大數據可視化系統在智慧城市領域的設計分析

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 大數據可視化系統概述

1.1 可視化場景構建

1.1.1 建模方法

大數據可視化系統具備強大的數據分析能力和數據整合能力，并且支持三維模型的構建。系統應用使用Mask 算法，實現對二維圖像的分割，經過圖像整合之后構建三維模型，將其應用到具體的場景中。該算法具有結構簡單和應用方便的特點，可根據像素分類和分割，基于損失函數，經過多次訓練，建立科學、具體的三維模型。大數據可視化系統應用該算法構建模型，同時與地理信息系統（Geographic Information System，GIS）、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、遙感（Remote Sensing，RS）系統聯合，實現數據和圖像的采集，作為模型構建的基礎數據。在智慧城市領域設計中，可通過場景建立和坐標計算等方法實現模型的構建。基于Mask 算法和相關系統的數據采集功能，將數據輸入到系統中，按照場景將圖像按照比例和尺寸分割，根據各基礎設施及建筑物的坐標，與數據庫相匹配，最后利用ThreeJS 技術完成三維模型的構建[1]。

為切實保障大數據可視化系統中模型構建的精準性和科學性，建立了模型訓練流程，提取城市中建筑和設施等目標特征。完成訓練之后，開展數據測試功能，驗證模型的科學性和有效性，輔助相關人員開展智慧城市領域的設計工作。具體模型構建過程如圖1 所示。

圖1 模型構建測試流程

1.1.2 圖像配準及定位

系統應用差值計算方法實現圖像的配準，根據圖像數據和數據庫中的城市地理信息匹配數據，根據區域內的設施設定控制點。利用差值算法明確控制點的坐標，獲得信息數據。經過圖像配準之后，可以獲得場景內建筑和設施的坐標，采用計算方法尋找目標點。坐標計算主要采用3 階段生成法：第一階段，通過像素對比的方式，對應城市設施的目標點；第二階段，根據目標點劃分數據類型，在區域內找出與之相匹配的數據[2]；第三階段，通過目標點位置的確定，尋找目標對象之間的關聯數字，確定具體的坐標位置，具體如圖2 所示。

圖2 智慧城市模型圖像配準

1.1.3 可視化場景構建

大數據可視化系統具備數據分析功能和三維模型構建功能。文章基于ThreeJS 技術實現可視化場景的構建，該技術在構建場景框架上具有準確性和科學性的特點，支持模型的多維度渲染。該場景框架構建具備開源屬性，兼容性良好，易用性可以得到保障。系統構建數據庫和模型庫，模型庫中擁有大量的圖像和數據，可通過組合方式呈現，組合配套的相關設置，在智慧城市領域設計中可起到輔助作用。按照模型構建流程，在可視化場景的構建上，確定城市設施的具體結構，根據尺寸對場景進行確定，同時采用面板圍合的方法，在場景中添加相應的設施，完成場景模型的構建[3]。

1.2 框架體系設計

大數據可視化系統以集成框架體系構建模式打造分布式結構。系統在軟件部署上綜合城市各個部門和各個領域，劃分為網絡層、數據層以及應用層3 個層級。網絡層通過城市通信網絡部署的方式，實現數據信息的整合和分析，將數據結果以圖片、圖形以及文本等多個方式呈現給用戶。數據層則負責相關數據信息的采集，通過在前端區域安裝傳感器裝置和感應器裝置的方式，采集城市內的相關數據信息。同時將系統GIS 系統和GPS 系統相連接，保障數據的全面性。在系統內設置數據庫，用于不同類別信息的分類儲存。應用層則賦予相關人員操作功能和展示功能，是人機交互界面的綜合。

1.3 功能模塊劃分

根據智慧城市領域劃分多個模塊，確保模塊在系統中的可拓展性。大數據可視化系統設置政務管理模塊、基礎設施模塊、交通規劃模塊、環保模塊、社區模塊以及醫療模塊等。系統通過模塊化的劃分，實現多種數據功能的綜合采集、分析和利用，為智慧城市的打造與建設提供數據支撐。同時，在不同模塊下設置多個數據處理單元，用于服務具體的城市項目，如交通管理、社區管理以及環保管理等[4]。

2 大數據可視化系統應用必要性與可行性分析

2.1 必要性

智慧城市領域設計強調服務性和便捷性，將大數據技術、云計算技術以及模型構建技術等應用到智慧城市領域設計中，為城市的建設和發展提供借鑒。從城市治理角度分析，以技術為導向可以實現短期效益和長效機制的構建。目前，政府在城市的宏觀規劃中過于注重信息技術的決定論，利用信息技術開展基礎設施建設。這種設計方法雖然可以在短期內提升城市的效益，但忽視了長效機制的建立。利用大數據可視化系統的數據挖掘功能，可從微觀經濟、移動軌跡以及自然環境等角度出發，掌握城市各領域設計的瞬間信息值，考慮時間和空間要素對城市領域設計的影響。大數據技術更貼合民眾的訴求，且對于智慧城市的建設發展更有現實意義。從實踐的角度分析，大數據可視化系統在智慧城市中發揮著信息載體的作用，以促進城市內的信息流通為目標，逐步加強城市各領域的網絡框架建設，促進城市各要素信息之間的有效流通。因此，大數據可視化系統在城市領域設計中應用具有必要性，主要表現在長期效益和數據綜合服務2 個方面[5]。

2.2 可行性

大數據可視化系統在智慧城市領域設計的應用具有技術可行性和環境可行性。從技術的角度分析，大數據技術和云計算技術框架體系已經基本完善，各類網絡框架體系也在不斷迭代更新，可利用智慧城市領域設計中的技術不斷拓展。技術體系的完善對大數據可視化系統建設應用有積極作用，且可以有效減少信息技術決定理論在智慧城市設計和建設中應用的失衡問題。同時，從環境的角度分析，我國積極頒布相關政策推動智慧城市的規劃建設，將城市一體化理念和智慧化基礎設施融入城市發展中，不僅為智慧城市建設提供了宏觀指導，也為基層建設提供了便利。

3 大數據可視化系統在智慧城市領域設計中的應用

3.1 智慧政務設計應用

大數據可視化系統在智慧城市政務領域中以數據為驅動建立政務處理系統。將云計算技術、智能分析技術以及物聯網技術等與系統相結合，基于基礎參數的設定，確保城市政務可視化、邏輯化以及規范化。大數據可視化系統具有強大的數據傳輸功能，采集城市數據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，響應更加快速。在政務處理之中，大數據可視化系統突破了時間和空間的限制，在數據庫中儲存有關政府政務的相關信息，為政府服務提供感知，實現數據的集成和共享。利用大數據可視化系統開展智慧城市政務領域設計工作，利用平臺的數據銜接功能，實現頂層設計與基層工作之間的精準對接。在不同的場景中發揮系統數據的聯動作用，將數據信息集成到平臺中。例如，利用大數據可視化系統可以采集民意，對民生信息進行價值化篩選，并利用系統的數據分析功能，以可視化圖表的方式精準核算民生信息價值，為政府及相關部門提供借鑒。

系統在智慧城市領域設計中的應用可以通過虛擬化配置和服務器配置的方式，建立實時數據共享云平臺。該平臺主要對接政府部門和民眾，保障民眾在政務工作中的參與權和知情權。例如，在平臺中設計公眾監督模塊、信息查詢模塊以及信息預約模塊等，實現民眾與政府之間信息的雙向反饋。同時，利用GIS 技術，可實時展示城市的生態環境變化、經濟產業結構以及氣候環境變化等。利用大數據的預測和分析功能，在城市全域內搭設傳感器裝置，輔助應用GIS 技術和GPS 技術，可實現城市多點信息處理，為城市政務領域工作提供決策支持，實現城市政務服務的全方位部署。

3.2 智慧民生設計應用

智慧城市民生設計是指城市設計中的衛生設計、交通設計以及基礎設施設計等。利用大數據可視化系統，可以將城市建設的各方面內容融入到不同的場景之中，建立三維可視化模型，通過數據分析的方式，實現資源的合理分配。在利用大數據可視化系統的過程中，可以在場景中聯動多方數據信息，通過數據融通的方式，做到民生領域內的專項資源配置和應用。

在醫療領域場景中，借助大數據可視化系統可實現平臺信息的整合，實現醫療服務體系一體化建設，為城市人員提供開放式服務。例如，在服務場景構建過程中，基于大數據技術的身份認證功能和遠程控制功能等，可突破了空間距離的限制。同時，賦予醫療服務相應的數據標識，提供相應的認證服務，生成患者信息庫，將醫療條件、醫療人群以及醫療設施等數據儲存到數據庫中。利用數據的可視化功能和分析功能，生成電子信息醫療檔案，同步呈現相關數據信息。在大數據可視化系統的支持下，既滿足了數據的可視化展示功能，也可以通過數據處理功能實現精準服務。

在交通場景設計上，利用大數據可視化系統可以建立城市空間地理信息的模型。將交通領域內的基礎設施、既有線路以及人員流量等以可視化的方式展現給設計人員，可以輔助相關人員開展交通規劃工作。智慧交通體系的設計通過數據整合功能實現，為交通調度、線路規劃等工作提供了便捷條件。除生成三維地理信息的模型外，設計人員將大數據系統和道路終端設備相連接，主控系統負責道路的車流量統計、攝像頭識別等。搭載GPS 技術，可以定位到具體的車輛，在道路事故發生時可以給予相應的救援工作。

在城市基礎設施建設領域中，應用大數據可視化系統，可以為基礎設施建設提供具體的工作場景。采集現有基礎設施工程的實際情況，對比工程數據信息誤差，提高城市的基礎設施建設質量。利用大數據的分析功能，可以分析和預測基礎設施的功能性、價值性，將綠色理念、節能理念以及高效理念應用到基礎設施規劃設計中。例如，城市公園和城市園林等基礎設施建設可利用系統分析其生態價值、生態效益，進行規劃部署工作。

3.3 智慧社區設計應用

大數據可視化模塊具有強大的數據分析功能，可以應用到社區管理和社區服務中，打造智慧社區服務體系，引導社區管理向數字化和智慧化的方向發展。利用系統的數據分析功能和可視化功能，在社區內安裝門禁管理系統、消防安全系統以及安全預警裝置等。將城市內的社區作為系統管理模塊的基本單元，賦予社區管理面部識別和實名認證等功能，既可以保障社區的安全性，也可以實現社區服務的自動化和智能化。

4 結 論

文章構建的大數據可視化系統具備深度學習功能，應用Mask 算法實現城市二維圖像的分割，通過樣本處理、訓練以及迭代計算的方法，建立準確率較高的三維可視化模型，常用于智慧城市領域的設計。設計系統在民生建設、環保管理、社區管理以及政務建設中均發揮著獨特的功能。