電力科技創(chuàng)新能力可視化模型設(shè)計與實現(xiàn)

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）

0 引言

隨著科學(xué)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(yīng)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(xué)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(shè)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)。

1 可視化技術(shù)

1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在數(shù)據(jù)研究應(yīng)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(yīng)用。

我國許多學(xué)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(luò)（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(yīng)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(wù)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(shè)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。

1.2 一體可視化技術(shù)的概念

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)。

2 科技創(chuàng)新能力體系

2.1 科技創(chuàng)新能力體系組成

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?？蒲谐晒芾碜鳛榭萍紕?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(yīng)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(dǎo)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。

2.2 科技創(chuàng)新能力數(shù)據(jù)源

科技創(chuàng)新能力體系數(shù)據(jù)具有業(yè)務(wù)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(wù)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(wù)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(lǐng)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(wù)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(shè)計提供了豐富的數(shù)據(jù)源。

3 創(chuàng)新能力體系可視化模型設(shè)計

3.1 創(chuàng)新能力體系可視化相關(guān)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用。以全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，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(yīng)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(yīng)用需求［5］。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫一級指標設(shè)計結(jié)構(gòu)

知識圖譜技術(shù)應(yīng)用。應(yīng)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(yīng)用?？梢暬夹g(shù)的應(yīng)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(shè)計與實現(xiàn)。

3.2 技術(shù)框架設(shè)計

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(wù)，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(wù)對數(shù)據(jù)進行創(chuàng)建、存儲、查詢。

3.3 創(chuàng)新能力體系可視化模型的實現(xiàn)流程

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(shè)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(dāng)?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(wù)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(shè)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j(luò)s 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(shè)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。

3.4 實現(xiàn)效果

模型設(shè)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(yīng)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

4 結(jié)語

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(yīng)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(shè)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(shè)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。