壽理韜，龔明偉，翁紹輝

（浙江紅云智匯科技有限公司，浙江 杭州 310000）

1 大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)概述

1.1 可視化場景構(gòu)建

1.1.1 建模方法

大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和數(shù)據(jù)整合能力，并且支持三維模型的構(gòu)建。系統(tǒng)應(yīng)用使用Mask 算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)二維圖像的分割，經(jīng)過圖像整合之后構(gòu)建三維模型，將其應(yīng)用到具體的場景中。該算法具有結(jié)構(gòu)簡單和應(yīng)用方便的特點(diǎn)，可根據(jù)像素分類和分割，基于損失函數(shù)，經(jīng)過多次訓(xùn)練，建立科學(xué)、具體的三維模型。大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)應(yīng)用該算法構(gòu)建模型，同時(shí)與地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、遙感（Remote Sensing，RS）系統(tǒng)聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像的采集，作為模型構(gòu)建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中，可通過場景建立和坐標(biāo)計(jì)算等方法實(shí)現(xiàn)模型的構(gòu)建?；贛ask 算法和相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能，將數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中，按照場景將圖像按照比例和尺寸分割，根據(jù)各基礎(chǔ)設(shè)施及建筑物的坐標(biāo)，與數(shù)據(jù)庫相匹配，最后利用ThreeJS 技術(shù)完成三維模型的構(gòu)建[1]。

為切實(shí)保障大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)中模型構(gòu)建的精準(zhǔn)性和科學(xué)性，建立了模型訓(xùn)練流程，提取城市中建筑和設(shè)施等目標(biāo)特征。完成訓(xùn)練之后，開展數(shù)據(jù)測試功能，驗(yàn)證模型的科學(xué)性和有效性，輔助相關(guān)人員開展智慧城市領(lǐng)域的設(shè)計(jì)工作。具體模型構(gòu)建過程如圖1 所示。

圖1 模型構(gòu)建測試流程

1.1.2 圖像配準(zhǔn)及定位

系統(tǒng)應(yīng)用差值計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)圖像的配準(zhǔn)，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的城市地理信息匹配數(shù)據(jù)，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的設(shè)施設(shè)定控制點(diǎn)。利用差值算法明確控制點(diǎn)的坐標(biāo)，獲得信息數(shù)據(jù)。經(jīng)過圖像配準(zhǔn)之后，可以獲得場景內(nèi)建筑和設(shè)施的坐標(biāo)，采用計(jì)算方法尋找目標(biāo)點(diǎn)。坐標(biāo)計(jì)算主要采用3 階段生成法：第一階段，通過像素對(duì)比的方式，對(duì)應(yīng)城市設(shè)施的目標(biāo)點(diǎn)；第二階段，根據(jù)目標(biāo)點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)據(jù)類型，在區(qū)域內(nèi)找出與之相匹配的數(shù)據(jù)[2]；第三階段，通過目標(biāo)點(diǎn)位置的確定，尋找目標(biāo)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)數(shù)字，確定具體的坐標(biāo)位置，具體如圖2 所示。

圖2 智慧城市模型圖像配準(zhǔn)

1.1.3 可視化場景構(gòu)建

大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)分析功能和三維模型構(gòu)建功能。文章基于ThreeJS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化場景的構(gòu)建，該技術(shù)在構(gòu)建場景框架上具有準(zhǔn)確性和科學(xué)性的特點(diǎn)，支持模型的多維度渲染。該場景框架構(gòu)建具備開源屬性，兼容性良好，易用性可以得到保障。系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)庫和模型庫，模型庫中擁有大量的圖像和數(shù)據(jù)，可通過組合方式呈現(xiàn)，組合配套的相關(guān)設(shè)置，在智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中可起到輔助作用。按照模型構(gòu)建流程，在可視化場景的構(gòu)建上，確定城市設(shè)施的具體結(jié)構(gòu)，根據(jù)尺寸對(duì)場景進(jìn)行確定，同時(shí)采用面板圍合的方法，在場景中添加相應(yīng)的設(shè)施，完成場景模型的構(gòu)建[3]。

1.2 框架體系設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)以集成框架體系構(gòu)建模式打造分布式結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)在軟件部署上綜合城市各個(gè)部門和各個(gè)領(lǐng)域，劃分為網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層以及應(yīng)用層3 個(gè)層級(jí)。網(wǎng)絡(luò)層通過城市通信網(wǎng)絡(luò)部署的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的整合和分析，將數(shù)據(jù)結(jié)果以圖片、圖形以及文本等多個(gè)方式呈現(xiàn)給用戶。數(shù)據(jù)層則負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的采集，通過在前端區(qū)域安裝傳感器裝置和感應(yīng)器裝置的方式，采集城市內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。同時(shí)將系統(tǒng)GIS 系統(tǒng)和GPS 系統(tǒng)相連接，保障數(shù)據(jù)的全面性。在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置數(shù)據(jù)庫，用于不同類別信息的分類儲(chǔ)存。應(yīng)用層則賦予相關(guān)人員操作功能和展示功能，是人機(jī)交互界面的綜合。

1.3 功能模塊劃分

根據(jù)智慧城市領(lǐng)域劃分多個(gè)模塊，確保模塊在系統(tǒng)中的可拓展性。大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)設(shè)置政務(wù)管理模塊、基礎(chǔ)設(shè)施模塊、交通規(guī)劃模塊、環(huán)保模塊、社區(qū)模塊以及醫(yī)療模塊等。系統(tǒng)通過模塊化的劃分，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)功能的綜合采集、分析和利用，為智慧城市的打造與建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，在不同模塊下設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)處理單元，用于服務(wù)具體的城市項(xiàng)目，如交通管理、社區(qū)管理以及環(huán)保管理等[4]。

2 大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)應(yīng)用必要性與可行性分析

2.1 必要性

智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)服務(wù)性和便捷性，將大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及模型構(gòu)建技術(shù)等應(yīng)用到智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中，為城市的建設(shè)和發(fā)展提供借鑒。從城市治理角度分析，以技術(shù)為導(dǎo)向可以實(shí)現(xiàn)短期效益和長效機(jī)制的構(gòu)建。目前，政府在城市的宏觀規(guī)劃中過于注重信息技術(shù)的決定論，利用信息技術(shù)開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。這種設(shè)計(jì)方法雖然可以在短期內(nèi)提升城市的效益，但忽視了長效機(jī)制的建立。利用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘功能，可從微觀經(jīng)濟(jì)、移動(dòng)軌跡以及自然環(huán)境等角度出發(fā)，掌握城市各領(lǐng)域設(shè)計(jì)的瞬間信息值，考慮時(shí)間和空間要素對(duì)城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)的影響。大數(shù)據(jù)技術(shù)更貼合民眾的訴求，且對(duì)于智慧城市的建設(shè)發(fā)展更有現(xiàn)實(shí)意義。從實(shí)踐的角度分析，大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)在智慧城市中發(fā)揮著信息載體的作用，以促進(jìn)城市內(nèi)的信息流通為目標(biāo)，逐步加強(qiáng)城市各領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)框架建設(shè)，促進(jìn)城市各要素信息之間的有效流通。因此，大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)在城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中應(yīng)用具有必要性，主要表現(xiàn)在長期效益和數(shù)據(jù)綜合服務(wù)2 個(gè)方面[5]。

2.2 可行性

大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)在智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)的應(yīng)用具有技術(shù)可行性和環(huán)境可行性。從技術(shù)的角度分析，大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)框架體系已經(jīng)基本完善，各類網(wǎng)絡(luò)框架體系也在不斷迭代更新，可利用智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中的技術(shù)不斷拓展。技術(shù)體系的完善對(duì)大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用有積極作用，且可以有效減少信息技術(shù)決定理論在智慧城市設(shè)計(jì)和建設(shè)中應(yīng)用的失衡問題。同時(shí)，從環(huán)境的角度分析，我國積極頒布相關(guān)政策推動(dòng)智慧城市的規(guī)劃建設(shè)，將城市一體化理念和智慧化基礎(chǔ)設(shè)施融入城市發(fā)展中，不僅為智慧城市建設(shè)提供了宏觀指導(dǎo)，也為基層建設(shè)提供了便利。

3 大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)在智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 智慧政務(wù)設(shè)計(jì)應(yīng)用

大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)在智慧城市政務(wù)領(lǐng)域中以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)建立政務(wù)處理系統(tǒng)。將云計(jì)算技術(shù)、智能分析技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等與系統(tǒng)相結(jié)合，基于基礎(chǔ)參數(shù)的設(shè)定，確保城市政務(wù)可視化、邏輯化以及規(guī)范化。大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸功能，采集城市數(shù)據(jù)之后可替代原本的人工處理模式，使得各部門的職能更加清晰，響應(yīng)更加快速。在政務(wù)處理之中，大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)突破了時(shí)間和空間的限制，在數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存有關(guān)政府政務(wù)的相關(guān)信息，為政府服務(wù)提供感知，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和共享。利用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)開展智慧城市政務(wù)領(lǐng)域設(shè)計(jì)工作，利用平臺(tái)的數(shù)據(jù)銜接功能，實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)與基層工作之間的精準(zhǔn)對(duì)接。在不同的場景中發(fā)揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)作用，將數(shù)據(jù)信息集成到平臺(tái)中。例如，利用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)可以采集民意，對(duì)民生信息進(jìn)行價(jià)值化篩選，并利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能，以可視化圖表的方式精準(zhǔn)核算民生信息價(jià)值，為政府及相關(guān)部門提供借鑒。

系統(tǒng)在智慧城市領(lǐng)域設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以通過虛擬化配置和服務(wù)器配置的方式，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享云平臺(tái)。該平臺(tái)主要對(duì)接政府部門和民眾，保障民眾在政務(wù)工作中的參與權(quán)和知情權(quán)。例如，在平臺(tái)中設(shè)計(jì)公眾監(jiān)督模塊、信息查詢模塊以及信息預(yù)約模塊等，實(shí)現(xiàn)民眾與政府之間信息的雙向反饋。同時(shí)，利用GIS 技術(shù)，可實(shí)時(shí)展示城市的生態(tài)環(huán)境變化、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及氣候環(huán)境變化等。利用大數(shù)據(jù)的預(yù)測和分析功能，在城市全域內(nèi)搭設(shè)傳感器裝置，輔助應(yīng)用GIS 技術(shù)和GPS 技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)城市多點(diǎn)信息處理，為城市政務(wù)領(lǐng)域工作提供決策支持，實(shí)現(xiàn)城市政務(wù)服務(wù)的全方位部署。

3.2 智慧民生設(shè)計(jì)應(yīng)用

智慧城市民生設(shè)計(jì)是指城市設(shè)計(jì)中的衛(wèi)生設(shè)計(jì)、交通設(shè)計(jì)以及基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)等。利用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，可以將城市建設(shè)的各方面內(nèi)容融入到不同的場景之中，建立三維可視化模型，通過數(shù)據(jù)分析的方式，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配。在利用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的過程中，可以在場景中聯(lián)動(dòng)多方數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)融通的方式，做到民生領(lǐng)域內(nèi)的專項(xiàng)資源配置和應(yīng)用。

在醫(yī)療領(lǐng)域場景中，借助大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)平臺(tái)信息的整合，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)體系一體化建設(shè)，為城市人員提供開放式服務(wù)。例如，在服務(wù)場景構(gòu)建過程中，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的身份認(rèn)證功能和遠(yuǎn)程控制功能等，可突破了空間距離的限制。同時(shí)，賦予醫(yī)療服務(wù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)，提供相應(yīng)的認(rèn)證服務(wù)，生成患者信息庫，將醫(yī)療條件、醫(yī)療人群以及醫(yī)療設(shè)施等數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫中。利用數(shù)據(jù)的可視化功能和分析功能，生成電子信息醫(yī)療檔案，同步呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息。在大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)的支持下，既滿足了數(shù)據(jù)的可視化展示功能，也可以通過數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)服務(wù)。

在交通場景設(shè)計(jì)上，利用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)可以建立城市空間地理信息的模型。將交通領(lǐng)域內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施、既有線路以及人員流量等以可視化的方式展現(xiàn)給設(shè)計(jì)人員，可以輔助相關(guān)人員開展交通規(guī)劃工作。智慧交通體系的設(shè)計(jì)通過數(shù)據(jù)整合功能實(shí)現(xiàn)，為交通調(diào)度、線路規(guī)劃等工作提供了便捷條件。除生成三維地理信息的模型外，設(shè)計(jì)人員將大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和道路終端設(shè)備相連接，主控系統(tǒng)負(fù)責(zé)道路的車流量統(tǒng)計(jì)、攝像頭識(shí)別等。搭載GPS 技術(shù)，可以定位到具體的車輛，在道路事故發(fā)生時(shí)可以給予相應(yīng)的救援工作。

在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域中，應(yīng)用大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，可以為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供具體的工作場景。采集現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施工程的實(shí)際情況，對(duì)比工程數(shù)據(jù)信息誤差，提高城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)質(zhì)量。利用大數(shù)據(jù)的分析功能，可以分析和預(yù)測基礎(chǔ)設(shè)施的功能性、價(jià)值性，將綠色理念、節(jié)能理念以及高效理念應(yīng)用到基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)中。例如，城市公園和城市園林等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可利用系統(tǒng)分析其生態(tài)價(jià)值、生態(tài)效益，進(jìn)行規(guī)劃部署工作。

3.3 智慧社區(qū)設(shè)計(jì)應(yīng)用

大數(shù)據(jù)可視化模塊具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能，可以應(yīng)用到社區(qū)管理和社區(qū)服務(wù)中，打造智慧社區(qū)服務(wù)體系，引導(dǎo)社區(qū)管理向數(shù)字化和智慧化的方向發(fā)展。利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析功能和可視化功能，在社區(qū)內(nèi)安裝門禁管理系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)以及安全預(yù)警裝置等。將城市內(nèi)的社區(qū)作為系統(tǒng)管理模塊的基本單元，賦予社區(qū)管理面部識(shí)別和實(shí)名認(rèn)證等功能，既可以保障社區(qū)的安全性，也可以實(shí)現(xiàn)社區(qū)服務(wù)的自動(dòng)化和智能化。

4 結(jié) 論

文章構(gòu)建的大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)具備深度學(xué)習(xí)功能，應(yīng)用Mask 算法實(shí)現(xiàn)城市二維圖像的分割，通過樣本處理、訓(xùn)練以及迭代計(jì)算的方法，建立準(zhǔn)確率較高的三維可視化模型，常用于智慧城市領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)在民生建設(shè)、環(huán)保管理、社區(qū)管理以及政務(wù)建設(shè)中均發(fā)揮著獨(dú)特的功能。