保证地理信息共享平台的正常运行。中间层还需要提供系统安全管理、系统性能监控、均衡网络负载、标准数据交换等功能，在应用层与数据层之间建立一条安全、可靠的“访问通道”。使用sql server 2005标准版，可满足系统对数据库的安全性、高性能、可靠性的要求，且实施性价比高。后期系统的可扩展性好。

4 系统功能及要求

4.1 地理信息及场景全息化展示

4.1.1 三维地理信息构建

三维场景中的厂区建筑、设施设备等均采用实体建模，用户可以实时查看关注实体的地理位置，并可以编辑和拖放，便于用户根据生产规划调整和改扩建项目情况自行更新场景信息，提高系统使用维护效率，降低维护成本。系统支持实时地理信息查询、标绘等功能，用户可以在三维场景下进行道路、建筑物、区域等信息的标绘。

4.1.2 工艺流程信息管理

系统提供工艺流程可视化制作工具，不仅可以显示整个工艺流程的线路、流经设备的名称和属性参数，而且可以通过对工艺流程动态演示的方式实现对员工的生产工艺培训。通过生产过程中的主要设备、工艺流程的查看功能，了解介质名称、流向等信息。

当突发事故发生时，可以通过工艺流程的动态演示查看与事发设备相关联的设备、管线、阀门等，以便于应急指挥人员根据事故情况及时关断受影响的工艺过程，避免次生、衍生事故的发生，最大限度地减少事故损失。

4.1.3 设备设施可视化管理

系统可对厂区内设备设施进行管理。将设施设备分类管理，可在三维场景中查询设备设施的地理位置、基本属性等信息，通过系统设备编辑器实时动态编辑设备属性信息。可对任意设施或装置提供多种查看方式，包括隐藏外层、透视、超视图浏览等。在三维场景中系统可以显示地下设施的位置，在场景中点击目标对象就会将地表其他覆盖物隐去或半透从而实现直观查看的效果。

4.1.4 地质灾害区域查询

对厂区内容易遭受大风、暴雨等气象灾害的地点，可以在系统三维地景中标绘其位置或影响范围，实现逻辑信息可视化。通过录入历史灾情信息和可能引发灾害的气象条件进行地质灾害预警，当可能有恶劣天气出现时，系统可根据前期标绘的地质灾害和气象灾害易发地点、灾害条件，自动筛选排查可能发生的灾害，并可自动锁定报警地点。

4.1.5 空间测量标绘

系统可通过对图进行空间量测等操作，支持地表距离、直线距离、投影距离测量，地表面积、投影面积测量，高度、坡度、北向夹角测量等。

4.1.6 系统设置维护

系统提供丰富的管理维护功能，可以对系统中所有信息进行实时的日常维护，实现数据同步；还可以根据实际角色需要进行设置管理；保证系统正常运行，当灾情发生时数据能够及时更新。

4.2 日常安全生产管理

4.2.1 安全设备设施信息管理

通过系统可直观地查看厂区内的消防设备、设施的位置，用户不但可以查询消防水、消防炮等设备的属性信息，还可动态展示消防设备的有效作用半径，为突发事故的应急救援提供决策支持。

4.2.2 重大危险源信息管理

将企业内的重大危险源信息进行分类汇总并保存，用户可以在三维场景下全方位、多角度地定位查看危险源的空间分布，如查看储罐等重大危险源的基本属性信息及图片。在查看重大危险源的基本信息时，可随时调阅相关联的应急预案。

4.2.3 重大危险源风险评估

系统提供两种风险评估的方法。一种是通过集成的火灾、爆炸、扩散专业事故后果评价模型，结合厂区的实际天气状况、事发设备类型、事故类型等分析出重大危险源的事故影响范围和后果

。另外一种是根据企业的安全预评价报告，将某些重大危险源的泄漏扩散、火灾爆炸事故的危险评价结果进行集成并可视化展现，用户只需选择关注的区域、设备、事故类型等，系统会给出模拟计算的结果，并结合三维场景进行可视化展现。

4.3 全息化应急预案管理

系统可提供专门的全息化预案制作工具，结合真实的三维可视化场景，可将文本预案进行全息化制作，并将全息化预案进行保存和动态展示。在平时可作为预案培训教材，并在突发事故情况下辅助应急指挥人员正确下达指令，快速、有效地应对突发事故。

企业上级部门或当地政府安全监管部门也可以通过各自的三维应急平台查看企业已制订的各种预案情况，并可通过预案推演验证预案的合理性。

4.4 应急响应与辅助决策

4.4.1 应急资源查询管理

应急资源查询管理模块可以对企业内应急人员和机构、应急装备物资、周边应急救援力量、救援专家信息、应急避难场所等进行管理及可视化查询显示。通过系统分类列表可以定位查询和显示某一类或某一个应急救援机构及应急物资情况，并以着色、闪烁、图标、动态标牌等方式立体展示应急资源的数量和分布情况、救援力量的分布和救援路线、道路封闭情况等信息。

4.4.2 现场灾情三维再现

系统可将整个救援过程进行全息化制作，并传给不同的人员。通过上报的事故信息以及对应的三维画面，分公司、总公司的领导、专家及其他应急相关人员能够及时、详细地了解现场情况，结合历史类似事故的处置措施及结果，采取相应的救援措施。

4.4.3 救援路线寻优

系统提供路由分析功能，可按时间最短、路程最短等方式规划出最佳的应急疏散及救援路线，同时三维显示需疏散区域及应急避难场所，通过将所规划路线与事故推演结果进行对比，对可能受到影响的道路会做出警戒提示。

4.4.4 灾情推演与辅助决策

系统可模拟火灾、爆炸、气体泄漏扩散事故，通过集成专业的事故后果分析数学模型，根据事故情况和实际环境参数进行灾情推演，在系统中输入灾情发生的位置、事发物质的特性，结合风向、风速、温度、湿度等气象信息，可通过数学模型分析出事故的爆炸范围、扩散范围、死亡半径、重伤半径、安全距离等关键数据，并能够通过三维画面展示模拟分析的结果。根据事故状况，可以提出初步的行动方案，并可对周边的环境、建筑物的影响进行风险分析，为事故救援决策提供依据。

4.4.5 救援评估

在事故应急救援过程中，系统可以记录现场汇报的事故灾情、应急决策信息、应急资源调配过程、现场应急行动过程、应急决策指令等重要信息和经过，并实时更新伤亡人员数量、财产损失数量、调用应急力量的名称和数量等，在应急救援（或应急演练）结束后可以将上述记录的信息再现为一个完整的事故发展过程，可以为事故救援评估或演习点评提供参考依据。

4.5 无线视频远程监控系统集成

无线视频监控系统的信息集成到三维应急信息展示平台后，可借助该可视化平台实现视频监控设备的可视化查询，在三维场景中调阅相应的视频监控画面，还可控制监控设备的云台参数。通过与平台的全息视频监控画面进行对比显示，可弥补在突发事件或恶劣天气情况下真实视频监控画面不清晰，无法快速掌握监控范围内设备设施信息的缺陷，为突发事件的快速救援指挥提供有力的支持。

4.6 dcs系统集成

通过集成dcs系统的实时数据信息，实时监测相关设备参数的实时数值，可在平台中直观看到实时数据的分布情况及分类，查看重大危险源的实时数据，为事故应急救援提供准确的数据支持。

5 结 语

通过三维安全应急管理信息系统，建立了应对突发事件的的应急联动机制；提高了企业应急管理信息系统的整体管理水平，适应企业高速发展带来的应急管理新需求；有机整合现有应急信息资源，建立统一、集成、可控、共享的应急信息化协同平台；基于“平战结合”的理念，利于平时有效预防事故的发生和应急状态下的快速应急响应； 集成实时数据，使安全应急与生产紧密结合； 提供可扩展应用的三维平台，为建设“数字企业”，促进“两化融合”奠定了基础。

主要参考文献

[1] 李永丽. 应急平台建设若干问题研究[d]. 长春：吉林大学，2010：27-43.

[2] 李娜. 基于soa架构的应急管理信息系统

分析与设计[d]. 济南：山东大学，2009：30-57.

第7篇：气象数据可视化范文

【关键词】科学探究；学习平台；科学教育

【中图分类号】G40057【文献标识码】A【论文编号】1009―8097 (2008) 09―0056―04

我国在贯彻落实“科教兴国”战略、全面推进素质教育的进程中，改革与加强中小学的科学教育，切实有效地提高青少年的科学素养，已经引起人们的高度重视。《科学课程标准（3－6年级）》中明确指出：科学课程“以培养小学生科学素养为宗旨”[1]，要把科学探究作为科学学习的核心。但是，许多研究表明，常规教学方式无法有效地支持科学探究的开展。当前应用网络来支持教学科学探究也成为了信息技术与科学课程整合的研究焦点，本研究力图构建一个基于网络的科学探究学习平台，促进科学探究在中小学科学教育的开展。

一 概念界定

本文所涉及到的“科学探究”是指：在科学教学中，以培养学生科学探究能力、提升科学素养为目的，在教师引导下，学生通过模拟类似科学家的探究过程来理解科学概念和探究的本质的一种学习活动。一般认为，科学探究的基本步骤有形成问题，建立假设，制定研究方案，检验假设，作结论，表达与交流。

由于目前学术界对什么是科学探究平台尚无定义，本文所使用的“科学探究平台”是指面向中小学科学教学，以科学探究理论为指导，以支持科学探究的活动过程、培养科学探究技能为目标的基于网络的教学软件系统。

二 国内对科学探究学习平台的研究

国内对科学探究学习平台设计与开发方面的研究只有以下一些：

《高中物理探究型网络课件的设计研究》一文就如何设计、开发培养高中学生科学探究能力物理网络课件进行了探讨，刘海华[2]提出的“设计支持科学探究的教学软件必须结合科学探究的要素”值得借鉴，即科学探究一般分为形成问题，建立假设，制定研究方案，检验假设，作结论，表达与交流的步骤等步骤，教学软件要支持这些步骤。但是作者开发的案例《单摆周期》在支持科学探究方面还存在一些不足，功能很少，不具备科学探究所需的检验假设、数据搜集分析等学习工具，不具备对科学探究过程的支持功能。此外，文章也没有对设计支持科学探究的网络课件的一般方法进行总结归纳。

上海市宝山区月浦新村小学“因特网支持下小学科学探究学习的实践研究”总结出了因特网支持下的小学科学探究活动基本的操作模式、评价方案并开发了两个主题网站。在主题网站建设方面，建设了“网上少科院”和“小学生做研究”两个主题学习网站，它们对科学探究活动的支持还有一些不足：“网站是静态的，交互性不够，除了BBS论坛，更多的是信息的展示。以探究科学小课题为主的科学探究活动，需要网上调查、数据分析等活动，网站的功能不够。科学探究的成果必须通过网站管理人员上传，学生没有自，上传后也不能进行反复修改。”[3]

我国台湾地区的科学探究研究项目主要有台北市教育局主办的“台北市2006气象探究网络竞赛”1。这个项目是面向中学生的课外活动，它依托台北市校园气象台，开展网络科学探究竞赛。参加活动的学生从竞赛网站上限定的主题中，选择一个要探究的主题。进行探究活动时，使用台北市校园气象台提供的气象数据、学生结成学习小组围绕该主题设计科学探究活动，请专家学者评分及学员互评选出优秀的设计方案。校园气象台作为气象数据、资源和信息呈现工具，而在竞赛过程中的拟定计划、交流讨论、作品互评等活动是通过另外设置的论坛以及相应的作品提交系统来实现的。总体而言，校园气象台不是一个完备的科学探究支持平台，缺乏对科学探究活动过程的支持。

三 国外对科学探究学习平台的研究

美国对科学探究支持软件工具进行了较系统研究的主要有美国密歇根大学教育学院HI－CE的Krajcik教授，以及加州大学柏克莱分校TELS的Linn教授等人。他们根据实践经验进行了设计方法与原则的归纳。

Quintana和Krajcik等人[4]提出了设计支持科学探究软件的理论框架。该理论框架围绕学习者进行科学探究活动时可能遇到的三个主要的障碍设计支持策略：“第一，针对理解科学性内容提出的支持策略：软件应包含科学内容的表征，这些表征应该可以让学习者从不同角度进行操纵、观察，这样才能帮助学习者理解该表征的不同特征。第二，针对探究过程管理提出的支持策略：把复杂的探究过程用结构化的形式表现出来。第三，针对反思和沟通提出的沟通支持策略：学习者不仅需要对某个科学知识点进行反思与交流，还需要对自己的学习流程如探究计划、探究过程进行反思，软件应该提供指示使学习者能跟踪自己的学习进程。”

此外，美国开展的应用网络支持科学探究的研究项目比较多，如GLOBE2（Global Learning and Observations to Benefit the Environment）、GEODE3（Geographic Data on Education）和实时数据项目4。这些研究的共同之处在于：

首先，均应用了某个科学领域的大量数据，并且开发了相应的数据处理软件工具，如GEODE是利用地理地图数据、CIESE则应用了包括气象、洋流、航空等多个领域的科学数据。这说明基于网络的科学探究活动不仅是搜集网络资源，获取并分析、解读科学数据是很重要的活动，科学探究平台需要对这方面提供支持。

其次，各项目都重视开发课程资源，课程资源分为技术工具和相应的使用方案（如教材、专题探究活动）。Simons和Clark[5]指出，“探究活动的成功最终取决于精心设计的教学活动而不是基于计算机的工具，当然这些工具在对学习者理解什么是数据、如何收集、处理、转化数据方面乃至理解科学知识上起着不可或缺的作用”，Edelson[6]发现了利用可视化技术来支持地理科学的探究学习项目中出现的阻碍因素，并提出解决的办法是设计相应的技术工具和课程。这启示我们在设计开发科学探究平台的时候，需要设置各种学习工具，同时还要有配套的学习活动。

四 科学探究支持软件案例分析

国外（主要是美国）开展了许多应用网络支持科学探究研究的项目，这些项目均开发了一些软件工具，按照软件工具对科学探究过程的支持程度进行分类，笔者把目前用于支持科学探究的软件工具分为两大类：科学探究支持工具与科学探究支持平台。

1 科学探究支持工具

“科学探究支持工具”是指只支持科学探究的某个环节的软件工具。科学探究一般有提出科学性问题、进行假设、制定研究计划、搜集证据、检验假设、交流协作等环节，科学探究支持工具是针对支持某个或几个环节而设计的软件。目前学术界常提及的这一类软件工具主要有以下一些，见表1。

（1） 科学探究支持工具的优点：

它们是专门化的工具，针对科学探究的某个环节而设计，专门设计这一方面的功能从而使其具有“专而深”的特点。

它们提供专门科学领域的原始数据，以及数据可视化、数据分析工具。以大量的科学数据为基础，开发相应的数据分析工具，学生在探究过程中应用这些工具进行数据获取与分析，检验假设。

（2） 科学探究支持工具的缺点

这些软件工具只支持科学探究活动的某个环节，因而功能单一，缺少配套的学习工具以及配套的活动案例。因而在应用到科学教学时，教师需要根据软件工具的功能重新设计探究活动、寻找配套的学习工具。

2 科学探究支持平台

科学探究支持平台可以支持科学探究活动的多个环节，应用比较多的系统是WISE9（Web-based Inquiry Science Environment）。WISE即“基于网络的科学探究平台”，其特点是按照科学探究的程序，一步一步引导学生开展活动，并提供了一系列工具来支持学生的探究。

（1） 科学探究支持平台的优点

支持科学探究活动的多个环节，学生可以在平台上进行诸如提出科学性问题、进行假设、制定研究计划、搜集证据、交流协作等系列活动，这是科学探究支持平台一个明显的优点，使它成为一个完备的基于网络的科学学习环境。

（2） 科学探究支持平台的缺点

WISE本身只提供系统功能，如用户管理、作业评价、提供各种学习工具等，但不提供学习资源，科学探究活动所需的学习资源由“项目”开发者整理而来。相比之下前文介绍的以提供科学数据为特点的科学探究支持工具，由建设好的科学仪器自动探测到某个科学领域的数据，不用人工干预就可获得，大量的数据本身就是学习资源。

其次，现有的活动项目里的科学探究活动一般是由阅读材料、整理网络资料、形成结论构成，缺少获取直接证据的活动，如何获取科学数据、处理并解读数据的活动很少。对于自然科学类的课程的学习而言，不能仅通过网上资源的阅读来完成，其中很重要的一个方面就是对数据的分析处理。

五 中小学科学探究学习平台的设计

综合以上文献分析与软件调研结果，作者发现科学探究支持工具长于提供专门化工具与资源（包括大量科学数据），但难以支持完整的科学探究活动；而作为应用最广泛的科学探究支持平台WISE，在支持完整的探究过程、提供相应的活动案例方面是其显著优点，但缺少提供专门领域科学数据的功能。并且从文献分析与研究项目的分析中得出，开发科学探究平台需要注意两个问题，一是科学探究平台需要支持科学数据的获取并支持学生分析、解读科学数据能力的培养；二是科学探究平台需要设计学习工具和相应的探究活动。

因而，综合以上观点，可以构建出如图1所示的科学探究平台的模型框架。

1 活动层

活动层是指在平台上开展的科学探究活动。根据科学探究的含义，每个活动按照科学探究的基本程序分为提出问题、猜想与假设、制定计划、观察实验制作、搜集证据、交流讨论、成果7个步骤进行。

2 工具层

工具层是指用以支持科学探究活动开展和进行的一系列认知工具，本平台的认知工具包括某个科学学习领域的科学数据、数据可视化工具和分析工具、网络资源以及探究活动创编工具。

（1） 科学数据：指由专门的数据采集器及配套软件采集到的各类物理、化学、生物、环境等领域内科学问题的数据，如位移、速度、温度、湿度、声音、光、电、力、pH值等等。科学数据还可分为和历史数据：实时数据是指由数据采集器探测到的科学数据并实时上传到学习平台的数据。历史数据是指探测到的科学数据自动存储在数据库中，长期积累下来的数据就是历史数据，历史数据可以反映某一科学现象变迁的趋势。

（2） 数据可视化工具和分析工具：在大量的数据基础上，利用计算机的高速计算能力，进行简单的2－D绘图或者3－D绘图，实现数据的图形可视化，提高数据的直观性。学生可以通过数据可视化工具和分析工具来进行验证假设、搜集证据、探察科学现象的变化规律等活动。

（3） 网络资源：提供与活动主题相关的网络资源，包括名词解释、相关网址、多媒体资源等。

（4） 探究活动创编工具：为教师提供的设计符合自己教学需要的探究活动的工具，可以通过活动创编工具来修改平台自带的探究活动，也可以自行设计出新的探究活动。

（5） 探究过程支持工具：针对科学探究活动的不同环节，提供不同的支持工具。如针对制定计划环节，提供计划模板与编辑工具；针对表达与交流环节，设计异时交互工具。

3 硬件层

特指用于采集数据的的数据采集器及配套软件。

六 中小学科学探究学习平台的应用前景

科学探究平台适于基于某一科学专题（气象、环境、生物等），因为通用的平台难以提供有针对性的资源与硬件工具，而科学探究所需的支持工具往往是专业性非常强的工具。平台应用于科学及其他学科教学（化学、物理、生物等理科科目）都有很好的应用前景，例如,以手持技术、自动气象站为硬件基础，可以构建基于专题的科学探究平台。

“手持技术（Hand-held Technology），可以方便而迅速地收集各类物理、化学、生物、环境等数据，如位移、速度、温度、声音、光、电、力、pH值等，广泛应用于理科实验中”[7]。它是用传感器获取数据信息，以计算机和数据采集器为核心的实验平台，能够将实验数据进行数字化并通过计算机完成对实验数据的显示、分析、存储以及传输。利用手持技术，构建基于手持技术的科学探究平台，可以促进手持技术的应用范围，开展基于网络的校际协作学习。

自动气象站是由电子设备或计算机控制的自动进行气象观测和资料收集传输的气象站。自动探测基本的气象信息项目如气压、气温、相对湿度、风向、风速、雨量，并把数据保存到计算机数据库中，还可以通过网络、远程查询、生成统计图表。利用自动气象站，在校园里建立气象科学探究平台，让同学们通过网络学习平台学习气象知识，不仅能使同学们掌握气象观测的基本方法，更重要的是能够激发同学们学习自然地理、科学的兴趣和热情，提高他们的科学素养，掌握科学探究的理念和方法。

七 结语

利用信息技术开展科学探究，促进科学课程的改革，培养学生的科学素养，这是教育技术研究的一个重要领域，本文在对国内外应用网络支持科学探究的研究分析的基础上，就如何构建网络学习平台以支持科学探究活动做一些探索性研究，提出了中小学科学探究学习平台的设计方法。本文作者已经按照此设计方法，以自动气象台为基础，采用.net开发平台和SQL Server数据库开发了基于气象专题的科学探究平台，并进行了初步的应用。

注：

台湾校园气象台网站：

5 Rivere Run网站：

8 Progress Portfolio网站：

9 WISE基于网络的科学探究平台：wise.berkeley.edu

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部制.全日制义务教育科学（3－6年级）课程标准（实验稿）[S].北京:北京师范大学出版社,2001:1-1.

[2] 刘海华.高中物理探究型网络课件的设计研究[D].河北大学,2005.

[3] 佚名.月浦新村小学科技教育的发展之路[DB/OL].

[4] Quintana, C., Reiser, B. J., Davis, E. A.,et al. A scaffolding design framework for software to support science inquiry [J].Journal of the Learning Sciences, 2004, 3:337-386.

[5] Simons, Krista, Supporting the Development of Science Inquiry Skills with Special Classes of Software [J]. Educational Technology Research and Development, 2000, 2:81-95.

第8篇：气象数据可视化范文

关键词： 遥感； 可视化； 工作流； 组件

中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）02-01-03

Research of visual customized production platform of remote sensing products based on workflow

Wang Qiang， Li Xiaoli

（College of Software， Henan University， Kaifeng， Henan 475000， China）

Abstract： In order to design a system which can support visual customization production， a visual customization platform of remote sensing products based on workflow is proposed. The architecture and the composition of platform are introduced. The workflow model， algorithm components， interface between the platform and the algorithm， and implementation techniques of visual design are described. The platform is realized under the environment. The application shows that the system could effectively realize the project management process.

Key words： remote sensing； visualization； workflow； component

0 引言

遥感技术已广泛应用于国土资源、农业、海洋、气象、测绘、军事、城市规划及航空航天等领域，遥感产品已成为这些领域的重要信息资源之一。然而，随着遥感技术应用的逐步普及和深化，以及我国航天技术的不断发展，造成卫星数据量大与数据处理时间长之间的矛盾，且矛盾日益突出，如何能够方便快捷的生产遥感产品成为一个广泛关注的问题。

可视化的工作流技术有利于用户更好的理解和设计业务流程，分析流程中存在的问题，从而制定有效的解决方案。目前已有一些关于工作流模型可视化[1-4]以及工作流应用于遥感图像处理的研究[5-6]，但是，这些并不能很好的解决遥感产品生产复杂的特点。本文通过将可视化的工作流技术引入到遥感产品生产的定制过程中，设计了基于工作流的遥感产品生产可视化定制平台来模拟遥感产品生产流程，可以方便快捷的定制遥感产品生产流程，大大提高遥感算法的可重用性，从而提高遥感产品的生产效率。

1 平台总体结构

1.1 平台体系结构

遥感产品生产可视化定制平台应满足快速、高效的需求，基于这一考虑，结合遥感产品生产的特点，提出遥感产品生产可视化定制平台的系统架构，系统自上而下可分为三层：应用层、业务层和数据层，如图1所示。

[应用层（用户界面）][产品生产流程制定][算法组件维护][产品生产算法的生成][业务层] [数据库]

图1 系统体系结构图

⑴ 数据库用于存储算法组件以及遥感产品生产算法。

⑵ 业务层利用消息传递接口对平台的各个功能（如已有算法的添加，产品生产算法的生成）进行处理。

⑶ 应用层（用户界面）用户可以根据需求从组件箱中选择相应的组件用于遥感产品生产流程的制定。

1.2 平台的组成

平台主要功能为实现遥感产品生产的可视化定制，平台由算法组件管理模块、算法流程文件管理模块、算法流程绘制管理模块和流程布局管理模块构成，如图2所示。

该模块实现对算法流程可视化绘制界面设置。此模块包含网格显示、调整显示比例、调整画布高宽、组件对齐功能。

平台的工作流程图如图3所示，当用户启动平台时，平台会首先进行初始化工作，算法组件管理模块及流程文件管理模块会首先从数据库获取算法组建描述信息、算法流程描述信息，供其构建流程定制模块中的算法组件工具栏。算法可视化定制模块初始化完成后，用户可以向算法组建管理模块发出组件浏览、选择请求，或者向流程绘制管理模块发出绘制相应的流程组件请求，在流程绘制区绘制出相应的算法组件；也可以向流程布局管理模块发出流程布局操作请求，实现流程绘制区中所绘组件的各类布局操作；还可以向流程文件管理模块发出指定算法流程或者导入本地流程绘制文件的请求，实现对流程文件的修改、保存、导出等各类操作。

2 平台的实现

2.1 算法组件

算法组件是一个能够自动、独立完成某种产品生产或处理功能的程序。平台的算法组件从功能上分为三类，即：输入组件、输出组件和产品生产算法组件。输入组件用于描述为读取影像数据；输出组件用于描述加工的数据结果；产品生产算法组件用于描述遥感影像产品生产的功能。

平台描述产品生产算法的方式是，将一个产品的生产过程拆分成若干独立的算法组件。比如，森林蓄积量指数产品生产过程[7]就可以分为：归一化植被指数产品生产组件、总初级生产力产品生产组件、净初级生产力产品生产组件和土地利用一级分类产品生产组件，如图4所示。

接下来，用生产流程将这些算法组件组织起来描述产品的生产流程。因此定制的产品算法可以由若干算法组件组成。

2.2 工作流模型

使用工作流模型来描述遥感产品生产过程，需要由若干个节点组成，通过这些节点的组合，可以描述一个遥感产品生产流程。这些节点可以分为如下三类点集。

⑴ 活动：说明遥感产品生产的方向。使用带箭头的直线表示，带箭头的一端称为活动的入端，另一端称为活动的出端。

⑵ 产品生产起始点集：代表产品生产的开始与结束。使用包含实心圆的圆形表示，其中开始节点只能和活动的出端相连，结束节点只能和活动的入端相连。

⑶ 产品生产点集：代表某个遥感产品生产的算法，使用矩形与双矩形表示，其中单矩形框表示单期产品，双矩形框表示多期产品。该节点至少和一个活动的入端或出端连接。

下面以森林蓄积量指数产品为例来说明，如图5所示，从左部开始，沿箭头顺序，依次调用产品算法。其中，FGSIP代表森林蓄积量指数产品，NPP代表净初级生产力产品，LUC1L代表土地利用一级分类产品，GPP代表总初级生产力产品，NDVI代表归一化植被指数产品。

由此可见，使用工作流模型可以很方便的描述遥感产品生产的流程。此外，该模型还可以提供算法的可重用性，即某一步产品已生产，可以跳过该步骤直接生产下一步产品。比如：在图5中，若LUC1L已经生产过，那么可以直接跳过LUC1L的生产过程，如图6所示。

2.3 平台与产品算法接口

系统生产一个产品的算法是由若干算法组件组成的。利用一个XML文件，来描述算法组件之间的调用顺序和输入/输出之间的依赖关系，从而形成一个产品生产算法流程。该XML文件称产品生产算法流程描述文件，其详细描述如下：

…

…

文件包含两部分信息：产品算法信息和算法组件信息。产品算法信息描述该遥感产品的信息，包括产品名称（ProName），产品描述（ProDesc），产品算法版本（ProVersion），所需算法组件（Relations）及各组件之间的关系；算法组件信息描述生产该产品所需各算法组件的详细信息，包括算法名称（AlgorithmName），算法描述（AlgorithmDesc），算法版本（AlgorithmVersion），该算法组件在图形显示流程时的X轴（X）和Y轴（Y）坐标，以及算法所需的参数（Parameters）和各参数的信息，即：参数名称（ParaName）、参数描述（ParaDesc）、参数类型（ParaType）和参数默认值（DefaultValue）。

2.4 工作流的可视化

可视化是实现产品生产流程设计功能的关键。可视化的界面有利于用户更好地理解和设计遥感产品生产流程，分析流程中存在的问题。此外，可视化技术引入到遥感算法的设计不仅可以使遥感算法灵活处理，而且大大提高遥感算法的可重用性。

Web环境下的信息可视化有多种技术可供选择，但归类起来大多属于浏览器插件技术或者客户端脚本技术，或两者的结合。Silverlight内建强大的矢量绘图功能，可用来实现互动性较强的Web应用程序，且Silverlight技术具备跨平台、跨浏览器的能力，本文使用Silverlight实现遥感产品生产过程的可视化，可视化体系结构如图7所示。

3 应用实例

以总初级生产力产品（Gross Primary Productivity，GPP）为例，GPP指单位时间、单位面积内植物把无机物质合成为有机物质的总量或固定的总能量，其生产需要多个归一化植被指数产品（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）[8-9]，因此，需要以下两个处理步骤。

步骤1：NDVI产品生产，对于长时间序列的遥感影像数据进行NDVI产品的生产。

步骤2：GPP产品生产，根据步骤1所得长时间序列NDVI产品生产GPP产品。

用户只需登录到平台，进入到如图8所示的图形化交互界面，根据自己的需求选用上述两个步骤中对应的组件，填写相应的参数，并用流程标志定义执行的先后关系，构造出遥感产品生产的流程图，可解决这一复杂的遥感产品生产流程定制问题。

图8 遥感产品生产可视化定制平台界面

4 结束语

本文以实现遥感产品生产可视化定制平台为目的，提出了一种基于工作流的遥感产品生产的可视化定制平台。设计了平台的体系结构和系统组成，详细描述了平台的工作流模型的建立、算法组件的构成、平台与算法组件的接口处理以及可视化技术实现的具体方法。该平台具有遥感产品生产过程的可视化设计功能，经过应用表明，该平台能够很好的表现出遥感产品的生产过程，且能够有效提高遥感产品的生产效率。

平台虽然实现了遥感产品生产的可视化定制，但是，平台仍有很多方面有待改进。进一步的研究将包括：如何改进工作流模型，使其能够更好的表示遥感产品的生产过程；提供系统外部接口，使平台可以与其他系统进行交互处理；加入程序编辑功能，使遥感产品的生产过程定制可以更为灵活、操作性更强。

参考文献：

[1] 陈谊，侯遥新吉乐，陈红倩.基于XML和关系数据库的可视化工作流

系统[J].系统仿真学报，2012.24（1）：167-170

[2] 阮宏梁.基于工作流的过程管理可视化平台研究[D].西南交通大学，

2011.

[3] 张成，吴信才，罗津，胡茂胜.基于构件库/工作流的可视化软件开发[J].

计算机工程与应用，2008.44（10）：82-87

[4] 王卫东.工作流及其可视化研究与应用[D].合肥工业大学，2013.

[5] 郑然，金海，章勤，周海芳，李瑛.基于工作流的图像处理网格平台及其

遥感应用[J].计算机辅助设计与图形学学报，2006.18（5）：702-708

[6] 马伟锋，岑岗，李君，沈占锋.高性能遥感图像处理与空间信息网格建

模[J].计算机工程，2006.32（5）：283-285

[7] 黄国胜，夏朝宗.基于MODIS的东北地区森林生物量研究[J].林业资

源管理，2005.8（4）：40-44

[8] 刘敏.基于RS和GIS的陆地生态系统生产力估算及不确定性研究：

以青藏高原草地样带为例[D].南京师范大学，2008.

第9篇：气象数据可视化范文

关键词：海洋环境；数字化试验海区；水下环境测量系统

1 数字化试验海区建设内容

1.1 数字化试验海区的基本概念

所谓数字化试验海区，就是指信息化的试验海域，它包括了试验海区大部分要素的数字化、智能化、可视化的全过程，是依托各种测量设备，利用地理信息系统（GIS）、卫星遥感（RS）、全球定位系统（GPS）等技术与现代海洋技术相结合，把大量的、多分辨率的、动态的各类海洋信息资源进行整合、集成、分析处理、利用和有效管理，组合形成一个大系统，快速、完整、便捷地为决策者提供全面、多层次的试验海区海洋环境信息，为试验的组织实施和结果评定提供强有力的技术支撑。

1.2 数字化试验海区的建设内容

数字化试验海区的建设是一个复杂的系统工程，从我部试验任务对海洋环境的需求考虑，主要建设内容包括数字化试验海域海洋环境信息基础平台、数字化试验海域原型系统两大部分。

1.2.1 海洋环境信息基础平台

1.2.1.1 数字化试验海域标准规范的确立

海洋空间信息的来源多种多样，要把这些数据资料按统一的参考坐标系统、统一的结构组织到数据库中，应制定数据标准化处理、数据库建设、数据交换、产品制作等系列规程和规范，以确保有效地开发与利用信息资源和信息技术。

1.2.1.2 试验海区海洋环境信息的获取

实现数字化试验海域的基础和关键是数据。海洋数据反映了海洋基本特征和动态变化，是海洋自然特征的数字化表现形式。随着数据获取方法手段的更新，数据获取的时效性大大提高，数据更新周期已由过去的按年、多年，逐步发展为按日、时，甚至按分钟计量。海洋数据的快速获取和更新，将使海洋观测数据形成海量积累，并逐步实现海洋的数字化，同时也为海洋的数字化表达及利用数字化和虚拟现实的手段还原海洋的真实情境创造了条件，这对靶场更客观地认识了解海洋现象，探究发现海洋规律等具有重要的意义。

1.2.1.3 海洋环境信息数据仓库的建设

数据仓库系统是数字化试验海域信息基础平台的核心，通过数据仓库系统的建设和运行，实现海洋环境数据的统一高效管理，把分散的、多源的、海量的、内容多样的、标准不一的各类海洋数据进行处理，为数字化试验海域原型系统提供多源、多尺度的数据支撑。

数据仓库由海洋水文、海底底质、海洋基础地理数据库等几大类数据。具备数据查询检索、统计分析、数据抽取及更新等功能。

1.2.2 数字化试验海域原型系统

数字化试验海域原型系统是指在对大量海洋基础数据和产品进行整合的基础上，形成的一个信息集成与可视化显示基础平台。它集成了海洋环境信息基础平台的各种数据和海洋计算模式，并基于三维球体模型，利用三维可视化、动态仿真等技术，对这些海洋环境信息进行空间分析和动态、直观的可视化表达，并可以实现多类信息的综合查询。根据我部试验任务的特点，此原型系统包括基础信息模块和海洋环境模块等三大模块。

1.2.2.1 基础信息模块

可以实现试验海域海底地形的三维可视化表达与定位查询。从不同角度对几大试验海区的海底地形地貌进行海洋基础信息的全方位展示。

1.2.2.2 海洋环境模块

利用统计、再分析、预报等多种类型数据，以单点查询、过程曲线、颜色梯度填充、三维虚拟仿真等多种形式动态表达温度、盐度、密度、声速、流速流向、波浪等水文要素。

2 数字化试验海区建设方案

2.1 制定相关的标准规范

依据数字化试验海域建设的总体要求和顶层设计，开展数字化试验海域标准的总体设计，确定标准化目标、标准体系框架，编制数字化试验海域标准化工作指南。分析现有与数字化试验海域相关的行业标准、国家标准，研究确定拟采用的国际标准和国外相关标准，指定基础性、关键性标准。

2.2 建立数字化试验海域海洋信息获取与更新体系

信息获取与更新体系是数字化试验海域建设的重要基础和保持生命力的重要保障。目前，依托我部的水下环境测量系统（包括温盐深剖面仪、多普勒流速剖面仪、GPS罗经、侧扫声纳、单波束测深仪、风速风向仪、测波雷达等）已初步形成由海底到海面的海洋立体监测数据获取体系，形成了分布密度合理、监测要素齐全的数据采集体系，为实现海洋数据获取与更新的实时化、自动化提供了技术支撑。

事实上，海量的海洋信息是数字化试验海域建设的重要基础。目前靶场已投入部分资金购置了水下环境测量系统这套海洋环境调查设备，并结合试验任务和锚训进行不同时间和不同地点对进行了观测。但这些有限的数据量远远不能满足数字化试验海域建设低于海洋信息的大范围、高精度、时空连续的全面要求。后续应在全面收集、利用各类海洋调查资料的基础上，加大对海洋环境调查的投入力度，充分利用我部的水下环境测量系统进行海洋环境调查，为建立海洋数据仓库系统提供强有力的数据支撑。

2.3 研究数字化试验海域建设的关键技术

2.3.1 海洋信息处理技术

由于海洋是流动的水体，并且边界模糊，导致获取的海洋数据的误差和用来描述海洋自然要素属性或海洋物理性质的数据的复杂性。因此，有必要开展有关海洋数据的资料处理与质量控制技术、海洋特征的信息提取技术以及海洋重构与预测技术等。针对我部水下环境测量系统的设备组成，主要研究温盐深剖面仪、多普勒流速剖面仪、GPS罗经、侧扫声纳、单波束测深仪、风速风向仪、测波雷达的的信息处理技术。

2.3.2 海洋数据组织与管理技术

随着测量数据的爆炸性的增长和不断积累，在海量的数据面前，反而更不容易发现有用的信息和知识。为此，有必要充分利用信息技术的最新研究成果，对海洋数据的组织管理等进行深入的研究。

2.3.3 海洋信息可视化与虚拟现实技术

可视化技术涉及计算机图形学、图像处理、计算机视觉、计算机辅助设计等多个领域，是研究数据表示、数据处理、决策分析等一系列问题的综合技术。利用此项技术，可以使海洋自然属性与要素的表达更逼真，更有利于揭示隐藏在大量数据和信息背后的海洋现象和变化规律。

3 结束语

数字化试验海域建设是一项长期的具有战略性和前瞻性的系统工程，是当前乃至今后一段时期靶场信息化领域的重要工作。在今后工作中，要在吸收和借鉴国内外相关领域工作经验的基础上，结合靶场试验任务实际，尽快建立数字化试验海域基础平台，建立健全海洋信息更新能力和机制保障，建立权威的海洋信息基础平台，搭建逼真的原型系统，探索符合靶场实际的海洋信息化建设模式，使之在为试验组织实施和结果评定等方面发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]Walk J D，杨景飞.海洋的作用于海洋科学面临的挑战[J].海洋信息，1996（5）：32-34.

[2]李国庆，等.信息是海洋综合管理的基础[J].中国海洋综合管理研究，1998.

[3]白福义，罗晓玲.浅谈数字海洋技术支撑体系[J].气象水文海洋仪器，2008，3（1）： 7-11.