基于WEB的空氣負氧離子預(yù)報系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

丁 圣， 田云平，李成鵬，王 寶

（1.玉溪市氣象局，云南 玉溪 653100；2.云南省人工影響天氣中心，云南 昆明 650031）

0 前言

空氣負氧離子是指空氣中的氧分子結(jié)合了自由電子而形成的帶負電荷的氧氣離子。負氧離子含量的多少是反映空氣質(zhì)量和大氣環(huán)境狀況的重要指標，由于負氧離子對人體的保健作用，受到人們的普遍關(guān)注，被譽為“空氣維生素”。

為配合“生態(tài)立市，旅游興市”的發(fā)展戰(zhàn)略，玉溪市氣象局從2008年采購了國內(nèi)唯一通過氣象專用技術(shù)裝備使用許可證的威德創(chuàng)新科技（北京）有限公司W(wǎng)IMD-B1型設(shè)備建立玉溪市大氣負氧離子自動測報系統(tǒng)，開始采集并記錄各縣、區(qū)氣象站及主要風景點逐時負氧離子濃度觀測數(shù)據(jù)，成為云南省首個開展負氧離子監(jiān)測點城市。使用連續(xù)4年來14個大氣負氧離子實時觀測資料，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，對玉溪市空氣負氧離子濃度與氣象因子的關(guān)系做進一步分析，明確主要影響因子以及影響因子與空氣負氧離子濃度的關(guān)系，建立預(yù)報模型，并據(jù)此建立了空氣負氧離子濃度監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)運行。

1 系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)是基于WEB網(wǎng)頁的玉溪市各縣、區(qū)和主要景區(qū)的負氧離子濃度監(jiān)測預(yù)報發(fā)布平臺，每天定時發(fā)布負氧離子濃度數(shù)值和等級預(yù)報，需要滿足以下功能：①實時采集負氧離子每小時監(jiān)測數(shù)據(jù)；②每小時計算下一小時的負氧離子濃度預(yù)報；③每天計算未來24小時負氧離子濃度預(yù)報；④通過因特網(wǎng)發(fā)布相應(yīng)監(jiān)測和預(yù)報網(wǎng)頁供大眾瀏覽；⑤能夠保存、補充生成歷史監(jiān)測和預(yù)報數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)需求的數(shù)據(jù)包括：負氧離子監(jiān)測數(shù)據(jù)、負氧離子分級依據(jù)、溫度和濕度的監(jiān)測數(shù)據(jù)、負氧離子監(jiān)測點和氣象站監(jiān)測點的經(jīng)緯度和海拔高度等地理信息元數(shù)據(jù)。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)功能需求分析，設(shè)計出系統(tǒng)架構(gòu)圖（圖1）。系統(tǒng)分為3個模塊：實時監(jiān)測發(fā)布模塊、預(yù)報發(fā)布模塊、歷史預(yù)報數(shù)據(jù)檢驗?zāi)K。

實時監(jiān)測發(fā)布模塊的功能是調(diào)用負氧離子監(jiān)測數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)站中。

預(yù)報發(fā)布模塊分2個功能，分別是負氧離子濃度小時預(yù)報和日預(yù)報數(shù)據(jù)。

其中日預(yù)報的負氧離子濃度是日最大濃度，預(yù)報方程同小時預(yù)報方程。

歷史預(yù)報檢驗?zāi)K的功能是保存和補充生成歷史的預(yù)報數(shù)據(jù)由于預(yù)報檢驗，分2個子模塊，分別是歷史小時預(yù)報和日預(yù)報數(shù)據(jù)，需要保存在歷史預(yù)報數(shù)據(jù)庫中。

1.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)流程設(shè)計如圖2。系統(tǒng)首先采集氣象要素和負氧離子監(jiān)測數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測發(fā)布模塊從負氧離子監(jiān)測數(shù)據(jù)庫讀取實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，生成JSON文件FTP發(fā)布到網(wǎng)站上。預(yù)報發(fā)布模塊從氣象觀測數(shù)據(jù)庫讀取實時氣象要素（濕度或溫度），根據(jù)預(yù)報方程生成預(yù)報數(shù)據(jù)庫后，再生成JSON文件FTP發(fā)布到網(wǎng)站，如果氣象數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺測，負氧離子預(yù)報按缺測發(fā)布，不進行數(shù)據(jù)插值處理。

圖2 系統(tǒng)發(fā)布流程圖

2 系統(tǒng)功能

2.1 系統(tǒng)組織架構(gòu)

系統(tǒng)采用3層架構(gòu)（圖3），使用微軟公司的VS2012集成工具開發(fā)，開發(fā)語言c#，使用ASP．NET技術(shù)和SQLSERVER2005數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器端程序讀取后臺數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù)計算后發(fā)布到服務(wù)器JSON文件，公眾只要接入Internet瀏覽玉溪氣象網(wǎng)網(wǎng)站就可以直接查看負氧離子的監(jiān)測和預(yù)報結(jié)果。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

數(shù)據(jù)層涉及3種數(shù)據(jù)對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫，氣象要素監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、負氧離子監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和負氧離子預(yù)報數(shù)據(jù)庫。服務(wù)層根據(jù)數(shù)據(jù)層實現(xiàn)監(jiān)測發(fā)布、預(yù)報發(fā)布和歷史檢驗三大功能模塊。表現(xiàn)層是前臺網(wǎng)頁的展示，設(shè)計好網(wǎng)頁界面后，網(wǎng)頁文件自動調(diào)用JSON文件顯示監(jiān)測和預(yù)報結(jié)果。

2.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)采用ADO.NET技術(shù)連接和讀寫后臺的數(shù)據(jù)庫，將FTP功能封裝類后，調(diào)用并完成監(jiān)測和預(yù)報JSON文件的發(fā)布。

JSON（JavaScript Object Notation） 是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，它基于JavaScript的一個子集。 JSON采用完全獨立于語言的文本格式，這些特性使JSON成為理想的數(shù)據(jù)交換語言，易于人們閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成。JSON不像XML那樣需要有嚴格的閉合標簽，作為數(shù)據(jù)包格式傳輸?shù)臅r候具有更高的效率，這使得有效數(shù)據(jù)量與總數(shù)據(jù)包比大大提升，從而減少同等數(shù)據(jù)流量的情況下，網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力。

前臺ASPX頁面讀取目錄中JSON文件中的數(shù)據(jù)直接顯示出來，網(wǎng)站發(fā)布的監(jiān)測和預(yù)報結(jié)果界面（圖4），左邊是預(yù)報數(shù)據(jù)頁面，右邊是監(jiān)測數(shù)據(jù)頁面。

3 小結(jié)

1）玉溪市負氧離子監(jiān)測預(yù)報發(fā)布系統(tǒng)是云南省首個投入業(yè)務(wù)應(yīng)用的負氧離子預(yù)報系統(tǒng)，面向公眾發(fā)布各縣、區(qū)和主要風景點的負氧離子監(jiān)測和預(yù)報結(jié)果，對促進生態(tài)建設(shè)和旅游開發(fā)具有重要意義。

2）系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，服務(wù)器自動定時計算，自動上傳網(wǎng)站，無需人工維護，便于推廣應(yīng)用。

3）隨著智能手機的普及，下一步將考慮制作面向移動端的監(jiān)測預(yù)報顯示軟件。

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