基于Vue+Flask的圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化與預警軟件的設(shè)計

蘇州市吳江區(qū)融媒體中心 沃葉紅

吳江區(qū)融媒體中心于2021年底完成了單獨饋電四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)的施工改造，通過對原有設(shè)備的升級，大幅提升了廣播信號的覆蓋質(zhì)量，然而在后續(xù)的使用過程中，需要對圓極化天線運行的各種數(shù)據(jù)進行管理，因此本文基于Vue+Flask技術(shù)，設(shè)計了一套從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)分析、可視化以及數(shù)據(jù)預警全流程的軟件系統(tǒng)。這套軟件可以對圓極化天饋系統(tǒng)運行進行有效管控，并且對異常情況進行提示預警。

融媒體中心現(xiàn)有鐵塔建于1992年，總高168m，調(diào)頻天線設(shè)計的安裝位置位于110～139m平臺間。通過相關(guān)論證，從極化方式入手，將原來的側(cè)裝單偶垂直極化改造為板狀四偶圓極化天線，提高了抗多徑傳播的能力，對接收立體聲廣播十分有利[1]。

數(shù)據(jù)可視化借助圖像能夠有效傳達信息，通過可視化圖形將系統(tǒng)運行過程中的數(shù)據(jù)及時展現(xiàn)[2]，圓極化天線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可視化不僅能夠了解天線運行狀態(tài)，也能起到故障預警的作用。

在線實時融冰技術(shù)，將可以有效防止輸電線路覆冰災害，減少輸電線路覆冰承載參數(shù)，降低輸電線路設(shè)計成本。文獻[7]提出一種自融冰導線設(shè)計方法，并設(shè)計了自融冰設(shè)備，為實現(xiàn)輸電線路實時在線融冰提供了新思路和新方法。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 單獨饋電四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)

本中心目前使用的圓極化天饋系統(tǒng)為調(diào)頻圓極化天線，可以同時發(fā)射水平和垂直兩種方式上的圓極波分量，對比原有單一的水平或者垂直方向上的圓極化天線，在接收效果方面得到了顯著的提升，同時，這種發(fā)射方式也具備了較高的多徑抗傳播干擾能力，具備有效減少多徑衰減能力，可以有效提升城區(qū)內(nèi)收聽效果。本中心的天饋系統(tǒng)針對本區(qū)域內(nèi)的地理特點進行了改進優(yōu)化，共分為8個層面，其中面向西面太湖方面為4層，其他三個方向為8層，每塊電板上的4個振子都是單獨饋電，因此又名單獨饋電方式的新型四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)，該系統(tǒng)電板既有高功率容量和極低VSWR等特點，又能滿足全頻段功率要求。

1.2 前端技術(shù)

前端技術(shù)采用國內(nèi)比較流行的Vue.js搭建，Vue.js是一種漸進式的JavaScript框架，具有簡單易用的特點，同時也有比較完整的生態(tài)可以快速的搭建出穩(wěn)定可靠的前端應(yīng)用。在UI框架方面，選擇國外當前比較流行的基于Material Design風格的Vuetify框架，其作為一個開源項目廣泛使用在各大公司的應(yīng)用中。由于需要使用到可視化的技術(shù)，因此可以引入Apache ECharts和百度地圖相關(guān)的技術(shù)，利用ECharts庫可以快速開發(fā)各種可視化圖形，例如折線圖、柱狀圖、餅圖等，利用百度地圖的可視化功能，可以開發(fā)結(jié)合地圖定位的熱力圖等相關(guān)的功能。

1.3 后端技術(shù)

（2）可視化與數(shù)據(jù)分析模塊。路測我們采用S7000廣播電視信號頻譜分析儀來獲取，如圖3所示，該設(shè)備不僅帶有GPS定位的功能，還能夠進行模擬調(diào)頻廣播頻道的測量，路測采集到的數(shù)據(jù)記錄下來之后，通過數(shù)據(jù)表格的方式在統(tǒng)一的地方進行上傳，數(shù)據(jù)采集模塊定時對指定目錄下的數(shù)據(jù)文件進行提取和轉(zhuǎn)存。

2 系統(tǒng)需求

2.1 數(shù)據(jù)采集

本文通過對本中心建設(shè)的新型四偶極子圓極化天饋系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析可視化相關(guān)技術(shù)的研究，設(shè)計了基于Vue+Flask的圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化與預警軟件，并且完成了數(shù)據(jù)采集、可視化分析模塊和預警模塊。其中，可視化與數(shù)據(jù)分析模塊支持對采集到的各類圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行展示和分析，利用高度集成的可視化大屏效果呈現(xiàn)直觀的運行狀況概覽，為后期的運維提供有效的決策輔助；通過預警功能可以幫助維護人員及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行故障，進一步提高發(fā)射系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而提升用戶服務(wù)質(zhì)量。

圖1 部分場強熱力圖Fig.1 Partial field strength heat map

表1 部分場強實測數(shù)據(jù)Tab.1 Part of field intensity measured data

2016年和2017年水稻季各處理平均滲漏量分別為220.3 mm和169.7 mm，2016年水稻季比2017年多50.6 mm。一是因為降雨較多，田面水層長時間維持在較高水平，下滲速率較大；二是經(jīng)過2016年水稻季的種植，2017年水稻季試驗小區(qū)耕作層的致密性較2016年好，下滲速率減弱。從不同灌溉模式來看，W1模式的滲漏量明顯小于W0模式，特別是降雨較少的2017年水稻季。在田間沒有水層或土壤含水率較低的情況下滲漏量明顯減少。

2.2 數(shù)據(jù)可視化

吳江作為長三角一體化示范區(qū)的發(fā)展地位決定了吳江區(qū)融媒體中心圓極化天線及其數(shù)據(jù)可視化軟件系統(tǒng)作為研究對象的樣本價值，也能進一步豐富縣級融媒體相關(guān)理論與實踐研究。

姓李的老天爺撒手不管了，這可如何是好？天上的神仙可犯難了，最后大家一商量，到人間再去找一個老天爺。這個老天爺啊，一定要心地善良，做事公道、脾氣又好，才能勝任。

通過數(shù)據(jù)的采集和可視化，可以彌補原有的設(shè)備只能在開關(guān)板界面液晶屏上展示實時運行參數(shù)的不足，在后期運維過程中，可以更加準確的了解設(shè)備運行的綜合情況，從而穩(wěn)定改善廣播收聽質(zhì)量。

2.3 預警監(jiān)控

設(shè)備建成之后的運維期，需要對異常的數(shù)據(jù)進行有效的監(jiān)控，因此開發(fā)預警監(jiān)控的軟件功能會有針對VSWR和高低功率的預警閾值，如果在一定的時間內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)超過了警戒的范圍，那么就需要及時提醒到相關(guān)的操作人員進行人工的干預，提醒的方式也可以是短信或者是呼叫中心等方式，確保能夠及時通知到位。

數(shù)據(jù)采集的時間間隔和頻率可以根據(jù)需要來進行設(shè)定，根據(jù)不同時期可以采用不同的執(zhí)行計劃，更加科學有效的進行管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

（3）異常預警模塊。在圓極化天饋的使用過程中，對于運行數(shù)據(jù)的長期監(jiān)控是必不可少的，由于整套天饋系統(tǒng)是24h不間斷運行的，為保持運行狀態(tài)的穩(wěn)定，對于異常數(shù)據(jù)的預警就顯得非常重要。通過在本文軟件中設(shè)定重要數(shù)據(jù)的預警閾值，就可以對相關(guān)重要參數(shù)進行實時的監(jiān)控，另一方面，通過對接相應(yīng)的外部預警接口，就能做到一旦系統(tǒng)檢測到數(shù)據(jù)異常產(chǎn)生，就可以立即通過呼叫中心、短信等各類方式通知到相關(guān)責任人，及時對故障進行排除和修復，保證天饋系統(tǒng)發(fā)射信號的質(zhì)量。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.2 System architecture diagram

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集通過Apache Kettle來進行實現(xiàn)，通過Kettle軟件設(shè)計開發(fā)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和工作流，對圓極天饋開關(guān)板系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行定時的采集，對路測場強數(shù)據(jù)文件進行定期的進行抽取，抽取到的數(shù)據(jù)可以以更新/插入方式存儲的本文系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。

Flask是Python語言實現(xiàn)的主流Web框架之一，F(xiàn)lask具有輕量級的優(yōu)點，同時也比較容易上手，可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)一個功能豐富的Web后端，由于本文系統(tǒng)設(shè)計采用前后端分離的結(jié)構(gòu)，因此需要關(guān)注的是數(shù)據(jù)庫和提供前端接口方面的組件，在ORM框架方面使用SQL Alchemy來操作MySQL數(shù)據(jù)庫，比較容易就可以和Flask進行集成。另外由于還需要使用到相關(guān)的短信通知等功能，因此還要引入阿里云的aliyun-python-sdkcore等組件。

圖3 廣播電視信號頻譜分析儀Fig.3 Radio and television signal spectrum analyzer

可視化與數(shù)據(jù)分析模塊支持對采集到的各類圓極化天饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行展示和分析[4]，系統(tǒng)的前端大屏部分主要采用了Vue.js和Apache Echarts可視化技術(shù)來搭建，ECharts提供了多種類型的圖形，如柱狀圖、餅圖、折線圖等，可以比較直觀的將我們的天饋發(fā)射設(shè)備的運行狀況數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)出來，例如FWD、REFL、Return Loss和VSRW比值等參數(shù)，便于值守人員進行運維監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行中存在的異常從而及時調(diào)整。

場強覆蓋圖使用百度熱力圖來進行集成展示，如圖4所示，百度熱力圖中設(shè)定經(jīng)緯度中心點和縮放的比例之后，可以將后臺的經(jīng)緯度以及場強數(shù)據(jù)生成一個熱力圖圖層疊加在地圖原有圖層上，其中場強的大小則用藍色到紅色漸進的顏色來進行表示，可以展示城區(qū)內(nèi)各個位置的信號強度可視化情況。大屏下方的左側(cè)給出了不同的路測坐標點的強度的分布，利用折線圖+環(huán)圖進行展示； 大屏下方的右側(cè)給出了不同日期的場強檢測的平均強度，利用柱狀圖結(jié)合餅圖進行展示。

圖4 可視化大屏界面圖Fig.4 Visualize the large-screen interface diagram

系統(tǒng)的核心功能模塊主要包含采集模塊、可視化與數(shù)據(jù)分析模塊和異常預警模塊，設(shè)計定位為本中心現(xiàn)在運行的圓極化天饋系統(tǒng)的支撐軟件，通過對圓極化天線技術(shù)的深入研究，定時從天饋切換開關(guān)板系統(tǒng)的輸出信號中采集輸出功率、反射功率、VSWR、回損數(shù)值等數(shù)據(jù)，存入到本文系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫中，然后再通過Vue+Flask技術(shù)搭建前后臺分離的數(shù)據(jù)分析與可視化Web系統(tǒng)，系統(tǒng)管理員可以直觀的查看天饋系統(tǒng)當前運行情況，并且可對重要數(shù)據(jù)指標進行異常預警閾值和規(guī)則設(shè)定，如果觸發(fā)了相應(yīng)的預警規(guī)則則通過相應(yīng)方式通知到運維人員。本文系統(tǒng)的架構(gòu)圖如圖2所示。

4 小結(jié)

本文系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要分為兩個部分：第一部分是CMR功率數(shù)據(jù)，目前在用的圓極化天饋系統(tǒng)分為上下半付天線，因此需要采集每路的輸出的正向和反射功率，同時對VSWR和回損數(shù)值等參數(shù)也需要進行歸集；第二部分是對區(qū)域范圍內(nèi)的各個區(qū)域進行場強覆蓋測試，這部分的數(shù)據(jù)主要采取定期路測的方式來進行獲取，測試的設(shè)備為S7000系列廣播電視信號頻譜分析儀，該設(shè)備可以進行經(jīng)度、緯度、信號強度（dB）的檢測，檢測得到的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)表格的方式導入到系統(tǒng)中[3]。根據(jù)場強檢測地點的經(jīng)緯度和信號強度，如表1所示，通過百度地圖的SDK生成了如圖1所示的場強熱力圖。

數(shù)據(jù)的可視化部分主要是對獲取到的各類數(shù)據(jù)進行圖形化展示，可以通過各種ECharts提供的圖表對天饋系統(tǒng)輸出功率、反射功率、VSWR和回損數(shù)值等數(shù)據(jù)進行圖形可視化建模，對路測獲得的經(jīng)緯度、場強等數(shù)據(jù)可以通過熱力圖的方式來進行實時展示。

最終，這就是“數(shù)碼攝影”，它以有趣而獨特的方式綜合、分析宇宙的各個方面，而非起步于神話般的完整性，再把事物凍結(jié)在二維的矩形里——正如盲人摸象時感到的困惑。[1]194

引用

[1]趙東賀,韓國棟,劉桂鳳.一種全向圓極化天線設(shè)計[J].計算機測量與控制,2022,30(8):224-229+235.

[2]呂江,胡濤,陶思思,等.基于大數(shù)據(jù)智能分析的可視化技術(shù)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2022,12(7):106-107+132.

潛水軸流泵和傳統(tǒng)水泵相比，輔助設(shè)備少，能大大減少故障出現(xiàn)概率，提高設(shè)備可靠性；操作程序也相對簡單，有利于提高設(shè)備自動化程度；同時由于潛水軸流泵散熱效果好，也有效延長了泵機組的使用壽命。

[3]湯曉云,王震,丁卓富,等.一種磁耦合激勵的圓極化濾波天線[J/OL].電訊技術(shù):1-5[2022-09-11].

3.1 教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化 學生筆記的內(nèi)容來自于教師對教學內(nèi)容的詮釋。因此，教師對教學內(nèi)容的加工與呈現(xiàn)能優(yōu)化學生筆記的結(jié)構(gòu)，決定著學生筆記的效果。教師須具有對教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化處理的意識與能力。

[4]靳紫月.面向縣級融媒體大屏的信息可視化研究[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2021.