电力科技创新能力可视化模型设计与实现

马 晶，姚辉群，王宗光，戚鲁凤，杨玉双

（1.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东 济宁 272000；2.山东鲁软数字科技有限公司，山东 济南 250001）

0 引言

随着科学技术的不断发展，全球已进入信息化时代。可视化技术已成为发展趋势，可视化应用场景也越来越广泛。数据可视化使庞大、单一的数据之间的联系得以直观清晰地展现，充分体现数据价值。近年来，电力科研项目地不断积累使得科研项目管理面临严峻挑战，如何通过科学有效的方法利用电力科研项目数据，已成为电力公司科研项目管理所面对的关键问题。

针对电力科研项目繁杂的数据，利用大数据、知识图谱、可视化三者结合的方式，面向科技创新能力体系完成可视化模型设计与实现，帮助用户更好地了解国网山东省电力公司的科技创新能力水平，并辅助用户分析科技创新相关数据。

1 可视化技术

1.1 国内外研究现状

在数据研究应用方面，国外在电力行业对数据可视化进行了深入探究。例如，美国PJM 电力公司研究的网格化管理系统通过站点数据可视化实现相关网站的访问［1］，进一步促进数据可视化工具的探索与应用。

我国许多学者在数据可视化方面也进行了深入研究，分析信息可视化理论、人机交互的用户界面，根据数据种类的不同将大数据信息可视化技术分为文本可视化技术、网络（图）可视化技术、时空数据可视化技术、多维数据可视化技术等［2］，这些技术逐渐发展为主流应用技术。在电力企业，通过可视化技术实时监控业务数据、运营状况等关键信息，为企业提供决策支持［3］。

目前，面向电力科技创新能力水平的大数据、知识图谱、可视化三者结合的一体可视化模型设计与实现研究相对较少，亟须研究一种一体化的可视化模型，充分展现电力系统科技创新能力，为电力行业科研发展提供辅助工具支撑。

1.2 一体可视化技术的概念

一体可视化技术是一种整合大数据、知识图谱、可视化展示为一体的，实现科技创新能力体系展示的数据可视化技术。利用图解法对数据进行解释，使研究者能够容易理解和梳理数据规则，对数据进行直观展现。

2 科技创新能力体系

2.1 科技创新能力体系组成

国网山东省电力公司科技创新能力体系包括8个一级指标和15个二级指标，如图1所示。

创新能力水平。创新能力水平是反映一个公司科技创新能力的综合要素。主要包含研发投入、获奖总量、专利总量、交易总量4 项指标，在很大程度上能够衡量国网山东省电力公司科技创新能力整体水平。

科研项目。科研项目地有效管理对电力公司的经营与升级有着十分重要的意义。主要包含项目数量、项目金额、项目类别3 项指标，能够清晰地反映国网山东省电力公司科研项目的综合管理质量。

成果管理。科研成果管理作为科技创新管理工作的关键节点之一，对科研工作效益具有重要影响。主要包含成果类别、成果获奖等级2 项指标，为健全完善项目成果储备库提供数据支撑。

知识产权。专利数量是反映一个企业科技创新能力的重要指标［4］。主要包含专利类型、专利数量2项指标，集中体现了公司专利价值创造能力。

双创成果库。双创成果库是双创成果成效的集中体现。主要分为规划、营销、基建、运行、检修5 项专业类别，能够较清晰全面地展现全省各专业双创成果研发水平，统筹各专业双创成果，打破专业壁垒，增强创新成果的集聚效应和规模效益。

双创项目。双创项目管理是进行成果孵化转化的重要环节。主要包括双创项目入孵、出孵、转化、推广4 项关键实施环节，双创项目地有效管理对实施价值提升具有非常重要的作用。

双创活动。双创活动是完善创新成果推广生态体系的重要手段之一。通过宣传推广全国双创周、青创赛、熠星大赛等双创活动信息，营造活跃的创新氛围，激励引导广大职工主动作为、大胆创新，达到以创新推动创效的目的。

资源保障。资源保障是固本强基的有效支撑。主要包含双创示范基地、转化推广联盟、科技创新平台、专家人才4 项指标，广泛凝聚优势资源，最大限度释放科技创新活力。

2.2 科技创新能力数据源

科技创新能力体系数据具有业务涵盖范围广、数据维度多、数据关联密切、数据齐全等特点，对提升电力企业科技创新能力具有良好的促进作用，同时也给数据梳理、关联分析、可视化展示带来较大挑战。

业务涵盖范围广：科技创新能力体系数据覆盖电力规划、营销、基建、运行、检修等各个方面，涉及细项业务点2 000余个。

数据维度多：科技创新能力体系数据贯穿科研项目管理、成果管理、知识产权管理、转化推广管理、双创活动管理、资源保障、创新能力水平评估等科技创新的全过程，涉及18 个技术领域，数据维度超过2万余个。

数据关联密切：科技创新成果的形成来源于管理创新、科研项目、职工创新等多个方面，成果形成后又会衍生出其他成果，因此各方面彼此关联，形成了庞大的关联关系网，理清彼此的关联关系并进行分析，将会产生意想不到的效果，有利于潜在创新点挖掘。

数据齐全：目前国网山东省电力公司已建成全业务数据中心，数据涵盖电力各个专业，为科技创新能力可视化模型设计提供了丰富的数据源。

3 创新能力体系可视化模型设计

3.1 创新能力体系可视化相关技术

大数据技术应用。以全业务数据中心为基础，采用ETL、OGG 等数据采集技术，采集科研项目管理、成果管理、知识产权管理、转化推广管理、双创活动管理、资源保障、创新能力水平等创新相关数据，为给定的应用环境构造最优的数据库模式，使之能够有效地存储、查询，满足各类用户的应用需求［5］。数据库的设计结构模型如图2所示。

图2 数据库一级指标设计结构

知识图谱技术应用。应用可视化智能分析关联图谱，基于图数据库进行大数据处理、关联分析、模型分析、图规则定义，通过数据抽取工具、多维度的数据挖掘，计算图谱中项目、成果、专利之间的关系，实现秒级数据运算和数据可视化，将数据可视化图谱的方式展示给用户。关联图谱相关技术图3所示。

图3 关联图谱相关技术

可视化技术应用。可视化技术的应用目标是使数据分析过程透明化，数据可视化是数据分析过程中的核心环节之一［6］。为更好地展现科技创新数据，以形象化的可视化图形使科技创新能力得到良好的呈现形式与展现效果，研究了原生SVG 开发组件、ECharts 组件以及Unity3D 软件，根据电力科技创新能力特点进行了可视化模型设计与实现。

3.2 技术框架设计

技术框架如图4 所示，系统分为前端和后端两部分［7］。

图4 技术框架

电力科技创新能力体系的可视化模型以图表、3D模型等相关技术为实现手段，采用B/S体系结构。

在前端展示上，通过Html（基于HTML5 标准）、JavaScript（基于ES6.0标准）实现前端展现效果，使用SVG、Canvas、WebGL 等可视化技术实现科技创新能力体系数据可视化；为了能够及时获取科技项目、成果、知识产权、双创成果、双创项目等各类数据的情况，添加定时器，间隔一定时间请求后台数据。ECharts图表通过纯JavaScript进行编码，为了达到数据实时显示的目的，定时通过Ajax 方法调用系统后台JavaWeb 服务，以JSON 数据格式向前端传递从数据库中获取的数据，由ECharts 组件渲染为指定图表后进行显示。

在后端实现上，从ORACLE 数据库中获取数据，通过后台服务对数据进行创建、存储、查询。

3.3 创新能力体系可视化模型的实现流程

以Html 文件为载体，通过Html、Javascript 实现前端页面。在屏幕展示区域（图5）中设置四大板块，其中，屏幕中间以着色地图作为主要界面展示创新能力水平，左右两侧和底部展示科技创新能力数据的可视化图表［8］。通过在Html 文件中建立恰当的div来展示各个板块；通过JavaScript 实现系统前端和后端数据的交互。在Js 文件中通过Ajax 异步请求的方式获取后台服务的数据，然后使用ECharts 组件实现数据的可视化，如图5所示。系统交互流程如下：

图5 系统交互流程

步骤1：在Html 文件中建立ECharts 图表的div模块；

步 骤2：通 过＜script＞标 签 将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，并配置相关的可视化图表；

步骤3：在index.js 文件中实例化ECharts 对象，通过option 设置可视化图表的数值，包括年份类别（横坐标）和项目数量/金额（纵坐标）；

步骤4：通过Ajax 获取数据，然后发送至series的data中。

在index.js中通过写入：var echarts=script（‘../../inenyth/js/exchibition/hjgl.js’）引入echarts 模型，通过echarts 模型进行可视化建模，再进行echarts 初始化：var myChart=echarts.init（domcument getElenmentById（“pupopCharts”））初始化完成后，写入数据进行对数据的可视化，首先对数据进行配置到js 中，引入数据量，给定变量option

后进行绘图，使用map 对地图进行绘制与地址配置。

以创新能力水平模块为例，对地图展示设计自动轮播效果（代码如下），实现各地市创新能力水平各指标及全省排名展示。

3.4 实现效果

模型设计集成了地图区域缩放、图表、数据自选联动、视觉映射等交互组件，可以对数据进行多维实时数据筛取、视图缩放、细节展示等交互操作［9］。用户与系统可视化模块地互动，加深数据理解［10］。同时，针对地图中各地市的指标显示效果，进行了绚丽地特效定制。前端架构采用数据样式分离及扁平配置让开发更便捷［9］。

系统提供数据区域下钻，可以展现各地市科技的实时数据，查看各类指标、数据分布等，提供多层级数据联动，可以在总览页面操作相应模块查看该模块二级页面具体展示内容；提供各指标全省范围排名，查看各单位总体排名、各指标数量及排名。模型将项目、成果、知识产权等各个环节相互连接，贯穿了各流通节点，连点成线，织线结网，打破了信息孤岛（壁垒）。面向电力科技创新能力的可视化展示提高了系统的交互能力与使用效率，收到了良好的经济效益与社会效益。科技创新能力可视化屏幕展示界面如图6 所示，项目、成果、专利关联图谱如图7所示。

图6 科技创新能力可视化屏幕展示界面

图7 项目、成果、专利关联图谱

4 结语

从数据可视化发展现状出发，阐述了可视化技术相关应用与山东省电力系统科技创新能力指标，介绍了科技创新能力可视化模型设计实现采用的技术和总体框架，并对系统数据库设计和实现流程进行了说明。

系统采用大数据、知识图谱技术把科研数据归类并统计，最后基于原生SVG 开发组件、ECharts 组件和Unity3D 软件等技术实现科技创新能力体系可视化展示。通过准确展现各模块之间的相互关系，使用户对电力数据分析有了更加清晰的认识，利用相关技术使数据可视化页面展示变得更加容易，结合数据可视化交互，促使全省用户进一步了解到国网山东省电力公司整体及各市级单位的科技创新能力水平，使科技创新数据的价值得以充分发挥。