面向工業(yè)監(jiān)控的報(bào)表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，報(bào)表系統(tǒng)在工業(yè)監(jiān)控中扮演著不可或缺的角色。它不僅能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的查詢、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)，還能根據(jù)用戶指定的形式展示和輸出結(jié)果，為系統(tǒng)監(jiān)控與決策提供有力支持。然而，傳統(tǒng)工業(yè)監(jiān)控報(bào)表在實(shí)際應(yīng)用中暴露出了諸多局限性，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)跨平臺(tái)、高效率、強(qiáng)擴(kuò)展性和個(gè)性化的需求。其主要問題包括：1）安裝與更新煩瑣：傳統(tǒng)報(bào)表系統(tǒng)通常需要復(fù)雜的部署過程，且版本更新耗時(shí)費(fèi)力；2）功能擴(kuò)展性不足：基于特定工具或平臺(tái)開發(fā)的報(bào)表，難以適配不同用戶的個(gè)性化需求[1]；3）信息展示不直觀：固定的格式和缺乏交互性的設(shè)計(jì)，使報(bào)表難以直觀展現(xiàn)復(fù)雜的信息。

這些問題使傳統(tǒng)報(bào)表在面對(duì)跨平臺(tái)使用、靈活性定制化需求等方面顯得力不從心。未來的工業(yè)監(jiān)控報(bào)表需要更加注重高效性、通用性和智能化，才能真正滿足不同用戶和應(yīng)用場景的多樣化需求。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

為了解決以上問題，設(shè)計(jì)一套面向工業(yè)監(jiān)控的通用報(bào)表系統(tǒng)，整體架構(gòu)如圖1所示，分為數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層和Web前端。

1.1 數(shù)據(jù)訪問層

針對(duì)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，提供典型數(shù)據(jù)源適配器，支持從時(shí)序數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)化文本中抽取數(shù)據(jù)；提供標(biāo)準(zhǔn)化的WebService接口以支持第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入，保證多類數(shù)據(jù)源的兼容性和擴(kuò)展性。

1.2 業(yè)務(wù)邏輯層

負(fù)責(zé)對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理與分析、報(bào)表生成與輸出以及用戶權(quán)限管理等。通過高效的數(shù)據(jù)處理和靈活的報(bào)表定制功能，業(yè)務(wù)邏輯層能夠?yàn)閃eb前端層提供準(zhǔn)確、符合需求的報(bào)表數(shù)據(jù)和功能支持。

1.3 Web前端

與業(yè)務(wù)邏輯層通過RESTfulAPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，提供基于HTML5技術(shù)的報(bào)表設(shè)計(jì)器，提供類Excel操作的圖形化交互界面，支持可視化的報(bào)表設(shè)計(jì)，報(bào)表設(shè)計(jì)器生成報(bào)表語義文件，作為系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)定義文件2。同時(shí)，對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯層的報(bào)表管理、報(bào)表瀏覽、系統(tǒng)管理等模塊，提供用戶友好的UI界面和人機(jī)交互體驗(yàn)。

2 主要功能研究

2.1典型數(shù)據(jù)源適配器

為滿足報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取與統(tǒng)計(jì)需求，設(shè)計(jì)典型數(shù)據(jù)源適配器，包括：

1）統(tǒng)一接口設(shè)計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)抽取接口，屏蔽數(shù)據(jù)源差異，確保調(diào)用一致性。

2）典型數(shù)據(jù)源支持：開發(fā)適配器支持關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、時(shí)序數(shù)據(jù)庫和文件數(shù)據(jù)等常見類型，提升適用性。

3）第三方數(shù)據(jù)接入：通過WebService實(shí)現(xiàn)第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)接入，增強(qiáng)兼容性和靈活性。適配器覆蓋實(shí)時(shí)、關(guān)系、時(shí)序和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，滿足多樣化場景需求，為報(bào)表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分析提供可靠支持[3]。

2.2報(bào)表模板語義描述定義

定義一套標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)表模板語義4，用于報(bào)表模板設(shè)計(jì)、報(bào)表生成與呈現(xiàn)的全過程，涵蓋以下關(guān)鍵信息。

2.2.1 報(bào)表展示信息（SheetOptions）

報(bào)表展示信息（SheetOptions）定義了報(bào)表的布局、樣式和視覺效果，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且具備良好的可讀性和用戶體驗(yàn)。主要內(nèi)容包括：

1）表頭表尾信息：通過xlsx模板導(dǎo)入標(biāo)題、頁眉、頁腳等全局信息，支持上傳現(xiàn)有模板快速配置。

2）行列信息：定義報(bào)表結(jié)構(gòu)，如行高/列寬、單元格合并與分隔、行列隱藏規(guī)則。

3單元格信息：設(shè)置單元格內(nèi)容的格式、邊框、字體等屬性。

4對(duì)齊方式與布局：設(shè)置數(shù)據(jù)在單元格中的位置、頁面風(fēng)格及打印效果。

2.2.2 報(bào)表數(shù)據(jù)綁定信息（Rules）

報(bào)表數(shù)據(jù)綁定信息（Rules）是生成報(bào)表的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能夠確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確填充到對(duì)應(yīng)位置。其主要內(nèi)容包括：

1單元格位置：定義數(shù)據(jù)項(xiàng)在報(bào)表中的具體位置，通過行、列索引或標(biāo)識(shí)符實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)映射。

②行列擴(kuò)展：支持動(dòng)態(tài)調(diào)整報(bào)表的行數(shù)或列數(shù)，適應(yīng)數(shù)據(jù)量變化并保持結(jié)構(gòu)完整。

3數(shù)據(jù)源：明確數(shù)據(jù)來源及獲取方式。

4時(shí)間格式：統(tǒng)一報(bào)表中時(shí)間數(shù)據(jù)的顯示形式，如\"yyyy-MM-dd HH： mm： ss”。

5起始時(shí)間類型：設(shè)定時(shí)間范圍的起始時(shí)間，可選系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間、用戶指定時(shí)間等。

6時(shí)間間隔：定義時(shí)間序列數(shù)據(jù)的采樣周期，如分鐘、小時(shí)、天等，確保數(shù)據(jù)精度符合業(yè)務(wù)需求。

2.2.3 報(bào)表類型（ReportType）

報(bào)表類型（ReportType）定義了報(bào)表生成的頻率、時(shí)間跨度及數(shù)據(jù)匯總的方式。報(bào)表生成頻率決定報(bào)表生成的時(shí)間間隔，時(shí)間跨度決定報(bào)表中數(shù)據(jù)覆蓋的時(shí)間范圍，數(shù)據(jù)匯總方式?jīng)Q定對(duì)原始數(shù)據(jù)的匯總方式。如報(bào)表類型為日?qǐng)?bào)，則每天生成一次，時(shí)間跨度為前一日0點(diǎn)至當(dāng)日0點(diǎn)，原始數(shù)據(jù)匯總方式為整點(diǎn)取樣。

2.2.4 報(bào)表展開方向（TmposType）

報(bào)表展開方向（TmposType）是指在報(bào)表設(shè)計(jì)和生成過程中，如何組織和展示數(shù)據(jù)，報(bào)表的展開方向包括橫向展開、縱向展開。

2.3 報(bào)表設(shè)計(jì)器

基于HTML5設(shè)計(jì)報(bào)表設(shè)計(jì)器，支持報(bào)表模板設(shè)計(jì)與預(yù)覽、表格操作及圖表配置功能，提供Web瀏覽器高效、直觀的交互體驗(yàn)。

其中，表格渲染采用HTML5Canvas技術(shù)實(shí)現(xiàn)。Canvas技術(shù)支持高效的2D圖形繪制，能夠精確控制單元格樣式，如可以精確控制每個(gè)單元格的大小、位置、顏色和邊框等，從而呈現(xiàn)出高質(zhì)量的表格界面。

表格的交互使用Javascript事件監(jiān)聽機(jī)制實(shí)現(xiàn)。通過事件監(jiān)聽，報(bào)表設(shè)計(jì)器能夠捕捉用戶的鼠標(biāo)點(diǎn)擊、拖拽、快捷鍵等交互行為，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互操作。例如，用戶在點(diǎn)擊單元格時(shí)，可能會(huì)彈出編輯框進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入或格式修改；在拖拽時(shí)，表格結(jié)構(gòu)會(huì)即時(shí)響應(yīng)并顯示調(diào)整結(jié)果。報(bào)表設(shè)計(jì)器集成了開源圖表庫Echarts，將常用的餅圖、柱狀圖、折線圖等封裝為基礎(chǔ)組件庫，設(shè)計(jì)器實(shí)現(xiàn)了圖表和表格之間的數(shù)據(jù)互通。圖表數(shù)據(jù)可源自表格數(shù)值，用戶通過配置數(shù)據(jù)源綁定功能，將表格中的某一列設(shè)為圖表輸入。此外，當(dāng)表格數(shù)據(jù)變化時(shí)，圖表自動(dòng)更新，保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性。

2.4 模板文件生成與解析

在模板設(shè)計(jì)階段，將用戶在報(bào)表設(shè)計(jì)器中配置的報(bào)表結(jié)構(gòu)及格式轉(zhuǎn)化為語義描述，進(jìn)而將生成的語義描述轉(zhuǎn)換為Json格式文件，并存儲(chǔ)在服務(wù)端，用于后續(xù)交互。在報(bào)表生成階段，當(dāng)用戶請(qǐng)求查看或?qū)С鰣?bào)表時(shí)，需要在服務(wù)端解析語義描述文件，從而實(shí)現(xiàn)后續(xù)報(bào)表生成邏輯，主要使用Java解析Json文件，提取語義信息，并轉(zhuǎn)換為Excel模板文件，用于后續(xù)報(bào)表數(shù)據(jù)填充。

2.5 統(tǒng)計(jì)函數(shù)注冊(cè)調(diào)用框架

由于在不同工業(yè)監(jiān)控場景下，數(shù)據(jù)取值、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)的邏輯不盡相同，通用報(bào)表系統(tǒng)提供一個(gè)可在線擴(kuò)展的統(tǒng)計(jì)函數(shù)調(diào)用框架，支持不同邏輯統(tǒng)計(jì)函數(shù)的自定義與調(diào)用?？蚣芙Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.5.1 統(tǒng)計(jì)函數(shù)接口

定義統(tǒng)一的統(tǒng)計(jì)函數(shù)接口，供所有計(jì)算邏輯實(shí)現(xiàn)，每個(gè)計(jì)算邏輯類需實(shí)現(xiàn)此接口，并通過關(guān)鍵字唯一標(biāo)識(shí)其功能。

接口定義如下：

public interfaceReportFunction{//獲取單個(gè)時(shí)間點(diǎn)計(jì)算結(jié)果 public CalResult cal（QueryParams params）;//獲取多個(gè)時(shí)間點(diǎn)計(jì)算結(jié)果 public List batchCal（QueryParams params）；//獲取統(tǒng)計(jì)函數(shù)關(guān)鍵字 public String getKeyWord（; }

2.5.2動(dòng)態(tài)類加載器與統(tǒng)計(jì)函數(shù)注冊(cè)中心

實(shí)時(shí)掃描指定路徑的JAR包資源中動(dòng)態(tài)加載統(tǒng)計(jì)函數(shù)類，將動(dòng)態(tài)加載的類隔離，避免相互沖突，并將所有可調(diào)用的統(tǒng)計(jì)函數(shù)類注冊(cè)到框架中統(tǒng)一管理。

2.5.3 統(tǒng)計(jì)函數(shù)調(diào)用

使用Java反射機(jī)制，根據(jù)報(bào)表模板中定義的方法關(guān)鍵字及參數(shù)，調(diào)用對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)函數(shù)，并返回結(jié)果。

2.6 報(bào)表生成

根據(jù)報(bào)表模板文件，獲取每個(gè)單元格、圖表的綁定數(shù)據(jù)源及字段信息。解析報(bào)表中涉及的統(tǒng)計(jì)函數(shù)（如瞬時(shí)值、最大值、平均值等），調(diào)用對(duì)應(yīng)的適配器獲取數(shù)據(jù)源中的原始數(shù)據(jù)，并通過統(tǒng)計(jì)函數(shù)調(diào)用框架調(diào)用對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)函數(shù)類，得出運(yùn)算結(jié)果[5。獲取報(bào)表模板中設(shè)置的樣式和布局信息，將運(yùn)算結(jié)果填入Excel模板文件對(duì)應(yīng)單元格位置，實(shí)時(shí)生成最終的報(bào)表或圖表。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

通用報(bào)表系統(tǒng)已成功應(yīng)用于發(fā)電廠的分布式控制系統(tǒng)（DCS）中，為監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析提供了強(qiáng)有力的支持。在此監(jiān)控場景中，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過KKS編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)，所有的歷史數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在InfluxDB時(shí)序數(shù)據(jù)庫。報(bào)表系統(tǒng)通過典型數(shù)據(jù)源適配器，成功實(shí)現(xiàn)了與InfluxDB的無縫集成。數(shù)據(jù)適配器能夠從InfluxDB中提取歷史的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與時(shí)效性。報(bào)表系統(tǒng)使用統(tǒng)計(jì)函數(shù)注冊(cè)調(diào)用框架自定義了瞬時(shí)值、最大值、最小值、均值、開關(guān)量翻轉(zhuǎn)次數(shù)等11種統(tǒng)計(jì)函數(shù)。通過這些統(tǒng)計(jì)函數(shù)，工程人員可以根據(jù)不同的需求，靈活定義報(bào)表中所需的數(shù)據(jù)處理邏輯。工程人員可在Web瀏覽器使用報(bào)表系統(tǒng)選擇不同的時(shí)間范圍、測(cè)點(diǎn)、統(tǒng)計(jì)函數(shù)等，配置符合實(shí)際需求的分析報(bào)表，如各專業(yè)運(yùn)行日志、單耗分析等報(bào)表模板（圖3），并可即時(shí)查詢到報(bào)表結(jié)果，顯著提高了工作效率。

4結(jié)束語

通用報(bào)表系統(tǒng)為滿足工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域的報(bào)表需求提供了高效、靈活的解決方案。通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)適配接口、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的統(tǒng)計(jì)函數(shù)框架和可視化報(bào)表設(shè)計(jì)工具，系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)了較高的實(shí)用性和擴(kuò)展能力。未來將繼續(xù)優(yōu)化架構(gòu)性能，擴(kuò)展更多行業(yè)場景支持，并探索智能化報(bào)表生成和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的融合，以進(jìn)一步滿足多樣化的應(yīng)用需求。

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收稿日期：2025-02-12作者簡介：高翔 （1985-） ，男，江蘇徐州人，碩士，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。