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伴随着数据在当今互联网飞速发展下变的维度更广，数量更大、构造越来越复杂，人们要想更为清晰，飞速的认识和理解一份数据，传统的二维平面图表已经无法满足需求，三维可视化技术越结合多媒体技术、网络技术及其三维镜像技术实现了数据处理的虚拟化，通过对物体进行全面的监管，构建基于现实的3D虚拟现实效果，让数据呈现更为直观和容易理解，已经快速成为信息数字化管理的重要组成部分，被广泛运用到各行业中。 6 O: F# W. h+ V: {- D3 E
什么是数据可视化？ 简单的来讲数据可视化便是根据数据的特征、性质等属性，通过图形图像等适当的方式，将数据直观的有概念性的呈现出来，帮助大家更好的、更清晰的理解数据，掌握数据中的有效信息。 ⒈数据可视化的发展与应用 数据可视化并不是什么新兴技术，其发展史起源可以上溯到二十世纪50年代计算机图形学的初期。那时候，人们就可以利用计算机构建出了首批图形图表。伴随着互联网、计算机技术和人才方面的快速发展，各式各样的数据可视化呈现在人们的眼前。伴随着近几年来大数据备受关注，互联网端数据分析类产品兴起。企业通过早些年IT系统建设后累积了大量数据，包含业务数据、用户数据、及其他第三方数据。这些数据对企业很有价值，探究和分析的意愿强烈，其才被更广泛运用到各个行业中。 数据可视化应用可分成三类： ⑴宏观态势可视化：宏观态势可视化指的是在特定环境中对随时间流逝而不断变化的目标实体进行觉察，可以直观、灵活、逼真地呈现宏观态势，可以迅速掌握某一领域的整体态势、特征。 ⑵设备仿真运行可视化：通过图像、三维动画及其计算机程控技术与实体模型相结合，实现对设备的可视化表达，使管理人员对其所管理的设备有形象具体的概念，对设备所在的位置、外观及所有参数一目了然，会大大减少管理人员的劳动量，提高管理效率和管理水平。 ⑶数据统计分析可视化：是现阶段提及最多的应用，广泛应用于商务智能、政府决策、公众服务、市场营销等领域。依赖于可视化的数据图表，可以很清晰有效的传递与沟通信息。 ⒉数据可视化的发展趋势 因大数据时代，大规模、非结构化数据不断涌现，要将这样的数据以可视化形式完美的呈现出来，传统的二维数据展示已难满足更多的需求。所以需结合数据实时渲染技术、空间数据可视化技术，实现数据实时图形可视化、场景化及其实时交互，通过三维虚拟现实让用户更为便捷地进行数据的理解和空间知识的呈现，应用于指挥监管、视景仿真及三维交互等诸多领域。 ⒊数据可视化的优势 ⑴知识传输速度快运用图表来归纳复杂的数据，能够保证对关系的理解要比那些混乱的报告或电子表格更快。 ⑵多维度、多层次的数据呈现将数据每一维的值分类、排序、组合和呈现，这样就可以看到表示对象或事件的数据的多个属性或变量。
⑶更直观的数据信息呈现大数据可视化报告使我们能够用一些简洁的图形就能反映那些复杂信息，甚至于单个图形也可以做到。决策层能够轻松地解释各类不同的数据源。丰富但有意义的图形有利于让忙碌的主管和业务伙伴了解问题和未解决的计划。 ⑷更易信息传达的呈现方式在进行有关理解和学习任务的时候，数据图文能够帮助读者更好的了解所要学习的信息内容，图像更容易理解，更有趣，也更容易让人们记住。 4 v s& l* h9 x5 `1 ]+ } d# x
海洋信息可视化及关键技术 ⒈海洋信息数据处理 我国海洋环境数据来源多样，各种检测设备广泛分布于空中、海面、水下到海底的全方位、多层次、立体式的测量空间，在数据采集、数据质控、数据处理以及存储方式等方面具有明显的多源性和异构性。由于海洋大数据多源性、多态性、多样性以及数据量庞大等特点，在进行可视化前，要对多源异构的海洋信息数据进行处理。 海洋信息数据处理主要包括数据接入解译和数据融合。数据接入解译是将多源数据接入到系统中，并进行解析处理，方便进行可视化展示，这里接入的数据主要包括：基础地理信息数据、海水温度数据、海水密度数据、海面浪高数据、三维模型数据等。接入后对数据进行解译工作，以便于进行可视化展示。 数据融合主要是将三维模型数据和GIS数据进行融合，使模型数据可以正确的加载至三维数字地球中，有些依赖于地形数据的模型可以正常显示在地形数据上。融合方法根据模型与地形的关系不同选择不同的方法，独立于地形的地物模型（如植被、建筑模型），融合可简化为空间位置配准，通过对地形网格模型进行裁剪，并改变地形边界来适应地物模型，使得两者可以紧密融合，这种融合方法精确度较高；依赖于地形的地物是指这类地物与地形的关系较为紧密，融合时应充分考虑对地形模型的影响，通常采用DEM格网裁剪融合法及几何嵌入式融合法。 ⒉海洋信息可视化关键技术 想要构建出效果好、质量高的海洋信息可视化场景，大规模的场景渲染效率是首先要面对的问题，其次针对海洋信息这一特殊环境，需要对海浪进行精细的模型构建，才能体现出海洋可视化的逼真效果，所以海洋信息可视化的关键技术就在于解决大规模场景渲染效率及海浪可视化这两个问题。 ⑴多细节层次技术 多细节层次技术（LOD）是一种控制目标物体细节简化程度的技术，是指根据目标物体在所处环境中的位置和重要程度，在渲染时进行合理的资源分配，减少非重要目标物体的渲染细节，从而能更高效的渲染场景和目标物，获得更好的可视化效果该技术能够在不影响场景可视化效果的条件下，通过减少目标物体表面的渲染细节来降低场景绘制时旳数据量，从而提高绘制效率和可视化效果。根据视点远近，当目标物体距离观察点较近时，选取细节程度较高的模型，当目标物体距离观察点较远时，选取细节程度较低的模型。在绘制地形场景时，除了需要注意视点与目标物体的距离远近之外，更需要考虑地形场景绘制的特殊性，比如视线角度、地形地貌特征坡地、平地等地表特征等等地学的特性。 LOD通过动态方案实现，在进行场景渲染过程中，按照预设好的算法和渲染限定条件，对模型物体的细节实时进行简化，动态的绘制。经过压缩和简化处理后，在渲染时可以根据预设好的算法和限定条件，选择目标物体相应细节程度的模型，既满足了人眼视觉可视化效果，又减少场景渲染时的数据量，实现大规模场景快速渲染的能力。 海水温度截面可视化展示
船舶航行可视化展示 ⑵基于海浪谱的海浪模型构建技术 基于海浪谱的模型进行海浪模型构建方法基于海洋观测的结果——海浪谱，采用适当的海浪谱反演方法模拟海浪，反演方法采用线性迭加法，将海浪视为由多个不同振幅、不同角频率和不同随机相位的波叠加而成，只要设法找到各个组成波的要素：波幅、角频率、随机相位，就可以得到这个随机过程的一次实现，该方法利用傅立叶变换的周期性可对任意大的海域进行仿真。 基于海浪谱的模型构建方法虽然会相对复杂的数学模型和大量运算，但其运算量通常可以满足实时性要求，并且因为其参数是通过长期海洋观测获得的，具有一定的真实性。
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" s. J& Z3 r$ n' J; c- {$ j8 i+ s! `几个海洋可视化场景应用 ⒈三维海洋温度可视化 海洋是湍动的，在上层海洋的最初几百米，活跃的中小尺度（<～100公里）海洋环流可以在海面和深海之间输送热量、碳和营养物质等。这些垂直交换为全球海洋通风，支持海洋生态系统，并调节地球的气候。 通过渲染冷暖色调的海洋温度来描述这些活跃的上层海洋湍流环流。蓝色代表较冷（密度大）的水，主要存在于较深或高纬度的海洋中。红色代表在海洋上层发现的较温暖的海水。海洋锋面，类似于大气层中产生强风和天气的锋面，是在海洋上层的冷水和暖水侧向相遇时形成的。这些锋面及其演变与强烈的垂直混合和输送有关。 (点击查看视频) ⒉智慧舰船三维可视化 现代化舰船的导助航设备主要包含GPS、雷达、船载 AIS、ECDIS等电子仪器，在一定程度上满足了舰员的驾驶强度，但在使用过程中往往拘泥于动态水面信息，尤其是在近岸浅水区域航行时，海域的静态信息无法在三维实时监测中为舰员提供易识别环境信息。
选择与地理信息系统（GIS）相结合，可为空间信息分析带来新的模式，能直观准确展示舰船的经纬度、艏向角以及航速、水温水深、风向等信息。融合智能感知设备数据，展开对舰船任务进度、能源留存、损管安防等多项关键指标实施综合性可视分析。加强舰船自身安防数据的闭环管理，面对潜在危机予以宏观调控，达到全方位规划、布局、分析和决策的目的。 选以科技感的线框模式，将航空母舰的机库、动力舱、甲板等部分透明化，方便舰员查看整体布局结构。运用HT虚拟仿真技术构建动力舱、锅炉舱等设备的交互，通过连接设备传感器，实时获取舰船设备运行状态、综合电力数据、动力分布信息的动态数据。顺应“绿色船舶”发展潮流，协助舰员提高舰船能效管理。 可视化不仅可以用图像描绘出肉眼所见的对象，也能将设备的信息状态生动展现。运用丰富的可视化图形组件，将水冷泵房、滑油、燃油、空调等系统运行的关键数据直观呈现，同步采集消防风机、近防弹库、热力机房、水泵管道等设备的损管次数、故障时长、故障次数，多重指标浮于2D 面板两侧，创建多参数实时监测。通过联接船舶各系统之间的数据实时共享，从而更好地保障动力系统的运行质量和运行水平。 航空母舰奠定了海洋霸权对陆上强国的优势，其任务执行是以航空母舰为核心，配备多种舰船，进而形成海上作战群体，可执行多类复杂的作战任务，具备机动和迅速的抗击能力。但对于庞杂繁琐的舰船想获取超精度、大范围、高效率的处理分析数据来说，则需要基于空间、时间、类型等多源数据进行综合研判，进而动态呈现出航空母舰的护航编队信息、任务地图、任务计划及舰载机状态信息。任务地图中可根据需求添置任务执行的运行历程，方便历史回溯和路径跟踪，点击对应事件节点播放过程动画。 5 X3 `& X7 u; K
为避免出现数据缺失或冗余现象，HT 结合 GIS 地图，根据经纬度信息、水下地形、水流流态、风速风向等环境要素，构造点-线-面-体的三维动态航行地理环境。运用视景中的导助航设施帮助判定本船位置方向，进而弥补在能见度不良条件下相对位置感的缺失或动态感知陌生水域水文信息。实现加速获取位置感知及外界交通环境，优化作业效率，满足航行环境的全面可视化。 # N- y' K" A+ R# D; S5 I! r
⒊海上钻井平台三维可视化 海上钻井平台是一个复杂的控制平台，包括钻井控制系统、动力控制系统和其它应用的控制系统，这些系统需要协同工作，这就对整个海上钻井平台的监控系统提出了严格的要求。现在通过使用图扑Web组态软件就可以满足对整个海上钻井平台的监控需求。
4 _8 K2 d5 S$ ]图扑Web组态软件一款应用于泛工业物联网场景的B/S模式数据可视化监控软件，可帮助企业快速搭建自己专属的物联网监控平台。也就是说使用它，海上钻井平台上的所有人员可以在任何有网络的地方通过手机、平板电脑和普通PC机就可以实现对整个海上钻井平台的实时监控、维护和紧急维修提供了更加灵活方便的新平台，节约了大量的人力和物力。 不仅如此，还可定制3D的海上钻井平台监控画面，让平台上的工作人员可以更加直观立体地掌握平台的实时运行状况。还有，可以使用边缘计算网关将原本分散的所有平台设备的输入输出信号通过4G或无线WiFi传输到图扑Web组态软件中，这样就避免了大量的接线工作。海洋上现场环境复杂，线路容易被腐蚀，减少线路连接大大提高了平台的安全性。 不但集成了传统的上位机组态软件所有功能，还新添加了能耗管理和视频监控管理等功能。能耗管理功能，平台上的工作人员可以清楚的了解整个平台的能耗状况，根据上传的能耗数据对整个平台的工作状态做出相应的调整。使用视频监控管理功能，接入平台上的所有摄像头，平台上的工作人员可以清楚的看到平台上实时视频画面，使得工作人员对平台已经发生的和将要发生的状况做出正确的判断和及时的处理，避免更大事故的发生。
# U: g" f P ]2 H: w4 A. _⒋海洋水文气象数据可视化 如果所需表示的物理量是标量，那么其物理量的场则称为标量场（Scalar field），如温度、气压等数据。通常，可使用不同的色阶来对其进行渲染表示。 如果所需表示的物理量是向量，那么其物理量的场则称为向量场（Vector field）。例如气象数据中的风场、洋流、海浪等数据，就需要向量场来表示。对于向量场，可以使用矢量场动画层结合色阶渲染来对物理量的方向和数值来进行表示。 ⒌智慧港口三维可视化 以上是天津港焦炭公司码头，图扑软件推出视图组件设计、图标设计、2D图纸设计和3D场景设计的一站式开发工具，可见2D、3D可视化效果。 在20米宽、4米高背投大屏上，可清楚显示着焦炭港口通过依托三维可视化技术，实现天津港焦炭码头、港俊、轮船、堆货等的3D虚拟实时画面，以及随着作业进行不断实时刷新的各类信息数据，辅以周边简单道路信息，支持3D全方位漫游展示。
通过可视化技术将这些重要信息全部展示在同一平台，包括焦炭、煤、有色矿、其他等4 个大类的全年计划量和截止当月完成量展示、月度主要货类吞吐量占比、磅房作业情况、全月各种影响作业效率等。它使调度指挥人员能够对航道、锚地、所有泊位的作业资源进行有效掌控，智能化地进行船舶进出港动态编排管理、码头航陆运生产作业监控和集团生产作业数据分析。
图片面板展示数据均为虚拟数据，面板数据均可根据实际项目进行调整展示 安全管控中心包括包括地下消火栓、地上消火栓，以及各类应急物资等，点击对应标注的2D 图标，可实时查看，调用安全设备。同时对天气系统，实现对恶劣天气预报预警和应急资源的统筹调度，以及安全管理基础要素的日常管控等功能，智能感知和风险预警。 全船的监测点、传感器就像船舶的一个“运动手环”，全方位对船舶进行数据采集与分析，数据涵盖每只船舶的配载情况、装卸情况、平均作业效率、过磅数、未装卸数量、码头甩货数、平均单机效率、来港次数、每个舱位的总载重吨数、每个舱位的实际载重吨数等多个方面，如同“AI管家”融入船舶运营管理之中，并展示在可视化大屏上，为船舶提供风险预警、趋势分析，数据通过网络传输至远程客户端，运行信息一“幕”了然。
船舶信息可视化
堆场信息可视化 门机设备可视化
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