電力科技創新能力可視化模型設計與實現

馬 晶，姚輝群，王宗光，戚魯鳳，楊玉雙

（1.國網山東省電力公司濟寧供電公司，山東 濟寧 272000；2.山東魯軟數字科技有限公司，山東 濟南 250001）

0 引言

隨著科學技術的不斷發展，全球已進入信息化時代。可視化技術已成為發展趨勢，可視化應用場景也越來越廣泛。數據可視化使龐大、單一的數據之間的聯系得以直觀清晰地展現，充分體現數據價值。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，如何通過科學有效的方法利用電力科研項目數據，已成為電力公司科研項目管理所面對的關鍵問題。

針對電力科研項目繁雜的數據，利用大數據、知識圖譜、可視化三者結合的方式，面向科技創新能力體系完成可視化模型設計與實現，幫助用戶更好地了解國網山東省電力公司的科技創新能力水平，并輔助用戶分析科技創新相關數據。

1 可視化技術

1.1 國內外研究現狀

在數據研究應用方面，國外在電力行業對數據可視化進行了深入探究。例如，美國PJM 電力公司研究的網格化管理系統通過站點數據可視化實現相關網站的訪問［1］，進一步促進數據可視化工具的探索與應用。

我國許多學者在數據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，根據數據種類的不同將大數據信息可視化技術分為文本可視化技術、網絡（圖）可視化技術、時空數據可視化技術、多維數據可視化技術等［2］，這些技術逐漸發展為主流應用技術。在電力企業，通過可視化技術實時監控業務數據、運營狀況等關鍵信息，為企業提供決策支持［3］。

目前，面向電力科技創新能力水平的大數據、知識圖譜、可視化三者結合的一體可視化模型設計與實現研究相對較少，亟須研究一種一體化的可視化模型，充分展現電力系統科技創新能力，為電力行業科研發展提供輔助工具支撐。

1.2 一體可視化技術的概念

一體可視化技術是一種整合大數據、知識圖譜、可視化展示為一體的，實現科技創新能力體系展示的數據可視化技術。利用圖解法對數據進行解釋，使研究者能夠容易理解和梳理數據規則，對數據進行直觀展現。

2 科技創新能力體系

2.1 科技創新能力體系組成

國網山東省電力公司科技創新能力體系包括8個一級指標和15個二級指標，如圖1所示。

創新能力水平。創新能力水平是反映一個公司科技創新能力的綜合要素。主要包含研發投入、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山東省電力公司科技創新能力整體水平。

科研項目。科研項目地有效管理對電力公司的經營與升級有著十分重要的意義。主要包含項目數量、項目金額、項目類別3 項指標，能夠清晰地反映國網山東省電力公司科研項目的綜合管理質量。

成果管理。科研成果管理作為科技創新管理工作的關鍵節點之一，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據支撐。

知識產權。專利數量是反映一個企業科技創新能力的重要指標［4］。主要包含專利類型、專利數量2項指標，集中體現了公司專利價值創造能力。

雙創成果庫。雙創成果庫是雙創成果成效的集中體現。主要分為規劃、營銷、基建、運行、檢修5 項專業類別，能夠較清晰全面地展現全省各專業雙創成果研發水平，統籌各專業雙創成果，打破專業壁壘，增強創新成果的集聚效應和規模效益。

雙創項目。雙創項目管理是進行成果孵化轉化的重要環節。主要包括雙創項目入孵、出孵、轉化、推廣4 項關鍵實施環節，雙創項目地有效管理對實施價值提升具有非常重要的作用。

雙創活動。雙創活動是完善創新成果推廣生態體系的重要手段之一。通過宣傳推廣全國雙創周、青創賽、熠星大賽等雙創活動信息，營造活躍的創新氛圍，激勵引導廣大職工主動作為、大膽創新，達到以創新推動創效的目的。

資源保障。資源保障是固本強基的有效支撐。主要包含雙創示范基地、轉化推廣聯盟、科技創新平臺、專家人才4 項指標，廣泛凝聚優勢資源，最大限度釋放科技創新活力。

2.2 科技創新能力數據源

科技創新能力體系數據具有業務涵蓋范圍廣、數據維度多、數據關聯密切、數據齊全等特點，對提升電力企業科技創新能力具有良好的促進作用，同時也給數據梳理、關聯分析、可視化展示帶來較大挑戰。

業務涵蓋范圍廣：科技創新能力體系數據覆蓋電力規劃、營銷、基建、運行、檢修等各個方面，涉及細項業務點2 000余個。

數據維度多：科技創新能力體系數據貫穿科研項目管理、成果管理、知識產權管理、轉化推廣管理、雙創活動管理、資源保障、創新能力水平評估等科技創新的全過程，涉及18 個技術領域，數據維度超過2萬余個。

數據關聯密切：科技創新成果的形成來源于管理創新、科研項目、職工創新等多個方面，成果形成后又會衍生出其他成果，因此各方面彼此關聯，形成了龐大的關聯關系網，理清彼此的關聯關系并進行分析，將會產生意想不到的效果，有利于潛在創新點挖掘。

數據齊全：目前國網山東省電力公司已建成全業務數據中心，數據涵蓋電力各個專業，為科技創新能力可視化模型設計提供了豐富的數據源。

3 創新能力體系可視化模型設計

3.1 創新能力體系可視化相關技術

大數據技術應用。以全業務數據中心為基礎，采用ETL、OGG 等數據采集技術，采集科研項目管理、成果管理、知識產權管理、轉化推廣管理、雙創活動管理、資源保障、創新能力水平等創新相關數據，為給定的應用環境構造最優的數據庫模式，使之能夠有效地存儲、查詢，滿足各類用戶的應用需求［5］。數據庫的設計結構模型如圖2所示。

圖2 數據庫一級指標設計結構

知識圖譜技術應用。應用可視化智能分析關聯圖譜，基于圖數據庫進行大數據處理、關聯分析、模型分析、圖規則定義，通過數據抽取工具、多維度的數據挖掘，計算圖譜中項目、成果、專利之間的關系，實現秒級數據運算和數據可視化，將數據可視化圖譜的方式展示給用戶。關聯圖譜相關技術圖3所示。

圖3 關聯圖譜相關技術

可視化技術應用。可視化技術的應用目標是使數據分析過程透明化，數據可視化是數據分析過程中的核心環節之一［6］。為更好地展現科技創新數據，以形象化的可視化圖形使科技創新能力得到良好的呈現形式與展現效果，研究了原生SVG 開發組件、ECharts 組件以及Unity3D 軟件，根據電力科技創新能力特點進行了可視化模型設計與實現。

3.2 技術框架設計

技術框架如圖4 所示，系統分為前端和后端兩部分［7］。

圖4 技術框架

電力科技創新能力體系的可視化模型以圖表、3D模型等相關技術為實現手段，采用B/S體系結構。

在前端展示上，通過Html（基于HTML5 標準）、JavaScript（基于ES6.0標準）實現前端展現效果，使用SVG、Canvas、WebGL 等可視化技術實現科技創新能力體系數據可視化；為了能夠及時獲取科技項目、成果、知識產權、雙創成果、雙創項目等各類數據的情況，添加定時器，間隔一定時間請求后臺數據。ECharts圖表通過純JavaScript進行編碼，為了達到數據實時顯示的目的，定時通過Ajax 方法調用系統后臺JavaWeb 服務，以JSON 數據格式向前端傳遞從數據庫中獲取的數據，由ECharts 組件渲染為指定圖表后進行顯示。

在后端實現上，從ORACLE 數據庫中獲取數據，通過后臺服務對數據進行創建、存儲、查詢。

3.3 創新能力體系可視化模型的實現流程

以Html 文件為載體，通過Html、Javascript 實現前端頁面。在屏幕展示區域（圖5）中設置四大板塊，其中，屏幕中間以著色地圖作為主要界面展示創新能力水平，左右兩側和底部展示科技創新能力數據的可視化圖表［8］。通過在Html 文件中建立恰當的div來展示各個板塊；通過JavaScript 實現系統前端和后端數據的交互。在Js 文件中通過Ajax 異步請求的方式獲取后臺服務的數據，然后使用ECharts 組件實現數據的可視化，如圖5所示。系統交互流程如下：

圖5 系統交互流程

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 設置可視化圖表的數值，包括年份類別（橫坐標）和項目數量/金額（縱坐標）；

步驟4：通過Ajax 獲取數據，然后發送至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，寫入數據進行對數據的可視化，首先對數據進行配置到js 中，引入數據量，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。

以創新能力水平模塊為例，對地圖展示設計自動輪播效果（代碼如下），實現各地市創新能力水平各指標及全省排名展示。

3.4 實現效果

模型設計集成了地圖區域縮放、圖表、數據自選聯動、視覺映射等交互組件，可以對數據進行多維實時數據篩取、視圖縮放、細節展示等交互操作［9］。用戶與系統可視化模塊地互動，加深數據理解［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。前端架構采用數據樣式分離及扁平配置讓開發更便捷［9］。

系統提供數據區域下鉆，可以展現各地市科技的實時數據，查看各類指標、數據分布等，提供多層級數據聯動，可以在總覽頁面操作相應模塊查看該模塊二級頁面具體展示內容；提供各指標全省范圍排名，查看各單位總體排名、各指標數量及排名。模型將項目、成果、知識產權等各個環節相互連接，貫穿了各流通節點，連點成線，織線結網，打破了信息孤島（壁壘）。面向電力科技創新能力的可視化展示提高了系統的交互能力與使用效率，收到了良好的經濟效益與社會效益。科技創新能力可視化屏幕展示界面如圖6 所示，項目、成果、專利關聯圖譜如圖7所示。

圖6 科技創新能力可視化屏幕展示界面

圖7 項目、成果、專利關聯圖譜

4 結語

從數據可視化發展現狀出發，闡述了可視化技術相關應用與山東省電力系統科技創新能力指標，介紹了科技創新能力可視化模型設計實現采用的技術和總體框架，并對系統數據庫設計和實現流程進行了說明。

系統采用大數據、知識圖譜技術把科研數據歸類并統計，最后基于原生SVG 開發組件、ECharts 組件和Unity3D 軟件等技術實現科技創新能力體系可視化展示。通過準確展現各模塊之間的相互關系，使用戶對電力數據分析有了更加清晰的認識，利用相關技術使數據可視化頁面展示變得更加容易，結合數據可視化交互，促使全省用戶進一步了解到國網山東省電力公司整體及各市級單位的科技創新能力水平，使科技創新數據的價值得以充分發揮。