基于Vue+Flask的圓極化天饋系統數據可視化與預警軟件的設計

蘇州市吳江區融媒體中心 沃葉紅

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

融媒體中心現有鐵塔建于1992年，總高168m，調頻天線設計的安裝位置位于110～139m平臺間。通過相關論證，從極化方式入手，將原來的側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]。

數據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運行過程中的數據及時展現[2]，圓極化天線系統的數據可視化不僅能夠了解天線運行狀態，也能起到故障預警的作用。

在線實時融冰技術，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，降低輸電線路設計成本。文獻[7]提出一種自融冰導線設計方法，并設計了自融冰設備，為實現輸電線路實時在線融冰提供了新思路和新方法。

1 關鍵技術

1.1 單獨饋電四偶極子圓極化天饋系統

本中心目前使用的圓極化天饋系統為調頻圓極化天線，可以同時發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，可以有效提升城區內收聽效果。本中心的天饋系統針對本區域內的地理特點進行了改進優化，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，該系統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

前端技術采用國內比較流行的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可以快速的搭建出穩定可靠的前端應用。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用中。由于需要使用到可視化的技術，因此可以引入Apache ECharts和百度地圖相關的技術，利用ECharts庫可以快速開發各種可視化圖形，例如折線圖、柱狀圖、餅圖等，利用百度地圖的可視化功能，可以開發結合地圖定位的熱力圖等相關的功能。

1.3 后端技術

（2）可視化與數據分析模塊。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，該設備不僅帶有GPS定位的功能，還能夠進行模擬調頻廣播頻道的測量，路測采集到的數據記錄下來之后，通過數據表格的方式在統一的地方進行上傳，數據采集模塊定時對指定目錄下的數據文件進行提取和轉存。

2 系統需求

2.1 數據采集

本文通過對本中心建設的新型四偶極子圓極化天饋系統和數據分析可視化相關技術的研究，設計了基于Vue+Flask的圓極化天饋系統數據可視化與預警軟件，并且完成了數據采集、可視化分析模塊和預警模塊。其中，可視化與數據分析模塊支持對采集到的各類圓極化天饋系統數據進行展示和分析，利用高度集成的可視化大屏效果呈現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現系統運行故障，進一步提高發射系統的穩定性和可靠性，從而提升用戶服務質量。

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

表1 部分場強實測數據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；二是經過2016年水稻季的種植，2017年水稻季試驗小區耕作層的致密性較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 數據可視化

吳江作為長三角一體化示范區的發展地位決定了吳江區融媒體中心圓極化天線及其數據可視化軟件系統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。

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

2.3 預警監控

設備建成之后的運維期，需要對異常的數據進行有效的監控，因此開發預警監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采集到的數據超過了警戒的范圍，那么就需要及時提醒到相關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。

數據采集的時間間隔和頻率可以根據需要來進行設定，根據不同時期可以采用不同的執行計劃，更加科學有效的進行管理。

3 系統設計

3.1 系統架構設計

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

圖2 系統架構圖Fig.2 System architecture diagram

3.2 系統功能設計

（1）數據采集模塊。數據采集通過Apache Kettle來進行實現，通過Kettle軟件設計開發數據轉換和工作流，對圓極天饋開關板系統數據進行定時的采集，對路測場強數據文件進行定期的進行抽取，抽取到的數據可以以更新/插入方式存儲的本文系統數據庫中。

Flask是Python語言實現的主流Web框架之一，Flask具有輕量級的優點，同時也比較容易上手，可以在短時間內實現一個功能豐富的Web后端，由于本文系統設計采用前后端分離的結構，因此需要關注的是數據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數據庫，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

可視化與數據分析模塊支持對采集到的各類圓極化天饋系統數據進行展示和分析[4]，系統的前端大屏部分主要采用了Vue.js和Apache Echarts可視化技術來搭建，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射設備的運行狀況數據可視化展現出來，例如FWD、REFL、Return Loss和VSRW比值等參數，便于值守人員進行運維監控，發現設備運行中存在的異常從而及時調整。

場強覆蓋圖使用百度熱力圖來進行集成展示，如圖4所示，百度熱力圖中設定經緯度中心點和縮放的比例之后，可以將后臺的經緯度以及場強數據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，可以展示城區內各個位置的信號強度可視化情況。大屏下方的左側給出了不同的路測坐標點的強度的分布，利用折線圖+環圖進行展示； 大屏下方的右側給出了不同日期的場強檢測的平均強度，利用柱狀圖結合餅圖進行展示。

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

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

4 小結

本文系統的數據采集主要分為兩個部分：第一部分是CMR功率數據，目前在用的圓極化天饋系統分為上下半付天線，因此需要采集每路的輸出的正向和反射功率，同時對VSWR和回損數值等參數也需要進行歸集；第二部分是對區域范圍內的各個區域進行場強覆蓋測試，這部分的數據主要采取定期路測的方式來進行獲取，測試的設備為S7000系列廣播電視信號頻譜分析儀，該設備可以進行經度、緯度、信號強度（dB）的檢測，檢測得到的數據可以通過數據表格的方式導入到系統中[3]。根據場強檢測地點的經緯度和信號強度，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。

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

最終，這就是“數碼攝影”，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.基于大數據智能分析的可視化技術研究[J].現代工業經濟和信息化,2022,12(7):106-107+132.

潛水軸流泵和傳統水泵相比，輔助設備少，能大大減少故障出現概率，提高設備可靠性；操作程序也相對簡單，有利于提高設備自動化程度；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:1-5[2022-09-11].

3.1 教學內容結構化 學生筆記的內容來自于教師對教學內容的詮釋。因此，教師對教學內容的加工與呈現能優化學生筆記的結構，決定著學生筆記的效果。教師須具有對教學內容結構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.