基于Power BI橋梁監測數據可視化研究

劉文生

摘要：在當前我國橋梁發展由建設向養護轉移的重要背景下，因為長期積累的橋梁監測數據類型繁多、評價標準不同，導致數據可視化差、企業決策困難。以武漢市城市橋梁智慧管理平臺橋梁監測數據為例，開展多源監測數據的標準化集成和基于Power BI的商業數據分析工具的可視化，對原始數據進行建模轉換，實現異構數據源的集成，多維角度觀察數據，通過可視化界面展開，提高橋梁數據展示能力，支持企業戰略決策需求。

Abstract： In the current important background of bridge development in China shifting from construction to maintenance， long-term accumulation of bridge monitoring data has many types and different evaluation standards， resulting in poor data visualization and difficult decision-making for enterprises. Taking the bridge monitoring data of Wuhan City Bridge Smart Management Platform as an example， the standardized integration of multi-source monitoring data and the visualization of commercial data analysis tools based on Power BI are carried out， and the original data is modeled and converted to realize the integration of heterogeneous data sources， and observe the data from a multi-dimensional perspective and expand it through a visual interface to improve the ability to display bridge data and support corporate strategic decision-making needs.

關鍵詞：橋梁監測數據;Power BI;可視化

0? 引言

橋梁監測過程中，隨著監測年份增加，數據量增大，信息相對固化，客觀上易形成信息孤島。傳統的紙質記錄和Excel方法，無法對大量數據進行有效管理，也阻礙對數據進一步的分析和挖掘。

本文基于Power BI橋梁監測數據可視化研究，構建數據展示層的橋梁監控數據倉庫模型，通過數據挖掘，實現數據可視化。

1? 理論基礎

1.1 Power BI

Power BI是微軟開發的一款應用在商業中自助式智能軟件。它可把復雜而混亂數據轉化為交互式可視化報告。

數據分析過程包括數據采集、建模和分析、數據可視化三個步驟。數據分析最終目標是把繁雜的數據簡單地展示，為企業決策提供有利幫助。

在對數據大量重復手工整理、要求多變的定期報告、數據可視化等方面，Power BI可以為人們提供有效幫助。

1.2 Microsoft Azure

微軟基于云計算的操作系統——“Microsoft Azure”。平臺可操作性強、功能豐富和Office兼容與繼承性好，穩定性高，區域支持全面，網速快。

隨著信息大數據時代的到來，各類需求層出不窮，傳統的本地部署服務器的模式將會導致成本日增，不能滿足企業日益增長的業務需求，而采用彈性的云計算服務模式將獲得更大IT容量，使企業能夠更好地匹配實際的網絡負荷。

1.3 可視化基本原理

很多學者對可視化的基本原理有著各自的理解。花向紅認為基本思想是“用圖形數據圖像來表示數據。”具體地說，就是利用計算機圖形技術與方法，對大量的數據進行處理，用圖形、圖像的形式，形象而具體地顯示出來，使研究人員能夠觀察與模擬，從而豐富科學發現的過程，給予人們深刻與意想不到的洞察力，在許多領域使科研人員的研究方式發生了很大的變化[1]。周海燕與袁景凌等人認為是利用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據轉換成圖形或圖形在屏幕上顯示出來，并進行交互處理[2-3]。Wood等人認為是指人通過視覺觀察并在頭腦中形成客觀事物的影像過程，這是一個心智處理過程，提高了人對事物的觀察能力及整體概念的形成[4-5]。吳加敏等人認為可視化以人們慣于接受圖形、圖像并輔以信息處理技術將客觀事物及其內在的聯系表現出來[6]。

2? 多源異構監測數據的標準化集成

2.1 監測數據標準化組織與處理

數據標準化是實現數據可視化基礎，只有在數據標準化的前提下，才能夠對其進行編碼，這是實現橋梁監測信息化的重要標志。

目前橋梁監測源數據量巨大，數據格式和評價體系各異，需要根據用戶需求對數據進行標準化處理并建立相應的數據庫。依據對真實數據的分析和向下挖掘的需要，將數據分為四類：載荷項、整體響應項、關鍵部件響應項和載荷-響應相關項。

監測數據標準化主要是針對監測格式、監測指標、監測關鍵構件等進行標準化。

2.2 多源異構數據建庫與集成

各類監測數據經過數據標準化組織后為其建庫提供了統一標準。根據監測數據分類，利用SQL語句單獨設計每一小類數據庫的數據表，將監測數據指標數據字段一一映射。為了實現監測信息空間可視化，單獨設計監測橋梁地理信息數據表，利用Power BI軟件中內置的ArcGIS Maps for Power BI可視化組件將監測橋梁的具體地理位置（緯度、經度）與其他監測數據進行關聯，形成數據模型。

數據庫的集成入庫主要是由不同種類的監測數據以Excel格式導入到新建立的SQL數據庫中，根據不同的監測類別的特點，采用不同的導入方法，將其統一封裝到數據導入服務接口中。通過數據導入服務方法可判斷數據格式與信息是否正確，實時進行數據信息規范化處理。

3? 平臺需求分析

3.1 平臺功能

以武漢市城市智慧橋梁管理平臺為例。該平臺著重對武漢市橋梁處管理的44座重點橋梁建立在線安全監測系統。

源橋梁監測數據差別體現：由于各個歷史時期對數據監測格式的要求不一，導致監測數據格式不同;不同年份的數據監測指標不同或相同的監測指標使用了不同的數據來源單位;數據分類混亂，沒有對所有的數據進行有效的歸類整理。

這些差別都會給監測數據的分析帶來困難，影響管理決策。所以需要在可視化之前先建立統一的數據模型，對數據規范化定義，實現統一信息資源體系、數據元素標準化和信息編碼，建立統一的數據模型以滿足之后的多維數據可視化展示分析及更深的數據向下挖掘。

3.2 平臺業務需求

針對武漢市城市智慧橋梁管理平臺使用狀態，其主要需求如下：全市橋梁管理接入同一平臺，管養同一標準;橋梁關鍵安全狀態自動監控，專業人員定制成套監測指標，橋上荷載有效控制;橋梁現場視頻隨時查看，關鍵安全事件智能識別;橋梁巡查、維修、驗收全程監管，大數據輔助管養優化決策。

4? 監測數據可視化

為簡明扼要展現數據變化情況，采用基于Power BI商務智能解決方法。

4.1 監測數據導出

根據平臺業務需求分析，主要數據來源于橋梁關鍵部位安裝的傳感器數據的導出與人工手動錄入兩種方式。

4.2 建立數據倉庫

將業務系統數據庫導出的數據分別導入新建Access數據庫（Excel），對于分析可能需要的數據維度轉換表則直接在Access（Excel）中建立，從而構建業務分析自定義數據倉庫。

4.3 業務數據提取

利用Power BI軟件創建新的文件作為系統主體，將各數據表和業務數據庫維度表導入該文件中，并根據需要設置數據刷新頻率，從而建立系統動態數據鏈接。

4.4 數據清洗

利用Power BI軟件內置Power Query功能，對提取的業務數據庫數據進行分析前的數據清洗。

4.5 數據建模

為了數據之間的維度分析，找出不同數據板塊之間的業務關系，并利用DAX函數計算出各類指標數值，通過度量值建立一整套數據指標集市，供業務分析人員實時調取。

4.6 分析儀表盤建立

根據集團業務和系統功能設計要求，在使用上述數據、指標基礎上，利用Power BI軟件內置 Power view功能和不同的可視化對象插件對數據進行可視化處理，實現業務分析目的。

4.7 儀表盤展示異常問題處理步驟

①使用微軟賬號登陸Azure網站（https：//portal.azure.com）。找到Azure服務窗口，點擊“創建資源”按鈕;在“新建”按鈕下搜索“Azure Active Directory”，再點擊“創建”按鈕，在子頁的“組織名稱”和“初始區域”中輸入用戶可供選擇的名稱，然后點擊“創建”。如圖1所示。

②文件創建好以后，單擊“此處”按鈕以管理新目錄。在跳轉頁面后，在“管理”菜單欄下，點擊“用戶”菜單。如圖2所示。

③點擊“新建用戶”按鈕進入創建界面，完成編輯后點擊“創建”按鈕。如圖3所示。

④點擊剛剛建立的用戶，在左側管理界面上選擇“分配的角色”按鈕。選擇子菜單下指定的角色，并在該頁面添加上選擇“添加角色分配”功能，選擇“全局管理員”角色。如圖4所示。

以上四步可保證Power BI網頁端儀表盤正常運行與發布。利用Azure云服務功能，可防止Power BI自帶微軟服務器不穩定帶來不利影響。

5? 結語

本文針對海量傳統橋梁監測數據多源類型，對多源異構監測數據進行標準化集成;簡要分析橋梁管理平臺及其業務需求;著重利用Power BI商業智能軟件，對橋梁監測數據動態圖表可視化研究，包括理論基礎、操作步驟及可視化圖表發布過程異常問題的處理等。

參考文獻：

[1]花向紅.測量數據可視化技術研究[J].測繪工程，1999（03）：30-33.

[2]周海燕，郭建忠，王家耀.知識發現與數據可視化技術淺析[J].信息工程大學學報，2002（04）：78-80.

[3]袁景凌，鐘珞，瞿偉廉，金鵬.結構健康監測中的可視化技術研究[J].武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2008（05）：925-928.

[4]K. W. Brodlie， D. A. Duce， J. R. Gallop， J. P. R. B. Walton， J. D. Wood. Distributed and Collaborative Visualization[J]. Computer Graphics Forum，2004，23（2）.

[5]周海燕，郭建忠，王家耀.知識發現與數據可視化技術淺析[J].信息工程大學學報，2002（04）：78-80.

[6]吳加敏，孫連英，張德政.空間數據可視化的研究與發展[J].計算機工程與應用，2002（10）：85-88.