基于物联网的数据分析结果可视化系统的设计*

李欣泽，邓 昀，陈守学

（桂林理工大学，广西 桂林 541006）

数据结果可视化，是对于数据视觉表现形式的科学技术[1]。主要指的是较为高级的技术方法，技术方法允许利用图形、图像处理、计算机视觉以及用户界面，通过表达、建模以及对立体、表面、属性以及动画的显示，对数据加以可视化解释[2]，以更容易理解的方式来诠释数据之间的复杂关系和发展趋势[3]，以便更好地利用数据分析结果。传统意义上的数据分析可视化，格式单一，枯燥乏味。团队设计了基于物联网技术、人脸识别、身份识别、红外测温等技术及大数据分析技术所衍生的人口测温数据分析结果可视化系统，自动检测在不同地点快速流动的体温，并进行大数据分析结果可视化呈现。数据分析结果可视化系统的开发和应用，方便用户进行数据的获取以及结果分析，界面简洁易于操作，不仅方便了用户，而且使用独立的数据库进行数据存储，多种网络进行数据传输保证了传输的可靠性[4]，同时身份验证保证了数据的安全。

1 数据分析结果可视化系统架构

数据分析结果可视化系统采用无边框窗口设计方式，具有数据库优化、高效率存储以及高性能信息处理等优势，采用人脸识别、身份识别、红外测温等技术，自动检测在不同地点快速流动的体温，并进行大数据分析，实时监测疫情整体发展态势，控制疫情扩散。软件具有分析监控记录系统数据的功能，能实时记录并处理相关的信息，并带有数据后台处理。采用导向型思路，使用者无需懂得特别多的电脑知识即可使用。

系统结构图是对系统结构总体设计的图形显示，从系统开发的角度出发，把系统按功能逐次分割成层次结构，使每一部分完成简单的功能且各个部分之间又保持一定的联系。在设计阶段，基于功能的层次结构把各个部分组合起来成为系统。数据结果分析可视化系统的框架包含三部分：视图层、业务层以及存储层。视图层用于渲染页面结构，结合控制器显示前台页面。业务层具有逻辑处理、数据请求、接口调用等功能。视图层把触发的事件通知到业务层进行业务处理[5]。视图层由JSP、JSTL、Jquery 与DWR 编写，由组件来进行展示。业务层提供Application 和各个页面的入口，提供了丰富的API 进行数据绑定、事件分发、生命周期管理、路由管理。本系统的结构图如图1 所示。

图1 系统总体架构

1.1 系统软件设计

1.1.1 系统主要功能分析

系统主要包括登录、主页、温度测试、温度曲线、参数控制、串口设置、高级参数设置等模块，具体功能描述如下：

（1）登录：系统安装后，在电脑桌面双击系统快捷方式图标出现登录界面，输入用户名、密码，账号密码正确即可登录系统进行使用操作[6]。

（2）主页：登录成功后进入软件主界面[7]，主界面包含多个核心功能，包括温度曲线、参数控制、串口设置、步骤控制、高级设置。用户不但可以实时获取温度信息结果，还可选择日期进行相应时间段的温度信息结果获取与统计，并生成温度曲线进行可视化呈现。除此之外，页面还显示了使用的传感器型号以及通道数、仪器版本。详情如图2 所示。

图2 主页设计截图

（3）温度测试：点击界面温度测试按钮，进入界面，根据系统流程进行流动人员温度测试。

（4）温度曲线：进行流动人员温度测试后可进入温度曲线功能进行流动人员体温数据的获取与可视化分析，温度曲线实时显示温度数据分析结果[8]。如图3 所示。

图3 温度曲线模块截图

（5）参数控制：用户在系统的主界面进入参数控制功能界面，系统考虑到环境中存在影响体温正常值的因素，如：湿度、压力值、压强值等数据。用户可在参数控制界面输入当前气温环境影响体温正常值的各项数据，输入各项数据后，点击参数控制界面中的计算组件按钮[9]，根据科学公式进行相应换算，避免体温误判，降低体温异常报警错误率。详情如图4 所示。

图4 参数设置模块截图

（6）串口设置：点击界面上串口设置按钮，进入对应功能界面进行串口设置。详情如图5 所示。

图5 串口设置模块截图

（7）高级参数设置：在系统主界面点击对应的高级参数设置按钮即可进入到相对应界面中，在此页面可以对常规、防御、安全、报警、路由等选项信息进行修改设置。详情如图6 所示。

图6 高级参数设置模块

1.2 数据库设计

1.2.1 水平分表设计

在系统数据库DRDS 中，一张分布式表（table）按照指定的partition key 和partition mode（一般是hashmode）被水平拆分成多个数据片（称为tablet），分散在多个数据存储节点（tsc）中。系统分布式表主要解决单机容量问题，并且通过平行写入提升整体的写入能力。开发时不需要再考虑数据如何拆分和数据路由等问题，只需要设定partition key 即可实现水平分表的能力。

1.2.2 并行计算设计

对于一次查询大量数据的场景，系统数据库DRDS 支持把一次大数据量查询分散到多个存储节点上小数据量查询，并对数据结果进行合并聚合返回给用户，可以提升大数据量查询的性能。

1.2.3 读写分离设计

系统数据库DRDS 首先对query 拆分成多个子句并路由到一个或多个存储节点上，每个存储节点实现透明的读写分离策略，写请求统一到存储节点主库，读请求被分流到多个只读节点上，提升集群的读能力。一个事务内的读请求，不会被读写分离，而是和写请求一样在主库上执行。

1.2.4 负载均衡设计

系统中一个存储节点存在多个只读节点，只读节点间实现负载均衡，避免单个节点或少数节点出现负载过大。

1.2.5 高可用设计

系统数据库DRDS 中每个存储节点主库都有一个热备节点，当检测到主库服务异常或不可用情况，会启动故障切换流程，保证服务高可用。

1.2.6 可扩展设计

系统数据库DRDS 支持三种类型的扩展：存储节点套餐扩展，通过提升存储节点磁盘、CPU、内存，获得单节点更大存储空间和性能。只读节点扩展，通过增加只读节点，获得整个集群更高的读吞吐能力。分片扩展，通过对数据拆分和增加分片，使得整个集群写能力和存储容量更高。数据库原型设计类图如图7 所示。

图7 数据库原型设计类图

2 数据分析结果可视化系统特性

2.1 独有搜索极速收录

使用云虚拟主机服务，无需再单独提交百度搜索引擎收录请求，网站将随用户访问实时推至百度搜索进行抓取，新站点可实现当天极速收录，大幅缩短收录周期。

2.2 一站式创建部署

充分优化与融合主机相关操作步骤，只需一步，即可同时完成云虚拟主机创建、域名注册、解析与绑定、网站代码部署迁移、监控、安全与加速配置、搜索收录等工作，让在云工作简单高效。

2.3 独立主机面板支持

提供云虚拟主机独立管理面板，可脱离百度智能云主账号，对云虚拟主机单独进行管理。可以进行主机信息查看、功能启停、环境配置、备份恢复、日志分析等操作。

2.4 域名智能检测与绑定

除免费提供的临时域名外，云虚拟主机还支持多达15 条独立域名记录绑定，并可自动检测域名解析与备案状态，及时掌握健康状况，更有强大的泛域名绑定功能即将上线。

2.5 率先免费支持HTTPS 加密

依托SSL 证书服务，可申请免费DV SSL 证书，并可一键部署到BCH 中，使虚拟主机也能轻松享用https安全加密服务，快捷、安全、高效。

2.6 强大环境配置功能

除支持访问首页顺序定义、错误页自定义、301/302 转发设置、PHP.ini 配置、PHP 版本切换等功能外，还可通过控制面板或配置文件对运行环境进行深度功能定制，轻松实现各项高级功能，满足复杂环境部署需求。

2.7 全方位监控体系

云虚拟主机内置主机资源和网站访问多项指标监控，结合BCM 网站自定义监控功能，可随时监控主机各项指标变化情况，有效掌控主机状态，预防和及时处理突发问题，释放运维压力。

2.8 灵活备份无限量

支持方便高效的文件在线压缩、解压功能，实现快速的文件备份与还原；同时依托于大容量和极低成本的BOS 存储产品，还可实现更灵活的定时或手动实时备份与恢复服务，永久存储无限量，并可随时回滚。

2.9 完善的API 支持

云虚拟主机支持基于Restful 的创建与管理API接口，可轻松结合第三方自身业务特点进行主机创建管理流程定制，实现更灵活的管理机制，应对更复杂的自动化资源管理需求。

3 数据分析结果可视化系统优势

3.1 支持Nginx 环境

Nginx 是一款高性能的Web 和反向代理服务器，其具有很多非常优越的特性。BCH 的Nginx 选用高效的epoll 作为网络IO 模型，使用更少的资源，支持更多的并发连接，体现更高的效率[10]。同时，BCH 的Nginx支持原生自定义配置，规则简单而强大，更便于用户的使用。

3.2 多线路冗余备份与高速智能选路

系统中每台云虚拟主机都同时接驳有电信、联通、移动、教育网等多条高品质骨干网线路，超低延时。结合先进的智能DNS 选路、IP 资源池与备份调度机制，确保极速访问的同时，再不用担心单一IP 出问题带来的影响，打造畅快淋漓的安心主机。

3.3 独有百度极速收录

系统结合百度强大而独有的搜索生态优势，云虚拟主机强势推出网站同步极速收录与索引量保护功能，只要是正规网站，便可随用户访问实时推送至百度搜索，让您无需苦等百度蜘蛛造访，即可实现原创内容极速收录，成倍放大SEO 效果，打造真正符合站长诉求的知心主机。

3.4 简便易用，有效释放运维压力

除与生俱来的免环境配置、免系统维护特性外，秉承百度简单可依赖的产品设计理念，云虚拟主机进行了多项易用性设计，从主机创建到域名购买、解析、绑定，从Web 文件部署到网站监控与防御部署，都可一步搞定，有效释放运维压力，打造真正好用易用的省心主机。

3.5 高稳定性与安全性保障

系统基于容器资源隔离技术、多节点流量调度机制，有效保障用户数据与性能的隔离，避免相互干扰。先进的故障无感热迁移技术以及完备的故障监测预警体系，结合内置的DDoS 与WAF 防御体系与系统内核深层次优化，有效降低不可用风险，打造高稳定性、高安全保障的放心主机。

4 数据分析结果可视化系统应用

系统开发完成后，已经实地进行了长时间运行。通过实地的应用，该系统可以准确地进行流动人员温度测试，通过外接温度传感器以及红外线测温模块进行流动人员体温实时收集，多种网络进行数据传输，体温数据传输至数据分析结果可视化系统，系统可以进行对异常体温数值的设定，高于异常体温数值的体温数据将进行体温报警。系统还考虑到环境中存在对人员体温的影响因素，例如：空气湿度、压强等，将这些数据记录在参数控制界面，利用科学的公式进行计算，降低异常体温报警错误率。通过实地的应用，数据分析结果可视化系统可代替传统流动人员温度数据结果分析方式并进行结果可视化呈现。

5 结束语

通过研究物联网、人脸识别、红外测温、大数据分析等技术，开发了基于物联网技术的流动人员实时测温数据分析结果可视化系统，成功实现了通过数据采集终端、传输系统（无线通信、NBIOT 网络）、数据分析结果可视化系统对流动人员体温数据的采集、处理、分析以及结果可视化呈现，令使用者能在远端实时监测疫情整体发展态势，从而做出相应决策。