馬 晶,姚輝群,王宗光,戚魯鳳,楊玉雙
(1.國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司,山東 濟寧 272000;2.山東魯軟數(shù)字科技有限公司,山東 濟南 250001)
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,全球已進入信息化時代??梢暬夹g(shù)已成為發(fā)展趨勢,可視化應用場景也越來越廣泛。數(shù)據(jù)可視化使龐大、單一的數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系得以直觀清晰地展現(xiàn),充分體現(xiàn)數(shù)據(jù)價值。近年來,電力科研項目地不斷積累使得科研項目管理面臨嚴峻挑戰(zhàn),如何通過科學有效的方法利用電力科研項目數(shù)據(jù),已成為電力公司科研項目管理所面對的關(guān)鍵問題。
針對電力科研項目繁雜的數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)、知識圖譜、可視化三者結(jié)合的方式,面向科技創(chuàng)新能力體系完成可視化模型設計與實現(xiàn),幫助用戶更好地了解國網(wǎng)山東省電力公司的科技創(chuàng)新能力水平,并輔助用戶分析科技創(chuàng)新相關(guān)數(shù)據(jù)。
在數(shù)據(jù)研究應用方面,國外在電力行業(yè)對數(shù)據(jù)可視化進行了深入探究。例如,美國PJM 電力公司研究的網(wǎng)格化管理系統(tǒng)通過站點數(shù)據(jù)可視化實現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)站的訪問[1],進一步促進數(shù)據(jù)可視化工具的探索與應用。
我國許多學者在數(shù)據(jù)可視化方面也進行了深入研究,分析信息可視化理論、人機交互的用戶界面,根據(jù)數(shù)據(jù)種類的不同將大數(shù)據(jù)信息可視化技術(shù)分為文本可視化技術(shù)、網(wǎng)絡(圖)可視化技術(shù)、時空數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、多維數(shù)據(jù)可視化技術(shù)等[2],這些技術(shù)逐漸發(fā)展為主流應用技術(shù)。在電力企業(yè),通過可視化技術(shù)實時監(jiān)控業(yè)務數(shù)據(jù)、運營狀況等關(guān)鍵信息,為企業(yè)提供決策支持[3]。
目前,面向電力科技創(chuàng)新能力水平的大數(shù)據(jù)、知識圖譜、可視化三者結(jié)合的一體可視化模型設計與實現(xiàn)研究相對較少,亟須研究一種一體化的可視化模型,充分展現(xiàn)電力系統(tǒng)科技創(chuàng)新能力,為電力行業(yè)科研發(fā)展提供輔助工具支撐。
一體可視化技術(shù)是一種整合大數(shù)據(jù)、知識圖譜、可視化展示為一體的,實現(xiàn)科技創(chuàng)新能力體系展示的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)。利用圖解法對數(shù)據(jù)進行解釋,使研究者能夠容易理解和梳理數(shù)據(jù)規(guī)則,對數(shù)據(jù)進行直觀展現(xiàn)。
國網(wǎng)山東省電力公司科技創(chuàng)新能力體系包括8個一級指標和15個二級指標,如圖1所示。
創(chuàng)新能力水平。創(chuàng)新能力水平是反映一個公司科技創(chuàng)新能力的綜合要素。主要包含研發(fā)投入、獲獎總量、專利總量、交易總量4 項指標,在很大程度上能夠衡量國網(wǎng)山東省電力公司科技創(chuàng)新能力整體水平。
科研項目??蒲许椖康赜行Ч芾韺﹄娏镜慕?jīng)營與升級有著十分重要的意義。主要包含項目數(shù)量、項目金額、項目類別3 項指標,能夠清晰地反映國網(wǎng)山東省電力公司科研項目的綜合管理質(zhì)量。
成果管理。科研成果管理作為科技創(chuàng)新管理工作的關(guān)鍵節(jié)點之一,對科研工作效益具有重要影響。主要包含成果類別、成果獲獎等級2 項指標,為健全完善項目成果儲備庫提供數(shù)據(jù)支撐。
知識產(chǎn)權(quán)。專利數(shù)量是反映一個企業(yè)科技創(chuàng)新能力的重要指標[4]。主要包含專利類型、專利數(shù)量2項指標,集中體現(xiàn)了公司專利價值創(chuàng)造能力。
雙創(chuàng)成果庫。雙創(chuàng)成果庫是雙創(chuàng)成果成效的集中體現(xiàn)。主要分為規(guī)劃、營銷、基建、運行、檢修5 項專業(yè)類別,能夠較清晰全面地展現(xiàn)全省各專業(yè)雙創(chuàng)成果研發(fā)水平,統(tǒng)籌各專業(yè)雙創(chuàng)成果,打破專業(yè)壁壘,增強創(chuàng)新成果的集聚效應和規(guī)模效益。
雙創(chuàng)項目。雙創(chuàng)項目管理是進行成果孵化轉(zhuǎn)化的重要環(huán)節(jié)。主要包括雙創(chuàng)項目入孵、出孵、轉(zhuǎn)化、推廣4 項關(guān)鍵實施環(huán)節(jié),雙創(chuàng)項目地有效管理對實施價值提升具有非常重要的作用。
雙創(chuàng)活動。雙創(chuàng)活動是完善創(chuàng)新成果推廣生態(tài)體系的重要手段之一。通過宣傳推廣全國雙創(chuàng)周、青創(chuàng)賽、熠星大賽等雙創(chuàng)活動信息,營造活躍的創(chuàng)新氛圍,激勵引導廣大職工主動作為、大膽創(chuàng)新,達到以創(chuàng)新推動創(chuàng)效的目的。
資源保障。資源保障是固本強基的有效支撐。主要包含雙創(chuàng)示范基地、轉(zhuǎn)化推廣聯(lián)盟、科技創(chuàng)新平臺、專家人才4 項指標,廣泛凝聚優(yōu)勢資源,最大限度釋放科技創(chuàng)新活力。
科技創(chuàng)新能力體系數(shù)據(jù)具有業(yè)務涵蓋范圍廣、數(shù)據(jù)維度多、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)密切、數(shù)據(jù)齊全等特點,對提升電力企業(yè)科技創(chuàng)新能力具有良好的促進作用,同時也給數(shù)據(jù)梳理、關(guān)聯(lián)分析、可視化展示帶來較大挑戰(zhàn)。
業(yè)務涵蓋范圍廣:科技創(chuàng)新能力體系數(shù)據(jù)覆蓋電力規(guī)劃、營銷、基建、運行、檢修等各個方面,涉及細項業(yè)務點2 000余個。
數(shù)據(jù)維度多:科技創(chuàng)新能力體系數(shù)據(jù)貫穿科研項目管理、成果管理、知識產(chǎn)權(quán)管理、轉(zhuǎn)化推廣管理、雙創(chuàng)活動管理、資源保障、創(chuàng)新能力水平評估等科技創(chuàng)新的全過程,涉及18 個技術(shù)領域,數(shù)據(jù)維度超過2萬余個。
數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)密切:科技創(chuàng)新成果的形成來源于管理創(chuàng)新、科研項目、職工創(chuàng)新等多個方面,成果形成后又會衍生出其他成果,因此各方面彼此關(guān)聯(lián),形成了龐大的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng),理清彼此的關(guān)聯(lián)關(guān)系并進行分析,將會產(chǎn)生意想不到的效果,有利于潛在創(chuàng)新點挖掘。
數(shù)據(jù)齊全:目前國網(wǎng)山東省電力公司已建成全業(yè)務數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)涵蓋電力各個專業(yè),為科技創(chuàng)新能力可視化模型設計提供了豐富的數(shù)據(jù)源。
大數(shù)據(jù)技術(shù)應用。以全業(yè)務數(shù)據(jù)中心為基礎,采用ETL、OGG 等數(shù)據(jù)采集技術(shù),采集科研項目管理、成果管理、知識產(chǎn)權(quán)管理、轉(zhuǎn)化推廣管理、雙創(chuàng)活動管理、資源保障、創(chuàng)新能力水平等創(chuàng)新相關(guān)數(shù)據(jù),為給定的應用環(huán)境構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式,使之能夠有效地存儲、查詢,滿足各類用戶的應用需求[5]。數(shù)據(jù)庫的設計結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。
圖2 數(shù)據(jù)庫一級指標設計結(jié)構(gòu)
知識圖譜技術(shù)應用。應用可視化智能分析關(guān)聯(lián)圖譜,基于圖數(shù)據(jù)庫進行大數(shù)據(jù)處理、關(guān)聯(lián)分析、模型分析、圖規(guī)則定義,通過數(shù)據(jù)抽取工具、多維度的數(shù)據(jù)挖掘,計算圖譜中項目、成果、專利之間的關(guān)系,實現(xiàn)秒級數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)可視化,將數(shù)據(jù)可視化圖譜的方式展示給用戶。關(guān)聯(lián)圖譜相關(guān)技術(shù)圖3所示。
圖3 關(guān)聯(lián)圖譜相關(guān)技術(shù)
可視化技術(shù)應用??梢暬夹g(shù)的應用目標是使數(shù)據(jù)分析過程透明化,數(shù)據(jù)可視化是數(shù)據(jù)分析過程中的核心環(huán)節(jié)之一[6]。為更好地展現(xiàn)科技創(chuàng)新數(shù)據(jù),以形象化的可視化圖形使科技創(chuàng)新能力得到良好的呈現(xiàn)形式與展現(xiàn)效果,研究了原生SVG 開發(fā)組件、ECharts 組件以及Unity3D 軟件,根據(jù)電力科技創(chuàng)新能力特點進行了可視化模型設計與實現(xiàn)。
技術(shù)框架如圖4 所示,系統(tǒng)分為前端和后端兩部分[7]。
圖4 技術(shù)框架
電力科技創(chuàng)新能力體系的可視化模型以圖表、3D模型等相關(guān)技術(shù)為實現(xiàn)手段,采用B/S體系結(jié)構(gòu)。
在前端展示上,通過Html(基于HTML5 標準)、JavaScript(基于ES6.0標準)實現(xiàn)前端展現(xiàn)效果,使用SVG、Canvas、WebGL 等可視化技術(shù)實現(xiàn)科技創(chuàng)新能力體系數(shù)據(jù)可視化;為了能夠及時獲取科技項目、成果、知識產(chǎn)權(quán)、雙創(chuàng)成果、雙創(chuàng)項目等各類數(shù)據(jù)的情況,添加定時器,間隔一定時間請求后臺數(shù)據(jù)。ECharts圖表通過純JavaScript進行編碼,為了達到數(shù)據(jù)實時顯示的目的,定時通過Ajax 方法調(diào)用系統(tǒng)后臺JavaWeb 服務,以JSON 數(shù)據(jù)格式向前端傳遞從數(shù)據(jù)庫中獲取的數(shù)據(jù),由ECharts 組件渲染為指定圖表后進行顯示。
在后端實現(xiàn)上,從ORACLE 數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù),通過后臺服務對數(shù)據(jù)進行創(chuàng)建、存儲、查詢。
以Html 文件為載體,通過Html、Javascript 實現(xiàn)前端頁面。在屏幕展示區(qū)域(圖5)中設置四大板塊,其中,屏幕中間以著色地圖作為主要界面展示創(chuàng)新能力水平,左右兩側(cè)和底部展示科技創(chuàng)新能力數(shù)據(jù)的可視化圖表[8]。通過在Html 文件中建立恰當?shù)膁iv來展示各個板塊;通過JavaScript 實現(xiàn)系統(tǒng)前端和后端數(shù)據(jù)的交互。在Js 文件中通過Ajax 異步請求的方式獲取后臺服務的數(shù)據(jù),然后使用ECharts 組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化,如圖5所示。系統(tǒng)交互流程如下:
圖5 系統(tǒng)交互流程
步驟1:在Html 文件中建立ECharts 圖表的div模塊;
步 驟2:通 過<script>標 簽 將jquery.min.js,echarts.js,echarts-jl.js,echarts-liquidfill.js,Marquee.js,jquery.bxslider.js,hjgl.js 等文件引入到Html 文件,并配置相關(guān)的可視化圖表;
步驟3:在index.js 文件中實例化ECharts 對象,通過option 設置可視化圖表的數(shù)值,包括年份類別(橫坐標)和項目數(shù)量/金額(縱坐標);
步驟4:通過Ajax 獲取數(shù)據(jù),然后發(fā)送至series的data中。
在index.js中通過寫入:var echarts=script(‘../../inenyth/js/exchibition/hjgl.js’)引入echarts 模型,通過echarts 模型進行可視化建模,再進行echarts 初始化:var myChart=echarts.init(domcument getElenmentById(“pupopCharts”))初始化完成后,寫入數(shù)據(jù)進行對數(shù)據(jù)的可視化,首先對數(shù)據(jù)進行配置到js 中,引入數(shù)據(jù)量,給定變量option
后進行繪圖,使用map 對地圖進行繪制與地址配置。
以創(chuàng)新能力水平模塊為例,對地圖展示設計自動輪播效果(代碼如下),實現(xiàn)各地市創(chuàng)新能力水平各指標及全省排名展示。
模型設計集成了地圖區(qū)域縮放、圖表、數(shù)據(jù)自選聯(lián)動、視覺映射等交互組件,可以對數(shù)據(jù)進行多維實時數(shù)據(jù)篩取、視圖縮放、細節(jié)展示等交互操作[9]。用戶與系統(tǒng)可視化模塊地互動,加深數(shù)據(jù)理解[10]。同時,針對地圖中各地市的指標顯示效果,進行了絢麗地特效定制。前端架構(gòu)采用數(shù)據(jù)樣式分離及扁平配置讓開發(fā)更便捷[9]。
系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)區(qū)域下鉆,可以展現(xiàn)各地市科技的實時數(shù)據(jù),查看各類指標、數(shù)據(jù)分布等,提供多層級數(shù)據(jù)聯(lián)動,可以在總覽頁面操作相應模塊查看該模塊二級頁面具體展示內(nèi)容;提供各指標全省范圍排名,查看各單位總體排名、各指標數(shù)量及排名。模型將項目、成果、知識產(chǎn)權(quán)等各個環(huán)節(jié)相互連接,貫穿了各流通節(jié)點,連點成線,織線結(jié)網(wǎng),打破了信息孤島(壁壘)。面向電力科技創(chuàng)新能力的可視化展示提高了系統(tǒng)的交互能力與使用效率,收到了良好的經(jīng)濟效益與社會效益??萍紕?chuàng)新能力可視化屏幕展示界面如圖6 所示,項目、成果、專利關(guān)聯(lián)圖譜如圖7所示。
圖6 科技創(chuàng)新能力可視化屏幕展示界面
圖7 項目、成果、專利關(guān)聯(lián)圖譜
從數(shù)據(jù)可視化發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā),闡述了可視化技術(shù)相關(guān)應用與山東省電力系統(tǒng)科技創(chuàng)新能力指標,介紹了科技創(chuàng)新能力可視化模型設計實現(xiàn)采用的技術(shù)和總體框架,并對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計和實現(xiàn)流程進行了說明。
系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)、知識圖譜技術(shù)把科研數(shù)據(jù)歸類并統(tǒng)計,最后基于原生SVG 開發(fā)組件、ECharts 組件和Unity3D 軟件等技術(shù)實現(xiàn)科技創(chuàng)新能力體系可視化展示。通過準確展現(xiàn)各模塊之間的相互關(guān)系,使用戶對電力數(shù)據(jù)分析有了更加清晰的認識,利用相關(guān)技術(shù)使數(shù)據(jù)可視化頁面展示變得更加容易,結(jié)合數(shù)據(jù)可視化交互,促使全省用戶進一步了解到國網(wǎng)山東省電力公司整體及各市級單位的科技創(chuàng)新能力水平,使科技創(chuàng)新數(shù)據(jù)的價值得以充分發(fā)揮。