面向工業監控的報表系統設計與實現

0 引言

隨著信息技術的飛速發展，報表系統在工業監控中扮演著不可或缺的角色。它不僅能夠對系統運行過程中產生的實時與歷史數據進行高效的查詢、計算和統計，還能根據用戶指定的形式展示和輸出結果，為系統監控與決策提供有力支持。然而，傳統工業監控報表在實際應用中暴露出了諸多局限性，難以滿足現代工業對跨平臺、高效率、強擴展性和個性化的需求。其主要問題包括：1）安裝與更新煩瑣：傳統報表系統通常需要復雜的部署過程，且版本更新耗時費力；2）功能擴展性不足：基于特定工具或平臺開發的報表，難以適配不同用戶的個性化需求[1]；3）信息展示不直觀：固定的格式和缺乏交互性的設計，使報表難以直觀展現復雜的信息。

這些問題使傳統報表在面對跨平臺使用、靈活性定制化需求等方面顯得力不從心。未來的工業監控報表需要更加注重高效性、通用性和智能化，才能真正滿足不同用戶和應用場景的多樣化需求。

1 系統構架

為了解決以上問題，設計一套面向工業監控的通用報表系統，整體架構如圖1所示，分為數據訪問層、業務邏輯層和Web前端。

1.1 數據訪問層

針對多源異構數據，提供典型數據源適配器，支持從時序數據庫、關系數據庫、結構化文本中抽取數據；提供標準化的WebService接口以支持第三方系統數據接入，保證多類數據源的兼容性和擴展性。

1.2 業務邏輯層

負責對原始數據的處理與分析、報表生成與輸出以及用戶權限管理等。通過高效的數據處理和靈活的報表定制功能，業務邏輯層能夠為Web前端層提供準確、符合需求的報表數據和功能支持。

1.3 Web前端

與業務邏輯層通過RESTfulAPI進行數據交互，提供基于HTML5技術的報表設計器，提供類Excel操作的圖形化交互界面，支持可視化的報表設計，報表設計器生成報表語義文件，作為系統的核心數據定義文件2。同時，對應業務邏輯層的報表管理、報表瀏覽、系統管理等模塊，提供用戶友好的UI界面和人機交互體驗。

2 主要功能研究

2.1典型數據源適配器

為滿足報表系統數據獲取與統計需求，設計典型數據源適配器，包括：

1）統一接口設計：標準化數據抽取接口，屏蔽數據源差異，確保調用一致性。

2）典型數據源支持：開發適配器支持關系型數據庫、時序數據庫和文件數據等常見類型，提升適用性。

3）第三方數據接入：通過WebService實現第三方系統數據的動態接入，增強兼容性和靈活性。適配器覆蓋實時、關系、時序和統計數據，滿足多樣化場景需求，為報表系統的數據采集與分析提供可靠支持[3]。

2.2報表模板語義描述定義

定義一套標準化報表模板語義4，用于報表模板設計、報表生成與呈現的全過程，涵蓋以下關鍵信息。

2.2.1 報表展示信息（SheetOptions）

報表展示信息（SheetOptions）定義了報表的布局、樣式和視覺效果，以確保數據準確且具備良好的可讀性和用戶體驗。主要內容包括：

1）表頭表尾信息：通過xlsx模板導入標題、頁眉、頁腳等全局信息，支持上傳現有模板快速配置。

2）行列信息：定義報表結構，如行高/列寬、單元格合并與分隔、行列隱藏規則。

3單元格信息：設置單元格內容的格式、邊框、字體等屬性。

4對齊方式與布局：設置數據在單元格中的位置、頁面風格及打印效果。

2.2.2 報表數據綁定信息（Rules）

報表數據綁定信息（Rules）是生成報表的關鍵環節，能夠確保數據準確填充到對應位置。其主要內容包括：

1單元格位置：定義數據項在報表中的具體位置，通過行、列索引或標識符實現數據映射。

②行列擴展：支持動態調整報表的行數或列數，適應數據量變化并保持結構完整。

3數據源：明確數據來源及獲取方式。

4時間格式：統一報表中時間數據的顯示形式，如\"yyyy-MM-dd HH： mm： ss”。

5起始時間類型：設定時間范圍的起始時間，可選系統當前時間、用戶指定時間等。

6時間間隔：定義時間序列數據的采樣周期，如分鐘、小時、天等，確保數據精度符合業務需求。

2.2.3 報表類型（ReportType）

報表類型（ReportType）定義了報表生成的頻率、時間跨度及數據匯總的方式。報表生成頻率決定報表生成的時間間隔，時間跨度決定報表中數據覆蓋的時間范圍，數據匯總方式決定對原始數據的匯總方式。如報表類型為日報，則每天生成一次，時間跨度為前一日0點至當日0點，原始數據匯總方式為整點取樣。

2.2.4 報表展開方向（TmposType）

報表展開方向（TmposType）是指在報表設計和生成過程中，如何組織和展示數據，報表的展開方向包括橫向展開、縱向展開。

2.3 報表設計器

基于HTML5設計報表設計器，支持報表模板設計與預覽、表格操作及圖表配置功能，提供Web瀏覽器高效、直觀的交互體驗。

其中，表格渲染采用HTML5Canvas技術實現。Canvas技術支持高效的2D圖形繪制，能夠精確控制單元格樣式，如可以精確控制每個單元格的大小、位置、顏色和邊框等，從而呈現出高質量的表格界面。

表格的交互使用Javascript事件監聽機制實現。通過事件監聽，報表設計器能夠捕捉用戶的鼠標點擊、拖拽、快捷鍵等交互行為，實現動態交互操作。例如，用戶在點擊單元格時，可能會彈出編輯框進行數據輸入或格式修改；在拖拽時，表格結構會即時響應并顯示調整結果。報表設計器集成了開源圖表庫Echarts，將常用的餅圖、柱狀圖、折線圖等封裝為基礎組件庫，設計器實現了圖表和表格之間的數據互通。圖表數據可源自表格數值，用戶通過配置數據源綁定功能，將表格中的某一列設為圖表輸入。此外，當表格數據變化時，圖表自動更新，保持數據一致性。

2.4 模板文件生成與解析

在模板設計階段，將用戶在報表設計器中配置的報表結構及格式轉化為語義描述，進而將生成的語義描述轉換為Json格式文件，并存儲在服務端，用于后續交互。在報表生成階段，當用戶請求查看或導出報表時，需要在服務端解析語義描述文件，從而實現后續報表生成邏輯，主要使用Java解析Json文件，提取語義信息，并轉換為Excel模板文件，用于后續報表數據填充。

2.5 統計函數注冊調用框架

由于在不同工業監控場景下，數據取值、計算、統計的邏輯不盡相同，通用報表系統提供一個可在線擴展的統計函數調用框架，支持不同邏輯統計函數的自定義與調用。框架結構如圖2所示。

2.5.1 統計函數接口

定義統一的統計函數接口，供所有計算邏輯實現，每個計算邏輯類需實現此接口，并通過關鍵字唯一標識其功能。

接口定義如下：

public interfaceReportFunction{//獲取單個時間點計算結果 public CalResult cal（QueryParams params）;//獲取多個時間點計算結果 public List batchCal（QueryParams params）；//獲取統計函數關鍵字 public String getKeyWord（; }

2.5.2動態類加載器與統計函數注冊中心

實時掃描指定路徑的JAR包資源中動態加載統計函數類，將動態加載的類隔離，避免相互沖突，并將所有可調用的統計函數類注冊到框架中統一管理。

2.5.3 統計函數調用

使用Java反射機制，根據報表模板中定義的方法關鍵字及參數，調用對應統計函數，并返回結果。

2.6 報表生成

根據報表模板文件，獲取每個單元格、圖表的綁定數據源及字段信息。解析報表中涉及的統計函數（如瞬時值、最大值、平均值等），調用對應的適配器獲取數據源中的原始數據，并通過統計函數調用框架調用對應的統計函數類，得出運算結果[5。獲取報表模板中設置的樣式和布局信息，將運算結果填入Excel模板文件對應單元格位置，實時生成最終的報表或圖表。

3 系統應用

通用報表系統已成功應用于發電廠的分布式控制系統（DCS）中，為監控與數據分析提供了強有力的支持。在此監控場景中，測點數據通過KKS編碼進行標識，所有的歷史數據均存儲在InfluxDB時序數據庫。報表系統通過典型數據源適配器，成功實現了與InfluxDB的無縫集成。數據適配器能夠從InfluxDB中提取歷史的測點數據，保證了數據的準確性與時效性。報表系統使用統計函數注冊調用框架自定義了瞬時值、最大值、最小值、均值、開關量翻轉次數等11種統計函數。通過這些統計函數，工程人員可以根據不同的需求，靈活定義報表中所需的數據處理邏輯。工程人員可在Web瀏覽器使用報表系統選擇不同的時間范圍、測點、統計函數等，配置符合實際需求的分析報表，如各專業運行日志、單耗分析等報表模板（圖3），并可即時查詢到報表結果，顯著提高了工作效率。

4結束語

通用報表系統為滿足工業監控領域的報表需求提供了高效、靈活的解決方案。通過標準化的數據適配接口、動態擴展的統計函數框架和可視化報表設計工具，系統在實際應用中展現了較高的實用性和擴展能力。未來將繼續優化架構性能，擴展更多行業場景支持，并探索智能化報表生成和大數據分析技術的融合，以進一步滿足多樣化的應用需求。

[參考文獻]

[1]王力平，郭潔，田春思，等.iP9000平臺智能化報表的設計與實現[J].水電站機電技術，2023，46（12）：83-85.

[2]張碩，高武斌，謝宇坤，等.基于模板的高性能Web報表系統［J].指揮信息系統與技術，2024，15（4）：88-94.

[3]楊絲雨，孫連山.基于RESTfulWebServices的智能報表系統設計[J].軟件導刊，2017，16（3）：77-79.

[4]王志心，顏儒彬，褚紅健，等.一種監控軟件平臺中web報表系統實現方法[J].江蘇科技信息，2018，35（20）：59-62.

[5]趙楊.報表管理系統中服務器的設計與實現[D].沈陽：中國科學院大學（中國科學院沈陽計算技術研究所），2017.

收稿日期：2025-02-12作者簡介：高翔 （1985-） ，男，江蘇徐州人，碩士，工程師，研究方向：電力系統自動化。