一家工廠有三十臺(tái)壓縮機(jī)，每臺(tái)都接了溫度、壓力、振動(dòng)三個(gè)測(cè)點(diǎn)。三個(gè)月下來(lái)，積累了上千萬(wàn)條數(shù)據(jù)。當(dāng)工藝主任想看”這些壓縮機(jī)在哪個(gè)工況區(qū)間運(yùn)行得最多”時(shí)，他發(fā)現(xiàn)所有監(jiān)控面板上只有折線圖和柱狀圖——它們能告訴他某天下午的溫度峰值，卻回答不了”數(shù)據(jù)整體是怎么分布的”。

這不是折線圖的問(wèn)題，而是不同圖表類型有各自擅長(zhǎng)回答的問(wèn)題。TDengine IDMP v1.0.19 起在可視化面板中支持熱力圖（Heatmap），讓工業(yè)數(shù)據(jù)分析多了一種組織信息的維度：把兩個(gè)屬性各自分桶，統(tǒng)計(jì)落在每對(duì)桶區(qū)間里的樣本數(shù)量，用顏色深淺呈現(xiàn)密度分布，讓設(shè)備運(yùn)行真相浮現(xiàn)。

一、不同的圖表回答不同的問(wèn)題

工業(yè)監(jiān)控中最常見(jiàn)的圖表類型，各自有明確的適用邊界：

折線圖擅長(zhǎng)回答”趨勢(shì)”——溫度在上升還是下降。柱狀圖擅長(zhǎng)回答”比較”——A 泵和 B 泵這個(gè)月的總能耗差多少。散點(diǎn)圖擅長(zhǎng)回答”關(guān)系”——轉(zhuǎn)速升高時(shí)振動(dòng)是不是也在變大。

這些圖表的共同點(diǎn)是：它們都在按時(shí)間維度組織數(shù)據(jù)。折線圖是”值隨時(shí)間變化”，柱狀圖是”按時(shí)間段匯總”，散點(diǎn)圖雖然兩個(gè)軸都可以是屬性，但每個(gè)點(diǎn)還是一個(gè)時(shí)刻的采樣。

熱力圖換了一種組織方式：把兩個(gè)屬性維度同時(shí)展開(kāi)，看數(shù)據(jù)在二維空間里的密度分布。 它不關(guān)心某個(gè)時(shí)刻發(fā)生了什么，它關(guān)心所有的歷史數(shù)據(jù)點(diǎn)在兩個(gè)屬性的交叉空間中是怎么聚集的。

舉個(gè)例子。一臺(tái)變速設(shè)備，轉(zhuǎn)速在 300-1200 之間變化，載荷在 20-100% 之間波動(dòng)。三個(gè)月運(yùn)行下來(lái)，你想要回答：”它在哪個(gè)轉(zhuǎn)速-載荷組合區(qū)間運(yùn)行的時(shí)間最長(zhǎng)？”這個(gè)問(wèn)題用折線圖是無(wú)解的——轉(zhuǎn)速和載荷各是一條隨時(shí)間變化的線，兩條線在時(shí)間上的關(guān)系可以大致感知，但它們?cè)谡麄€(gè)歷史中的聯(lián)合分布，折線圖表達(dá)不了。柱狀圖也無(wú)能為力——兩個(gè)連續(xù)變量交叉產(chǎn)生的區(qū)間數(shù)量太多，不可能用一組柱子表達(dá)清楚。

熱力圖的處理方式是把轉(zhuǎn)速分成若干個(gè)桶（比如每 100 轉(zhuǎn)一個(gè)桶），把載荷也分成若干個(gè)桶（每 10% 一個(gè)桶），統(tǒng)計(jì)每個(gè)交叉格子里落入了多少個(gè)數(shù)據(jù)樣本，然后用顏色深淺標(biāo)記出來(lái)。顏色最深的格子，就是設(shè)備運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的工況區(qū)間。整個(gè)過(guò)程就是一個(gè)二維分桶統(tǒng)計(jì)，沒(méi)有任何復(fù)雜算法，但它呈現(xiàn)的信息——”數(shù)據(jù)在二維空間中如何分布”——是前面幾種圖表都做不到的。

二、熱力圖怎么用

在 IDMP 中使用熱力圖，配置步驟很簡(jiǎn)單：X 軸選一個(gè)屬性，Y 軸選另一個(gè)屬性，設(shè)定每個(gè)軸的分桶大小，選擇配色方案，加載數(shù)據(jù)即可。

兩個(gè)軸都可以自由選擇元素的任意屬性——轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、振動(dòng)、電流，也可以是時(shí)間維度。沒(méi)有誰(shuí)必須是橫軸的限制，任意兩個(gè)屬性的交叉分析都支持。

分桶大小決定了熱力圖的分辨率。比如橫軸（轉(zhuǎn)速）每 100 轉(zhuǎn)一個(gè)桶，得到的是粗粒度的分布輪廓；每 20 轉(zhuǎn)一個(gè)桶，能看到更細(xì)的結(jié)構(gòu)，但格子多了，對(duì)數(shù)據(jù)量的要求也更高。桶的粗細(xì)沒(méi)有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，取決于分析目的——如果想看大致的工況集中區(qū)，粗桶夠用；如果想定位某個(gè)共振轉(zhuǎn)速區(qū)間，需要細(xì)桶。分桶方式也有兩種選擇：按固定寬度分（每個(gè)桶覆蓋相同的數(shù)值范圍），或者按固定數(shù)量分（將整個(gè)數(shù)值范圍等分為指定數(shù)量的桶），后者適合快速控制熱力圖的整體密度。

配色方面，IDMP 支持多種深淺色系，從單色漸變到多色漸變都可以選。深色代表該格子內(nèi)樣本數(shù)量多，淺色代表樣本少甚至為零。

有幾個(gè)使用上的建議值得提一下：

熱力圖和趨勢(shì)圖是互補(bǔ)的，不是替代關(guān)系。 熱力圖擅長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)分布模式和異常聚集，但看不出變化的先后順序。如果你在熱力圖上發(fā)現(xiàn)某個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間的溫度樣本異常集中，想了解這個(gè)現(xiàn)象是怎么發(fā)生的，還是要回到趨勢(shì)線上去看時(shí)間序列。

熱力圖的數(shù)據(jù)范圍會(huì)影響視覺(jué)效果。 因?yàn)轭伾成涫腔诋?dāng)前數(shù)據(jù)范圍內(nèi)的最小值和最大值自動(dòng)計(jì)算的，如果數(shù)據(jù)中存在少量極端離群點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致絕大部分正常數(shù)據(jù)都在很窄的顏色區(qū)間內(nèi)，熱力圖的分布特征就看不清了。這時(shí)候適當(dāng)縮小查詢范圍或者過(guò)濾掉極端值，效果會(huì)更好。

分桶數(shù)量要跟數(shù)據(jù)量匹配。 桶分得太細(xì)而數(shù)據(jù)量不夠，大部分格子都是空的或者只有一兩個(gè)點(diǎn)，熱力圖就變成了一張”稀疏噪聲圖”，看不到有意義的聚集模式。一般來(lái)說(shuō)，大部分格子的樣本數(shù)應(yīng)該在幾十到幾千之間，太密或太疏都不利于讀出信息。

數(shù)值跨量級(jí)時(shí)考慮對(duì)數(shù)刻度。 有些傳感器數(shù)據(jù)的變化范圍跨越多個(gè)數(shù)量級(jí)——比如微量泄漏時(shí)的流速和正常流量差了三個(gè)數(shù)量級(jí)。線性刻度下，小值區(qū)間的所有數(shù)據(jù)會(huì)被擠在底部幾行格子里，完全無(wú)法分辨。切換到對(duì)數(shù)刻度后，每個(gè)數(shù)量級(jí)獲得均等的垂直空間，高頻小值和稀疏大值都能被看清。

過(guò)濾稀疏格子讓熱點(diǎn)更突出。 熱力圖中通常散布著大量計(jì)數(shù)為 1 或 2 的零星格子——它們不代表任何有意義的模式，只是噪聲。隱藏這些低計(jì)數(shù)格子后，真正的聚集區(qū)會(huì)更加醒目。同時(shí)適當(dāng)給格子之間留一點(diǎn)縫隙，也能讓每個(gè)格子的顏色更容易被獨(dú)立辨識(shí)。

三、熱力圖的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景

場(chǎng)景 1：電流和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系是否正常

一臺(tái)電機(jī)的電流和繞組溫度存在自然的對(duì)應(yīng)關(guān)系：電流越大，溫度應(yīng)該越高，冷卻系統(tǒng)正常情況下，兩者應(yīng)該保持一個(gè)大致的正比關(guān)系。如果這種對(duì)應(yīng)關(guān)系被打破——比如電流不高但溫度很高——就說(shuō)明冷卻出了問(wèn)題。

X 軸選電流（每 5A 一個(gè)桶），Y 軸選溫度（每 3°C 一個(gè)桶），加載過(guò)去一周的數(shù)據(jù)。正常情況下，熱力圖的深色區(qū)域會(huì)沿對(duì)角線分布：低電流對(duì)應(yīng)低溫，高電流對(duì)應(yīng)高溫。如果深色區(qū)域整體向上偏移——電流中等但溫度偏高——說(shuō)明設(shè)備在同樣的負(fù)載下比之前更熱了，冷卻效率可能在下降。如果深色區(qū)域變得分散、不再有明顯的對(duì)角線形態(tài)，說(shuō)明電流和溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系在變?nèi)?，可能意味著溫度受到了其他因素（環(huán)境、潤(rùn)滑、機(jī)械摩擦）的干擾。

這種二維對(duì)應(yīng)關(guān)系在折線圖上很難判斷——電流和溫度是兩條獨(dú)立的線，你看到它們都在波動(dòng)，但兩條線之間的”匹配程度”靠人眼幾乎無(wú)法量化。熱力圖把兩者的關(guān)系壓成一張密度圖，對(duì)應(yīng)關(guān)系是否成立、是否在發(fā)生變化，一眼就能判斷。

場(chǎng)景 2：多臺(tái)設(shè)備，誰(shuí)的運(yùn)行溫度偏高

一個(gè)車間有二十臺(tái)同型號(hào)電機(jī)，每臺(tái)都有繞組溫度測(cè)點(diǎn)。車間主任想快速了解：這批電機(jī)的溫度分布有沒(méi)有差異？有沒(méi)有哪臺(tái)電機(jī)整體溫度偏高？

X 軸選溫度（每 3°C 一個(gè)桶），Y 軸選設(shè)備名稱，加載過(guò)去一周的數(shù)據(jù)。熱力圖會(huì)為每臺(tái)電機(jī)生成一行，行內(nèi)顏色深淺反映該電機(jī)在不同溫度區(qū)間的樣本量。正常設(shè)備深色集中在低溫區(qū)間，溫度偏高的設(shè)備深色集中在右側(cè)的高溫區(qū)間——哪臺(tái)電機(jī)有問(wèn)題，一行掃過(guò)去就能看到。

如果某臺(tái)電機(jī)的深色區(qū)域明顯比其他電機(jī)偏右（溫度高出 5-10°C），即使最高溫度還沒(méi)有觸發(fā)告警閾值，也說(shuō)明該電機(jī)存在異常。”整體偏高”的信號(hào)在逐一翻看折線圖時(shí)很容易被忽略，但在熱力圖上，同行設(shè)備并列對(duì)比，差異會(huì)被顏色直接放大。

場(chǎng)景 3：告警在星期幾的幾點(diǎn)最密集

某工廠運(yùn)維團(tuán)隊(duì)管理著上百臺(tái)設(shè)備，半年來(lái)積累了數(shù)千條告警記錄。運(yùn)維主管想知道：這些告警在時(shí)間上有沒(méi)有聚集規(guī)律？

X 軸選一天 24 小時(shí)，Y 軸選一周七天，每個(gè)格子的顏色深淺代表該時(shí)段內(nèi)的告警總次數(shù)。熱力圖直接呈現(xiàn)出深色聚集區(qū)落在哪幾個(gè)格子上——比如星期一上午 8-10 點(diǎn)和星期六凌晨 3-5 點(diǎn)。

星期一上午的高發(fā)窗口對(duì)應(yīng)每周的開(kāi)機(jī)啟動(dòng)階段，設(shè)備經(jīng)歷周末停機(jī)后重新啟動(dòng)，故障率天然偏高。星期六凌晨的高發(fā)窗口則對(duì)應(yīng)夜班人員最少的時(shí)段，小問(wèn)題無(wú)人及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，容易蔓延。運(yùn)維團(tuán)隊(duì)據(jù)此調(diào)整了巡檢排班，兩個(gè)月后重新生成熱力圖，深色窗口明顯變淺。

四、一張容易被忽視的圖

熱力圖不是什么新發(fā)明。生物信息學(xué)里用它看基因表達(dá)譜，氣象學(xué)里用它看溫度異常的時(shí)空分布，網(wǎng)站的運(yùn)維后臺(tái)里用它看用戶點(diǎn)擊熱區(qū)。它不在工業(yè)監(jiān)控軟件的默認(rèn)圖表列表里，不是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)不了，而是工業(yè)場(chǎng)景過(guò)去對(duì)”分布”的需求不夠強(qiáng)烈。

數(shù)據(jù)量小的時(shí)候，分布分析靠人腦就夠了。”轉(zhuǎn)速一般就在 500 到 600 之間”——工程師憑經(jīng)驗(yàn)就說(shuō)得出來(lái)，不需要一張圖來(lái)證明。但當(dāng)測(cè)點(diǎn)數(shù)量和數(shù)據(jù)頻率同時(shí)膨脹后，人對(duì)分布的直覺(jué)就跟不上了。你不可能憑記憶判斷一臺(tái)設(shè)備在過(guò)去三個(gè)月里的數(shù)百萬(wàn)個(gè)采樣點(diǎn)是在哪個(gè)工況區(qū)間最密集，但這恰好是熱力圖一秒鐘就能呈現(xiàn)的東西。

熱力圖把早已在其他行業(yè)驗(yàn)證過(guò)的分布分析方法帶進(jìn)了工業(yè)場(chǎng)景。它做的不是任何復(fù)雜計(jì)算，就是一個(gè)二維分桶統(tǒng)計(jì)——但多一種組織數(shù)據(jù)的視角，有時(shí)候能讓人看到之前一直存在卻從未被注意到的規(guī)律。

熱力圖功能自 TDengine IDMP v1.0.19 起在可視化面板中正式可用。更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn) idmpdocs.taosdata.com。