基于ECharts 的高校實驗室使用效益評估系統(tǒng)設(shè)計

遇炳昕，任光輝，吳金棟，曹正標(biāo)

（1.中國民航大學(xué) 空中交通管理學(xué)院，天津 300300；2.中國民航大學(xué) 國有資產(chǎn)及實驗室管理處，天津 300300；3.中國民航大學(xué) 招標(biāo)采購中心，天津 300300；4.北京潤尼爾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司，北京 100088）

實驗室管理水平是決定高校建設(shè)和發(fā)展的重要因素，而實驗室使用效益能直接反映實驗室的管理水平[1]。近幾年，部分高校已開始探索和實踐實驗室效益評估工作并開發(fā)了一些評估系統(tǒng)，如西南石油大學(xué)劉琴的經(jīng)濟(jì)管理類實驗室績效考核系統(tǒng)[2]、江蘇大學(xué)馬漢達(dá)的實驗室管理績效考核系統(tǒng)[3]等。這些系統(tǒng)雖能實現(xiàn)評估的基本流程，在一定程度上提高了工作效率，但無法對評估產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效統(tǒng)計和分析，導(dǎo)致評估參與者無法獲取直觀全面的結(jié)果反饋，評估管理者也難以做出有針對性的管理決策，造成了評估數(shù)據(jù)的閑置和浪費，現(xiàn)有系統(tǒng)并沒有完全發(fā)揮出評估工作的重要作用，實用價值不高。

作為國內(nèi)較早開展實驗室使用效益評估工作的高校，中國民航大學(xué)于2016 年開展了全校第1 次實驗室使用效益評估工作[4]，采集了大量實驗室相關(guān)數(shù)據(jù)，推動了實驗室建設(shè)和管理，但由于缺少線上評估系統(tǒng)，從組織專家現(xiàn)場考核到核算分?jǐn)?shù)、公布結(jié)果共持續(xù)一個月，效率不高、人力消耗大，且面對大量評估數(shù)據(jù)難以進(jìn)行有效的歸納和統(tǒng)計，無法深層挖掘評估結(jié)果，沒有完全發(fā)揮實驗室使用效益評估工作的作用。然而，國家教育委員會要求高校每5 年開展一次實驗室使用效益評估[5]，我校將評估周期縮短為4 年一次，面對即將到來的2020 年第2 次評估，以上問題亟待解決。

為進(jìn)一步發(fā)揮實驗室使用效益評估工作的重要作用，提高工作效率，充分挖掘評估數(shù)據(jù)的價值，參考現(xiàn)有實驗室使用效益評估系統(tǒng)，結(jié)合我校制定的《實驗室使用效益評估指標(biāo)體系》和《實驗室使用效益評估標(biāo)準(zhǔn)》[6]，設(shè)計開發(fā)了高校實驗室使用效益評估系統(tǒng)，利用ECharts（enterprise charts）圖表庫[7-9]實現(xiàn)評估數(shù)據(jù)的可視化分析，以多種圖表的形式為評估參與者提供有效的結(jié)果反饋，為評估管理者提供準(zhǔn)確的管理決策，為高校開展實驗室使用效益評估工作提供了一個有效實例，同時對高校開發(fā)符合自身需求的實驗室使用效益評估系統(tǒng)有很好的參考價值。

1 評估指標(biāo)

我?！秾嶒炇沂褂眯б嬖u估指標(biāo)體系》包含4 個一級指標(biāo)、13 個二級指標(biāo)和36 個三級指標(biāo)，并按照功能和特點將實驗室分為基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗和民航實訓(xùn)三類實驗室，這三類實驗室的一級指標(biāo)權(quán)重對比見表1。

表1 三類實驗室一級指標(biāo)的權(quán)重對比

民航實訓(xùn)類實驗室的評估指標(biāo)權(quán)重如圖1 所示。我?！秾嶒炇沂褂眯б嬖u估標(biāo)準(zhǔn)》包含36 個三級指標(biāo)的詳細(xì)分值標(biāo)準(zhǔn)，評估參與者在系統(tǒng)中填寫數(shù)據(jù)并提交支撐材料，系統(tǒng)根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)自動計算各級指標(biāo)得分和總分。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)基于B/S 模式，瀏覽器端遵循W3C 標(biāo)準(zhǔn)[10]，服務(wù)器端使用Hibernate+Spring+ Struts2+Freemarker架構(gòu)[11]，數(shù)據(jù)庫使用MySQL，利用ECharts 圖表庫在瀏覽器端實現(xiàn)評估數(shù)據(jù)的可視化分析，采用面向切面編程（AOP）[12-14]思想，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、易擴(kuò)展，降低了系統(tǒng)的耦合度，提高了系統(tǒng)的易維護(hù)性。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖2 所示。

圖1 民航實訓(xùn)類實驗室的評估指標(biāo)及權(quán)重

2.2 功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)主要包括實驗室管理、評估標(biāo)準(zhǔn)管理、評估流程管理、評估數(shù)據(jù)可視化分析、系統(tǒng)管理5 個模塊，如圖3 所示。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

實驗室管理模塊用于管理全校所有實驗室的信息，包括名稱、地點、面積、責(zé)任人和實驗室編號等；評估標(biāo)準(zhǔn)管理模塊用于自定義評估等級和查看評估指標(biāo)體系；評估流程管理模塊用于實現(xiàn)評估的基本工作流程，即評估任務(wù)發(fā)布、評估指標(biāo)表填寫、評估數(shù)據(jù)審核和評估結(jié)果生成；評估數(shù)據(jù)可視化分析模塊用于統(tǒng)計評估數(shù)據(jù)和生成可視化分析圖表；系統(tǒng)管理模塊用于管理不同類型用戶的信息和權(quán)限，并提供對后臺數(shù)據(jù)的查詢功能。

圖3 系統(tǒng)功能模塊

2.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用MySQL 管理數(shù)據(jù)信息，在MySQL 中采用InnoDB[15]存儲引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包含5 個數(shù)據(jù)表：用戶數(shù)據(jù)表（見表2）、實驗室數(shù)據(jù)表（見表3）、評估標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表（見表4）、評估結(jié)果數(shù)據(jù)表（見表5）和評估數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)表（見表6）。

表2 用戶數(shù)據(jù)表

表3 實驗室數(shù)據(jù)表

表4 評估標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表

表5 評估結(jié)果數(shù)據(jù)表

表6 評估數(shù)據(jù)關(guān)系數(shù)據(jù)表

3 基于ECharts 的可視化分析

ECharts 是一個純Javascript 圖表庫，提供多達(dá)12類的數(shù)據(jù)可視化圖表，賦予用戶挖掘和整合數(shù)據(jù)的能力[7-9]。利用ECharts 圖表庫實現(xiàn)評估數(shù)據(jù)可視化分析，能夠極大提升后臺的數(shù)據(jù)處理速度和前端的體驗效果。

3.1 工作流程

評估數(shù)據(jù)可視化分析功能的工作流程分為數(shù)據(jù)統(tǒng)計和可視化分析圖表生成兩部分，可視化分析的工作流程見圖4。

圖4 可視化分析的工作流程

首先進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從數(shù)據(jù)庫讀取36 個三級指標(biāo)得分；然后依次計算出13 個二級指標(biāo)得分、4 個一級指標(biāo)得分和總分，將得到的數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)庫；最后ECharts 利用已統(tǒng)計的數(shù)據(jù)完成可視化分析圖表的生成，共包含6 個步驟。

3.2 雷達(dá)圖的生成

雷達(dá)圖常用于多項指標(biāo)的全面分析，具有完整、清晰和直觀的優(yōu)點。評估系統(tǒng)中的各級評估指標(biāo)得分是典型的多變量數(shù)據(jù)，故選擇用雷達(dá)圖展示評估指標(biāo)的得分情況。下面以評估體系中一級指標(biāo)的雷達(dá)圖為例，對生成可視化分析圖表的6 個步驟進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.2.1 準(zhǔn)備DOM 實例容器

DOM 實例容器是一個具有高寬的div 元素，id 是div 的唯一標(biāo)識符，如果div 是隱藏的，ECharts 可能會獲取不到div 的高寬導(dǎo)致初始化失敗，故需明確指定div 的style.width 和style.height，單位為像素。

3.2.2 初始化ECharts 實例

函數(shù)initECharts 用于接收數(shù)據(jù)，包含4 個參數(shù)：id 是div 的唯一標(biāo)識符；indicator 是實現(xiàn)雷達(dá)圖多個維度的指示器；value 是單個數(shù)據(jù)項的數(shù)值；labName是實驗室名稱。用ECharts API 中的函數(shù)echarts.init創(chuàng)建一個ECharts 實例，并返回echartsInstance 實例，函數(shù)echartsInstance.setOption 用于最后一步生成雷達(dá)圖。

3.2.3 讀取評估數(shù)據(jù)

采用AJAX（asynchronous javascript and XML）技術(shù)[16-17]讀取評估數(shù)據(jù)，以POST 方式從指定的url地址向服務(wù)器發(fā)送異步請求，url 為http://系統(tǒng)域名/項目名稱/analysis/eResult/!searchSheet。由于返回的數(shù)據(jù)量較大，故需先對數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化處理，然后轉(zhuǎn)換為JSON 格式，JSON 格式的數(shù)據(jù)傳輸快速、讀取方便。回調(diào)函數(shù)success 中的data 就是序列化后的JSON 格式數(shù)據(jù)，即評估指標(biāo)表中每一個指標(biāo)的數(shù)據(jù)，將其傳遞給數(shù)組SheetVos，其中index 是數(shù)組下標(biāo)，obj 是對應(yīng)下標(biāo)數(shù)組值，即一個指標(biāo)的數(shù)據(jù)。通過遍歷數(shù)組得到 labName、 fQuotaName、 fQuotaAScore 和fQuotaSScore，將這四個數(shù)據(jù)分別添加到對應(yīng)的數(shù)組中，即存儲實驗室名稱的數(shù)組labNameC、存儲一級指標(biāo)名稱的數(shù)組fQuotaNameC、存儲一級指標(biāo)得分的數(shù)組 fQuotaAScoreC、存儲一級指標(biāo)滿分的數(shù)組fQuotaSScoreC。

3.2.4 接收評估數(shù)據(jù)

循環(huán)讀取每個實驗室的相關(guān)數(shù)據(jù)，每調(diào)用一次initECharts(id,indicator,value,labName)函數(shù)則生成一張一級指標(biāo)雷達(dá)圖。indicator 是一個數(shù)組，用來指定雷達(dá)圖中的多個維度，數(shù)組里的每一列代表一個維度，它有4 個可選的參數(shù)：name 是維度的名稱、max 是維度的最大值、min 是維度的最小值、color 是維度名稱的顏色。由于指標(biāo)的最低得分是0，故不設(shè)置min，默認(rèn)為0。一級指標(biāo)共有4 個，分別為綜合效能、實驗教學(xué)、綜合管理和創(chuàng)新服務(wù)能力。

在一級指標(biāo)雷達(dá)圖的實現(xiàn)中，indicator[i].name 對應(yīng)一級指標(biāo)名稱，即數(shù)組fQuotaNameC 中存儲的數(shù)據(jù)；value 對應(yīng)一級指標(biāo)得分，即數(shù)組fQuotaASChart中存儲的數(shù)據(jù)；indicator[i].max 對應(yīng)一級指標(biāo)滿分，即數(shù)組fQuotaSScoreC 中存儲的數(shù)據(jù)。

3.2.5 配置圖表參數(shù)

option 是一個用于設(shè)定圖表配置項和數(shù)據(jù)的參數(shù)，在實現(xiàn)一級指標(biāo)雷達(dá)圖中使用了三個組件：tooltip提示框組件、radar 雷達(dá)圖坐標(biāo)系組件、series 參數(shù)配置組件。在tooltip 組件中，設(shè)置觸發(fā)類型為item，即當(dāng)鼠標(biāo)移動到圖標(biāo)上會有包含數(shù)據(jù)的提示框出現(xiàn)。在radar 組件中，將在上一小節(jié)中獲得的數(shù)組indicator傳遞給radar.indicator，用radar.center 設(shè)定雷達(dá)圖中心坐標(biāo)在容器的正中心，用radar.radius 設(shè)定雷達(dá)圖外半徑為80。在series 組件中，用series[i]-radar.itemStyle設(shè)定圖樣形式，用series[i]-radar.areaStyle 設(shè)定區(qū)域填充樣式，用series[i]-radar.lineStyle 設(shè)定線條樣式，均采用默認(rèn)樣式；將在上一小節(jié)中獲得的參數(shù)value 和labName 分別傳遞給 series[i]radar.data[i].value 和series[i]radar.data[i].name，value 和name 分別代表一級指標(biāo)得分和實驗室名稱，與radar.indicator[i]一一對應(yīng)，代表同一個實驗室的數(shù)據(jù)。

3.2.6 生成圖表

setOption 函數(shù)通過執(zhí)行在上一小節(jié)配置好的option 參數(shù)來生成雷達(dá)圖，setOption 函數(shù)有4 個參數(shù)，option 是必選項，后三個是可選項，在缺省的情況下，當(dāng)參數(shù)發(fā)生變更時ECharts 會立即合并新的數(shù)據(jù)并刷新圖表。

4 系統(tǒng)測試與實例分析

將若干個同類別的實驗室整合為一個實驗中心，評估標(biāo)準(zhǔn)對實驗中心仍然適用。為驗證系統(tǒng)可靠性和有效性，采用2016 年中國民航大學(xué)第1 次實驗室使用效益評估的歷史數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行運行效果測試，評估單位與歷史數(shù)據(jù)保持一致，同樣以全校各二級學(xué)院共35 個實驗中心為評估單位。

4.1 可靠性測試

測試完全按照評估任務(wù)發(fā)布、評估指標(biāo)表填寫、評估數(shù)據(jù)審核和評估結(jié)果生成的評估基本流程進(jìn)行，整個過程僅用一周時間，相比線下評估所需時間，評估效率明顯提升。測試所得的全校各實驗中心在系統(tǒng)上的評估得分見表7，其中A、B、C 分別代表基礎(chǔ)實驗類、專業(yè)實驗類和民航實訓(xùn)類，三類實驗室使用各自的評估指標(biāo)體系。

表7 全校各實驗中心在系統(tǒng)上的評估得分

圖5 將測試所得的評估得分與歷史評估得分進(jìn)行了對比，圖中兩條得分走勢線基本重疊，說明使用系統(tǒng)評估與線下評估得到的結(jié)果是基本一致的，系統(tǒng)的可靠性良好。

圖5 測試數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對比

4.2 有效性測試

系統(tǒng)的評估結(jié)果可視化分析總覽如圖6 所示，所展示的信息包括評估得分、所屬學(xué)院、實驗室類型、當(dāng)前排名、提交時間、一級指標(biāo)雷達(dá)圖等，并可根據(jù)所屬學(xué)院、實驗室類型和當(dāng)前審核狀態(tài)為條件進(jìn)行篩選。圖6 中的4 個實驗中心分別對應(yīng)表8 中的25 號、26 號、27 號和33 號，其中27 號是民航實訓(xùn)類實驗室，說明系統(tǒng)能夠?qū)⒋祟悓嶒炇壹{入評估范圍。

圖6 評估結(jié)果可視化分析總覽

系統(tǒng)的評估數(shù)據(jù)可視化分析功能提供等級分布圖和得分雷達(dá)圖兩種評估結(jié)果展示方式。

等級分布圖能夠從宏觀上整合出全校的整體情況及學(xué)院之間的對比，系統(tǒng)可以通過自定義得分區(qū)間來劃分實驗室使用效益評估得分的等級，本次測試設(shè)置共4 個評估等級：85 分≤優(yōu)≤100 分，70 分≤良＜85分，50 分≤中＜70 分，0≤差＜50 分。評估結(jié)果等級分布見圖7，全校有19 個實驗中心的評估等級為“中”，占比54.3%，反映出目前我校整體的實驗室使用效益不高，還有很大的整改提升空間。

得分雷達(dá)圖能夠從微觀上挖掘一些不易通過數(shù)字展現(xiàn)的信息，如圖8 上半部分所示，實驗中心在一級指標(biāo)“實驗教學(xué)”“綜合管理”和“綜合效能”上表現(xiàn)較好，但在“創(chuàng)新服務(wù)能力”上表現(xiàn)較差，需重點整改這個方面。鼠標(biāo)左鍵點擊一級指標(biāo)雷達(dá)圖，則進(jìn)入該實驗中心的二級指標(biāo)評估得分雷達(dá)圖界面。由圖8下半部分可以看出，該實驗中心雖然在一級指標(biāo)“實驗教學(xué)”上表現(xiàn)較好，但在一級指標(biāo)下的二級指標(biāo)“實驗研究”上表現(xiàn)較差。

圖7 評估結(jié)果等級分布圖

圖8 評估得分雷達(dá)圖

通過對等級分布圖和得分雷達(dá)圖的分析可知，系統(tǒng)能夠從宏觀和微觀上為評估參與者提供直觀全面的結(jié)果反饋，為評估管理者提供有針對性的管理決策，具有良好的有效性。

5 結(jié)語

本文對高校實驗室使用效益評估系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，包括整體架構(gòu)、功能模塊和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，以一級指標(biāo)雷達(dá)圖為例詳細(xì)介紹了利用ECharts 圖表庫生成評估數(shù)據(jù)可視化分析圖表的方法，并以歷史評估數(shù)據(jù)對系統(tǒng)進(jìn)行了測試和實例分析。測試與效果分析表明，系統(tǒng)設(shè)計合理，操作便捷，運行流暢，評估數(shù)據(jù)可視化分析功能可靠有效。通過等級分布圖和得分雷達(dá)圖從宏觀和微觀上幫助評估參與者和管理者制定實驗室整改方向。

目前系統(tǒng)已成功申請軟件著作權(quán)，并順利部署在我校信息網(wǎng)絡(luò)中心，預(yù)計于2020 年我校第2 次實驗室使用效益評估工作中投入使用。希望通過對系統(tǒng)的使用能夠促進(jìn)學(xué)校實驗室使用效益的提升，更好地發(fā)揮評估工作的重要作用，實現(xiàn)“以評促建”的評估目的，最終達(dá)到管理上的“閉環(huán)”。系統(tǒng)在其他高校研究和探索實驗室效益評估工作上，具有一定的實用價值和參考意義。