數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在鐵路電務(wù)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)中的應(yīng)用

戚小玉，王 喆，楊 森，鄒 丹，東春昭

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵路大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新中心，北京 100081）

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在鐵路電務(wù)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)中的應(yīng)用

戚小玉，王 喆，楊 森，鄒 丹，東春昭

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵路大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新中心，北京 100081）

本文在簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的概念和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，列舉并描述了數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在電務(wù)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)展現(xiàn)中的應(yīng)用案例，說明數(shù)據(jù)可視化在鐵路行業(yè)應(yīng)用的重要意義。

大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)可視化；電務(wù)設(shè)備檢測(cè)；鐵路

大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)帶動(dòng)著數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析技術(shù)飛速發(fā)展，隨著數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，數(shù)據(jù)的復(fù)雜性越來(lái)越高，如何才能讓數(shù)據(jù)變得更加形象生動(dòng)和易于理解，可視化無(wú)疑是最有效的途徑。

1 數(shù)據(jù)可視化概念

數(shù)據(jù)可視化[1～4]是關(guān)于數(shù)據(jù)視覺表現(xiàn)形式的科學(xué)技術(shù)研究。這種數(shù)據(jù)的視覺表現(xiàn)形式被定義為一種以某種概要形式抽提出來(lái)的信息，包括相應(yīng)信息單位的各種屬性和變量。它將不可見或難以直接顯示的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可感知的圖形、符號(hào)、顏色、紋理等，增強(qiáng)數(shù)據(jù)識(shí)別效率，傳遞有效信息。數(shù)據(jù)可視化是可視化技術(shù)在非空間數(shù)據(jù)領(lǐng)域的應(yīng)用，以更直觀的方式看到數(shù)據(jù)及其結(jié)構(gòu)關(guān)系，不再局限于通過關(guān)系數(shù)據(jù)來(lái)觀察和分析數(shù)據(jù)信息，可以清晰有效地傳達(dá)、溝通并輔助數(shù)據(jù)分析。現(xiàn)代的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、人機(jī)交互等技術(shù)，將采集或模擬的數(shù)據(jù)變換為可識(shí)別的圖形符號(hào)、圖像、視頻或動(dòng)畫，并以此呈現(xiàn)對(duì)用戶有價(jià)值的信息。用戶通過對(duì)可視化的感知，使用可視化交互工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲取知識(shí)。

2 在鐵路電務(wù)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)中應(yīng)用的意義

鐵路電務(wù)設(shè)備檢測(cè)主要是對(duì)鐵路信號(hào)和通信相關(guān)設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括：軌道電路傳輸狀態(tài)、補(bǔ)償電容、場(chǎng)強(qiáng)覆蓋測(cè)試等。目前，鐵路電務(wù)專業(yè)各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)是獨(dú)立采集和整理的，但彼此之間存在著相互關(guān)系，相對(duì)分散的采集和處理方式使業(yè)務(wù)人員很難發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間內(nèi)在的聯(lián)系。而在進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將數(shù)據(jù)量大、維度復(fù)雜的檢測(cè)數(shù)據(jù)用多種方式進(jìn)行展現(xiàn)，提高了數(shù)據(jù)的使用效率，使業(yè)務(wù)人員能夠直觀地看到數(shù)據(jù)，便于發(fā)現(xiàn)問題和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

3 電務(wù)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)可視化案例

3.1 時(shí)間趨勢(shì)數(shù)據(jù)的可視化

電務(wù)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)與時(shí)間維度密切相關(guān)，業(yè)務(wù)人員重點(diǎn)關(guān)注信號(hào)檢測(cè)總體得分和通信檢測(cè)總體得分變化趨勢(shì)，以此來(lái)分析檢測(cè)結(jié)果的變化情況。通過時(shí)間趨勢(shì)可視化可將每季度的單個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)放到較長(zhǎng)的時(shí)間維度上綜合分析。圖1為信號(hào)專業(yè)測(cè)試考核得分趨勢(shì)圖，3條折線分別代表3個(gè)不同的電務(wù)段，從圖表上可以看到不同電務(wù)段的信號(hào)專業(yè)測(cè)試考核得分時(shí)間變化趨勢(shì)。

圖1 信號(hào)專業(yè)測(cè)試考核得分趨勢(shì)圖

對(duì)時(shí)間趨勢(shì)進(jìn)行可視化展現(xiàn)，比單純的數(shù)據(jù)列表更加形象、直觀，便于業(yè)務(wù)人員從全局的角度分析較長(zhǎng)一段時(shí)間的檢測(cè)情況。

3.2 分類占比數(shù)據(jù)的可視化

電務(wù)設(shè)備的檢測(cè)工作包含多種檢測(cè)項(xiàng)目，某一項(xiàng)檢測(cè)中也有不同的檢測(cè)問題類別，因此，業(yè)務(wù)人員會(huì)關(guān)注某一類問題數(shù)在全部問題總數(shù)中的占比。通過餅圖或環(huán)圖可以呈現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的分布情況，從而分析不同類別之間以及某一類別與整體之間的比例關(guān)系。圖2為信號(hào)專業(yè)檢測(cè)問題按不同線路分布圖的兩種展現(xiàn)形式。

圖2 信號(hào)專業(yè)檢測(cè)問題分布圖

從圖2中可以清晰地看到信號(hào)專業(yè)檢測(cè)問題按不同線路分布情況，有助于業(yè)務(wù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和定位問題。

3.3 KPI數(shù)據(jù)的可視化

對(duì)于檢測(cè)結(jié)果中的一些重要指標(biāo)信息，可以通過儀表盤的方式對(duì)其進(jìn)行可視化展現(xiàn)，同時(shí)選用漸變的顏色來(lái)體現(xiàn)指標(biāo)的不同刻度大小，這比單純的數(shù)值更加形象生動(dòng)。

如圖3所示，兩個(gè)儀表盤分別表示信號(hào)專業(yè)的軌道電路合格率和補(bǔ)償電容合格率。

圖3 信號(hào)專業(yè)軌道電路合格率與補(bǔ)償電容合格率

3.4 不同整體中分類數(shù)據(jù)的可視化

一個(gè)良好的數(shù)據(jù)可視化方式可以讓用戶清楚地了解數(shù)據(jù)所展現(xiàn)的信息，堆疊柱圖可以同時(shí)展現(xiàn)不同整體之間的數(shù)值對(duì)比和單個(gè)整體中不同類別的數(shù)據(jù)分布。

圖4為通信專業(yè)各線路問題分布圖。

圖4 通信專業(yè)各線路問題分布圖

從圖4可以看出，業(yè)務(wù)人員不僅可以比較不同線路的問題總數(shù)，還能分析在每條線路上不同問題的分布情況。這種方式豐富了數(shù)據(jù)可視化所展現(xiàn)的信息量。

3.5 與地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)可視化

由于鐵路線路位置信息與地理信息密切相關(guān)，故可結(jié)合不同線路的地理位置信息，將電務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行綜合展示。圖5為中國(guó)鐵路運(yùn)輸主干線分布圖。

可將各線路檢測(cè)情況通過不同顏色、不用線條等方式體現(xiàn)在地圖上，將檢測(cè)數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)結(jié)合，豐富可視化展現(xiàn)方式。

3.6 聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)的可視化

商業(yè)智能儀表盤DASHBOARD是一種數(shù)據(jù)可視化模塊，可將不同的組件展示模型及控件類型整合，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合展現(xiàn)，DASHBOARD具有極強(qiáng)的交互性，業(yè)務(wù)人員可對(duì)制作好的DASHBOARD進(jìn)行查看、交互分析。DASHBOARD頁(yè)面由分析控件和組件構(gòu)成，控件和組件的數(shù)量可以按需添加，同時(shí)控件和組件的大小以及位置也可按需調(diào)整，以滿足用戶定制的分析需求。

對(duì)于相互關(guān)聯(lián)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以用DASHBOARD來(lái)對(duì)其進(jìn)行可視化，以實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)之間的聯(lián)動(dòng)篩選，如圖6所示。

圖5 中國(guó)鐵路運(yùn)輸主干線（數(shù)據(jù)來(lái)自維基百科）

圖6 用商業(yè)智能儀表盤DASHBOARD實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)可視化

業(yè)務(wù)人員可以在篩選框中選擇需重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，DASHBOARD中各個(gè)控件和組件的顯示會(huì)隨之聯(lián)動(dòng)。同時(shí)，業(yè)務(wù)人員可以將相應(yīng)的圖片信息嵌入到DASHBOARD中，豐富可視化呈現(xiàn)效果，如圖7所示。

圖7 在商業(yè)智能儀表盤DASHBOARD中嵌入圖片信息

3.7 有從屬關(guān)系數(shù)據(jù)的可視化

對(duì)于有從屬關(guān)系的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以采用向下鉆取的方式對(duì)其進(jìn)行分層展示，如圖8所示。

圖8 信號(hào)專業(yè)各線路各類別問題分布

在一個(gè)商業(yè)智能儀表盤DASHBOARD中，放置餅圖控件來(lái)展現(xiàn)信號(hào)專業(yè)不同線路問題分布，同時(shí)設(shè)置數(shù)據(jù)的下鉆維度，將每條線路的問題總數(shù)細(xì)分到不同問題類型。鼠標(biāo)單擊餅圖中某條線路的區(qū)塊，則展示結(jié)果直接變?yōu)樵摼€路中不同類別的問題分布，如圖9所示。

圖9 信號(hào)專業(yè)各線路各類別問題分布（向下鉆取后）

通過向下鉆取的可視化方式，可以較為形象地在同一個(gè)DASHBOARD中展現(xiàn)多個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)方式更加具有邏輯性。

3.8 基線指標(biāo)數(shù)據(jù)的可視化

鐵路電務(wù)設(shè)備檢測(cè)中均對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)規(guī)定了相應(yīng)的達(dá)標(biāo)值，在對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的過程中，可將此值作為基線指標(biāo)體現(xiàn)在數(shù)據(jù)展現(xiàn)的結(jié)果中。例如通信專業(yè)檢測(cè)中要求呼叫成功率不低于99%[5]，可在DASHBOARD中加入基準(zhǔn)線，并在對(duì)應(yīng)的透視表中將不達(dá)標(biāo)的結(jié)果高亮呈現(xiàn)，如圖10所示。

基準(zhǔn)線與高亮色結(jié)合，圖與表對(duì)應(yīng)，這樣的方式既有圖形的形象感，又體現(xiàn)了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，同時(shí)，在DASHBOARD中增加相應(yīng)的篩選框，可供業(yè)務(wù)人員按需選擇，重點(diǎn)關(guān)注。這種數(shù)據(jù)可視化方式形象、高效。

圖10 通信專業(yè)各線路短呼測(cè)試情況

4 結(jié)束語(yǔ)

利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)可以將“死數(shù)據(jù)”變?yōu)椤盎钚畔ⅰ保瑢?duì)軌道電路傳輸特性、鄰線干擾、鄰區(qū)段干擾、機(jī)車信號(hào)掉碼、補(bǔ)償電容失效、GSM-R切換問題、GSM-R覆蓋、450 MHz弱場(chǎng)、450 MHz控發(fā)失敗、GSM-R話音呼叫指標(biāo)、GSM-R列控指標(biāo)等進(jìn)行綜合展現(xiàn)，通過商業(yè)智能儀表盤DASHBOARD將多種控件和組件進(jìn)行組合，進(jìn)而得出相應(yīng)區(qū)段或線路的電務(wù)專業(yè)設(shè)備應(yīng)用狀態(tài)和性能指標(biāo)的綜合報(bào)告。這有助于業(yè)務(wù)人員直觀、高效地發(fā)現(xiàn)和定位問題，便于合理調(diào)整設(shè)備工作，使其運(yùn)行于最佳狀態(tài)，對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患、保障安全運(yùn)行等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]陳 為，沈則淺，陶煜波，等.數(shù)據(jù)可視化[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2]王媛媛，丁 毅，孫媛媛，等.數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007，30（4）：71-74.

[3]任永功，于 戈.數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2004，31（12）：92-96.

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[5]國(guó)家鐵路局.TB10430-2014.鐵路數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM-R）工程檢測(cè)規(guī)程[S].北京：中國(guó)鐵道出版社，2014.

責(zé)任編輯 陳 蓉

Data visualization technology applied to data demonstration of equipment detection of railway communication and signal

QI Xiaoyu,WANG Zhe,YANG Sen,ZOU Dan,DONG Chunzhao
( Research and Application Innovation Center for Big Data Technology in Railway,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

In this paper,on the basis of brief introduction of data visualization technology concepts and technical characteristics,the application cases of data visualization technology in data demonstration of equipment detection of railway communication and signal were listed and described.It indicated that the application of data visualization was very important in the railway industry.

big data;data visualization;communication and signal equipment detection;railway

U284+U285：TP39

A

1005-8451（2016）09-0075-04

2015-06-15

中國(guó)鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題（2015X003-F）；中國(guó)鐵道科學(xué)研究院院基金重大項(xiàng)目（1551DZ8004）。

戚小玉，助理研究員；王 喆，副研究員。