建設(shè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的探索與實踐*

劉偉 楊福玲 李成偉 楊成建 陳興都

1 西安建筑科技大學(xué) 西安 710055 2 陜西省大氣探測技術(shù)保障中心 西安 710015

建設(shè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的探索與實踐*

劉偉1楊福玲1李成偉2楊成建1陳興都1

1 西安建筑科技大學(xué) 西安 710055 2 陜西省大氣探測技術(shù)保障中心 西安 710015

在原有室外氣象監(jiān)測站基礎(chǔ)上，添加一套大氣環(huán)境監(jiān)測儀器（美國R&P TEOM1400a系列PM2.5監(jiān)測儀），通過開發(fā)設(shè)計制作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，追加PM2.5數(shù)據(jù)到原有室外氣象參數(shù)數(shù)據(jù)庫中，建成環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。通過單個儀器的綜合利用和優(yōu)化組合，既開闊本科生視野，提升實驗教學(xué)質(zhì)量，同時獲得大量實驗數(shù)據(jù)，對西安大氣污染物與氣象參數(shù)相關(guān)性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可為學(xué)校師生科研服務(wù)。

環(huán)境監(jiān)測；數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

1 項目來源

作為校實驗教學(xué)儀器設(shè)備改造與開發(fā)項目，“大氣環(huán)境綜合監(jiān)測實驗”已列入本科生培養(yǎng)方案中。為提升實驗教學(xué)質(zhì)量、開闊本科生視野和提高其分析處理數(shù)據(jù)的能力，經(jīng)過綜合利用和優(yōu)化組合本科教學(xué)或科研教學(xué)的多個實驗儀器，構(gòu)建環(huán)境綜合監(jiān)測站，為師生提供實驗數(shù)據(jù)，訓(xùn)練學(xué)生學(xué)會分析處理數(shù)據(jù)，使其從理論學(xué)習(xí)上升至?xí)\用知識，聯(lián)系當(dāng)前實際氣候及氣象條件，解釋說明大氣環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)，進(jìn)而提出解決措施。

2 建設(shè)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫前提條件和技術(shù)手段

2.1 與科研教學(xué)儀器聯(lián)合使用

本科實驗教學(xué)儀器設(shè)備只有小型氣象站和太陽標(biāo)準(zhǔn)輻射觀測站2套儀器，通過整合，2009年建成室外氣象站，為師生科研教學(xué)服務(wù)。建設(shè)環(huán)境監(jiān)測站必須要有大氣環(huán)境監(jiān)測儀器，因此，積極聯(lián)合供研究生使用的美國進(jìn)口TEOM1400a系列PM2.5監(jiān)測儀與本科生共享，同時實驗中心將共同負(fù)擔(dān)該儀器的維護(hù)和維修費用，實現(xiàn)互利共贏，符合學(xué)校提出的提高儀器設(shè)備利用率的精神，減少重復(fù)購置造成的浪費。

2.2 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立

將PM2.5監(jiān)測儀測得的數(shù)據(jù)通過開發(fā)設(shè)計制作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，并入2008年建成的室外氣象參數(shù)數(shù)據(jù)庫中，包括總、凈、直、反、散等太陽輻射照度，以及溫度、濕度、大氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等氣象數(shù)據(jù)，完善該數(shù)據(jù)庫為環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，即追加環(huán)境污染因子PM2.5，通過不斷積累監(jiān)測數(shù)據(jù)，有利于污染因子與氣象參數(shù)的相關(guān)性研究。

2.3 選擇數(shù)據(jù)下載方式

連接從PM2.5監(jiān)測儀到電腦上一個RS-232口提供9對9針的電纜，下載數(shù)據(jù)，獲得的數(shù)據(jù)記錄從上次下載的時間開始，從1400a系列監(jiān)測儀傳輸?shù)絺€人電腦，形成Excel表格。

氣象站的溫度、濕度、大氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向等傳感器在數(shù)據(jù)采集器中轉(zhuǎn)變成Excel，并通過CABLE-HWS2通訊線與筆記本電腦相連，下載數(shù)據(jù)；輻射站通過數(shù)據(jù)線與臺式電腦相連，記錄儀在線讀取數(shù)據(jù)，7天內(nèi)將記錄儀中的數(shù)據(jù)錄入臺式電腦中儲存。

3 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的軟件開發(fā)

3.1 數(shù)據(jù)庫要素的構(gòu)成

3臺儀器均以00∶00為原點，每30分鐘輸出一次；氣象站和PM2.5監(jiān)測儀觀測數(shù)據(jù)是存儲在機內(nèi)存儲器上的，觀測數(shù)據(jù)采用人工定期下載的方式獲取，下載的數(shù)據(jù)為存儲在 Excel表格中，存儲數(shù)據(jù)字段為：Date/Time，Pressure/KPa，Temperature (℃)，RH/%，Wind Speed/m/s，Wind Direction，Mass Conc/μg/m3，30-Min MC，01-Hr MC，24-Hr MC，Tot Mass/μg。輻射站的數(shù)據(jù)經(jīng)采集程序下載后保存在采集程序下的main.mdb數(shù)據(jù)庫內(nèi)，存儲的數(shù)據(jù)表名為main。輻射數(shù)據(jù)的月報、日報等數(shù)據(jù)

*2009年度實驗教學(xué)儀器設(shè)備改造和開發(fā)項目（西安建筑科技大學(xué)）。

作者：劉偉，碩士研究生，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測。均由采集程序使用mian數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)加工而來。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸入庫系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的建立

要實現(xiàn)3個使用不同存儲方式的數(shù)據(jù)按時間進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)處理程序分3個步驟處理。

第一步是對PM2.5監(jiān)測儀及氣象觀測站的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，如將在Excel文件中的日期字段格式“08/22/08 15∶40∶05.0”轉(zhuǎn)化為aws數(shù)據(jù)表中的“200808221540”日期字段格式，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫qxdata.mdb中的aws數(shù)據(jù)表中。

第二步按照處理的Excel文件中的最大日期和最小日期為搜索條件，從輻射站的mina.mdb的main數(shù)據(jù)表中獲取該時間段的全部輻射數(shù)據(jù)，同時將main數(shù)據(jù)表中的“nyr”和“hour1”2個字段按照“YYYYMMDDHHMM”的格式進(jìn)行合并，同aws數(shù)據(jù)表中的日期字段格式保持一致，并存入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫qxdata.mdb中的fs數(shù)據(jù)表中。

第三步對目標(biāo)數(shù)據(jù)庫qxdata.mdb中的aws數(shù)據(jù)表和fs數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行唯一約束聯(lián)接查詢，聯(lián)接字段為日期，最后將查詢結(jié)果在程序界面按照日期倒序排列顯示出來，并通過點擊程序界面導(dǎo)出按鈕將處理結(jié)果導(dǎo)出為Excel文件，導(dǎo)出后文件字段格式為“時間日期，氣溫，氣壓，濕度，風(fēng)速，風(fēng)向，總輻射量，凈輻射量，直射輻射量，射輻射量，散射輻射量，質(zhì)量濃度，30分鐘質(zhì)量濃度，1小時質(zhì)量濃度，24小時質(zhì)量濃度”，文件名為數(shù)據(jù)導(dǎo)出時間的小時和分鐘數(shù)值。

3.3 運行維護(hù)過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法

做到每3～5天將輻射站記錄儀的數(shù)據(jù)錄入電腦中（記錄儀內(nèi)存最大為7天）；PM2.5監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)至少5周進(jìn)行下載；小型氣象站數(shù)據(jù)至少2個月進(jìn)行收集；日常除了對電源、傳感器等故障到現(xiàn)場維護(hù)、檢查和調(diào)試，保證儀器的正常運行，還需對數(shù)據(jù)的傳輸、入庫等進(jìn)行實時監(jiān)控和故障排除[4]。

4 結(jié)束語

經(jīng)過優(yōu)化組合本科教學(xué)和科研教學(xué)的多個實驗儀器，首先可開闊學(xué)生視野；其次得到大量實驗數(shù)據(jù)，加強學(xué)生分析處理數(shù)據(jù)的能力，聯(lián)系當(dāng)前實際氣候及氣象條件，解釋說明目前大氣環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)，進(jìn)一步提出解決措施。

[1]邱均成,彭世金,肖薇.高校實驗室設(shè)備利用率的研究與探討[J].成都電子機械高等?？茖W(xué)校學(xué)報,2005(4)∶75-78

[2]欒永衛(wèi),曹興鋒.自動氣象站維護(hù)及操作技巧[J].山東氣象,2007,27(4)∶51-52

[3]嚴(yán)曉嵐.自動氣象站儀器的日常維護(hù)[J].西藏科技,2008(9)∶14-15

[4]相峰,宋敏.提高自動氣象站數(shù)據(jù)質(zhì)量應(yīng)注意的幾個問題[J].山東氣象,2008,28(1)∶56

Exploration and Practice of Environmental Monitoring Database Construction

Liu Wei, Yang FlngL Chengwei, Yang Chengjian, Chen Xingdu

Based on the existing outdoor Weather Monitoring Station, add an atmospheric environmental monitoring instrument (PM2.5 Monitor, US R&P TEOM1400a Series). Develop and design the Data Conversion System (DCS), add the PM2.5 data to the existing outdoor meteorological parameters database via DCS, and construct the Environmental Monitoring Database which will broaden undergraduate view sight, and improve the quality of experiment teaching. Obtain a mass of experimental data via integrated utilization and optimization combination of single instrument,provide the basic data for Xi’an atmospheric pollutants and meteorological parameter correlation,this can be scientific research resources for teachers and students in our university.

environmental monitoring; database; data conversion system

2 Shaanxi Provincial Atmospheric Sounding Technical Support Center, Xi’an, China 710015

P415.1

B

1671-489X(2011)03-0100-02

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.03.100

Author’s address

1 Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an, China 710055