番茄生境信息时空数据可视化方案设计

刘文秀 韩鑫

温室大棚生境质量的好坏可以在某种程度反映出作物的生长发育情况和产量大小，因此，温室大棚生境信息时空数据可视化具有重要的现实意义。

随着科学的进步和发展，研究学者开展了许多关于温室大棚生境信息的监测方面的研究。侯加林等设计了一款移动式温室环境监测系统，满足了温室大棚生境信息监测要求，同时实现了精准的定位数据。单业荣等设计了智能温室远程控制平台，通过3D可视化效果实现数据交互漫游。李惠玲等研发了适用于温室高架栽培作物的轨道式移动检测平台，可采集生境信息，实现提取作物生长信息。杜克明等建立了物联网监测数据与WebGIS空间数据点面数据融合的农业环境监测系统。

上述的研究内容侧重于温室大棚生境信息数据采集与监测，基于作物生长过程的多视图和多维空间数据分析和可视化方面仍存在不足。因此，本文将物联网技术和互联网技术相结合，建立多视图、多维时空数据可视化方法，实现了生境信息与三维场景交互漫游，为表达时间和空间上的信息全面感知数据、深度挖掘空间数据提供了更多的可能。

Web页面是种植管理者获取数据信息的主要入口，它也是数据可视化内容呈现和交互的主要载体。针对番茄种植管理者对地理位置和数据可视化的需求，研发基于WEB端的温室大棚生境信息时空数据可视化平台，功能模块划分为四个部分：温室大棚三维场景交互漫游、温室大棚生境数据空间分布可视化、温室大棚生境多维数据同步可视化、温室大棚生境感知数据二维折线图数据可视化。实现了种植管理者可以对同一个数据对象在不同视图中采用不同的可视化表达，也可以对不同但关联的数据对象采用相同的可视化表达，有利于种植管理者在不同的角度和不同的显示方式下观察数据特征。

一、温室大棚三维场景交互漫游

此功能模块可直接查看温室大棚三维场景以及各传感器采集的数据信息。通过融合多种数据三维建模技术、快速对温室大棚内部三维模型进行搭建，除此之外，还有温室大棚内模型所在位置的地理位置信息。界面可全方位、多角度地展示温室大棚内部场景，实现平台预设管道展示、植株观察模拟、实时显示生境感知系统的传感器数据三个交互效果。通过添加3D视觉效果及交互漫游，使种植管理者沉浸式感知温室大棚内部环境数据空间分布情况。

二、温室大棚生境数据空间分布可视化

该模块主要通过温室大棚生境信息感知系统采集到的环境参数信息是与温室大棚内空间位置紧密相关的。仅查看某一个信息感知系统采集的各传感器数据很难全面反映温室大棚内部的情况，因此，需要从一个宏观的、全面的角度对感知的环境参数进行空间分布情况的分析。本文通过依据生境感知系统的坐标直接标识在温室大棚的正射影像地图上，则数据类型、数值大小依据不同颜色和颜色的深浅来表示。

三、温室大棚生境多维数据同步可视化

该模块可实现多维温室大棚生境信息环境参数与地理数据的同步展示。针对散点图可视化维度信息可视化的不足，在三维空间中进行数据散点图可视化，同时将地图叠加在三维图中。这种数据可视化效果能给出数据全局信息和数据空间分布信息。

四、温室大棚生境感知数据二维折线图数据可视化

为了方便用户更多角度对数据进行分析，在平台上增加了二维折线图数据可视化展示，同时与生境信息感知系统传感器实时数值、空间分布数据协同可视化数据展示，平台实现多视图协同的方法，种植管理者不仅感受数据在空间上的交互，也可以掌握数据整体变化趋势。

生境信息時空分布可视化直观地展示温室大棚生境数据的时间和空间的内部联系和规律，可以及时依据番茄温室大棚生长环境的特点及时做出反馈和调节，从而保证了番茄在健康的环境下快速生长，提高番茄作物的产量，增加农民收入，同时改善了温室大棚的管理和生产。但是我们仍需要深入挖掘数据的潜在价值，构建基于作物生长过程的决策模型，加大推进大数据与人工智能技术相融合。

（作者单位：山东理工大学农业工程与食品科学学院）