大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警插值算法的研究

鄒山花，方寧生，陳心怡

（1.無錫太湖學(xué)院，無錫 214064；2.江蘇省物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)重點建設(shè)實驗室，無錫 214064；3.東南大學(xué)，南京 210018）

0 引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展與社會進步，人們的生活水平得到了前所未有的提升，但隨之而來的環(huán)境污染也逐漸凸顯成為一個引人關(guān)注的重要問題。對生態(tài)環(huán)境造成的不可磨滅的破壞已逐漸直接影響到人們的日常生活，尤其是大氣污染。工業(yè)化、城市化帶來的大氣污染問題日益嚴(yán)重，工廠排放的廢氣、機動車尾氣、餐飲業(yè)排放的油煙、冬季燒煤供暖等都會導(dǎo)致大氣中的顆粒物濃度增加。

大氣環(huán)境的數(shù)據(jù)繁多且具有時空變化性，若以普通表格直接羅列的方式將無法體現(xiàn)出眾多數(shù)據(jù)的規(guī)律。數(shù)據(jù)可視化是對數(shù)據(jù)以圖形圖像方式的直觀展現(xiàn)，因此，選擇合適的可視化技術(shù)將這些大氣環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)以圖像的方式展現(xiàn)在人們面前并可以與之交互，對于有效利用好環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、并以此系統(tǒng)為基礎(chǔ)進行分析和污染的預(yù)警具有重要的意義。

本文從大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警的客觀需求出發(fā)，研究其數(shù)據(jù)可視化的不同方案，分析比較各種方案的優(yōu)缺點和不同，以現(xiàn)代先進的數(shù)據(jù)可視化技術(shù)中的多種方案實現(xiàn)使人們能夠以更直觀的方式監(jiān)測大氣環(huán)境和相關(guān)氣象要素的各種數(shù)據(jù)，便于更深入的分析和研究并對可能的污染做出預(yù)警。

本文研究并實現(xiàn)的大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是大氣（重）污染預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)的子系統(tǒng)。整個大氣（重）污染預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)是一個對大氣環(huán)境進行實時監(jiān)控、預(yù)報和預(yù)警的平臺，共包括大氣污染分析系統(tǒng)、大氣污染綜合預(yù)警系統(tǒng)、大氣污染預(yù)報制作系統(tǒng)以及檢驗與評估系統(tǒng)四大系統(tǒng)，目的是為應(yīng)對環(huán)境污染、保護環(huán)境提供系統(tǒng)支撐。本文的大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是平臺中專注于綜合分析、綜合預(yù)警二模塊結(jié)合的子系統(tǒng)，目的是通過現(xiàn)代可視化技術(shù)對環(huán)境和相關(guān)氣象要素的實況監(jiān)測數(shù)據(jù)以及預(yù)報數(shù)據(jù)按照不同的可視化方案進行展示和交互，實現(xiàn)對大氣環(huán)境的監(jiān)測和對污染情況的預(yù)警和發(fā)布，為環(huán)保部門提供決策依據(jù)。

1 空間插值算法

在氣象、環(huán)保數(shù)據(jù)領(lǐng)域，插值模型一直是一個熱點研究問題。由于反映大氣環(huán)境的各項污染物濃度和相關(guān)氣溫、降水等眾多要素的數(shù)據(jù)值都是由各個氣象或環(huán)保監(jiān)測站監(jiān)測而來，這些實際觀測數(shù)據(jù)是離散的，只能準(zhǔn)確的代表監(jiān)測站周圍一定范圍內(nèi)的要素值。為了通過這些離散且并不規(guī)則的數(shù)據(jù)推得未知點的數(shù)據(jù)值、或是生成等值線或柵格表面，需要擬合一個能夠體現(xiàn)要素數(shù)據(jù)值和空間位置之間關(guān)系的函數(shù)方程，來估算出未經(jīng)過觀測的點的要素數(shù)據(jù)值。通過空間插值模型可以將離散測量點獲得的數(shù)據(jù)推到整個區(qū)域，通過已知的監(jiān)測點預(yù)測到整個空間范圍。

常用的插值算法主要包括Cressman插值、反距離權(quán)重（IDW）插值、雙線性插值、克里金插值等。

1.1 Cressman插值算法

Cressman插值算法又叫Cressman客觀分析，最早由Cressman等在1959年提出，是在氣象環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用得最多的一種算法，其核心的思想是逐步訂正法，先給定一個猜測場（初始估計），隨后用實際觀測場來逐步修正直至逼近觀測記錄。用M代表任意要素（例如氣溫、氣壓等），格點（i,j）處要素值的第一猜測值表示為M0，訂正值表示為M'，使用公式表達如下：

△Mk是第k個采樣點已知的觀測數(shù)據(jù)與第一猜測值的差，Wijk是代表數(shù)據(jù)之間影響權(quán)重的權(quán)重函數(shù)，式(3)是其一般形式。

R是給定的一個掃描半徑，Dijk是掃描半徑范圍內(nèi)第k個采樣點與格點（i,j）的距離。Cressman插值的思想是，在掃描半徑R的范圍內(nèi)已知采樣點對未知點（i,j）影響大，距離（i,j）越近的已知點影響越大，而R以外的可以忽略不計，故權(quán)重為0。K是掃描半徑范圍內(nèi)已知采樣點的數(shù)目。

Cressman插值方法中最重要的是影響權(quán)重的確定，需要給定掃描半徑R的值進行計算，有一定的人為因素，經(jīng)常選取的值有1、2、4、7、10。算法的基本思路如下：先確定一個猜測場以及設(shè)置一個逼近值的范圍，用來將計算后的值和實際資料進行比較；計算影響權(quán)重Wijk；將權(quán)重值Wijk代入進行插值計算，得到一個訂正值；比較訂正值和實際資料，如二者差值不在預(yù)定的逼近值范圍內(nèi)，則用該差值繼續(xù)訂正上一次的場；重復(fù)訂正直至誤差達到滿意的范圍內(nèi)。

1.2 插值算法比較分析

上述研究的幾種插值算法中，雙線性插值原理簡單，插值效果較好，適合于將格點數(shù)據(jù)插值為站點數(shù)據(jù)。Cressman插值、反距離權(quán)重插值方法都基于同一個核心的思想，即在地理空間范圍內(nèi)，距離越近的點對插值點的影響越大，權(quán)重的選取根據(jù)距離的遠近來確定。其中Cressman插值是從離散的站點數(shù)據(jù)通過逐步訂正方法插值點為格點數(shù)據(jù)帶來誤差較小的一種方法，在大氣數(shù)據(jù)處理中廣泛使用；反距離權(quán)重插值容易出現(xiàn)“牛眼”現(xiàn)象，在權(quán)重的選擇上僅考慮了距離對待插值點的影響，不夠全面。克里金插值改善了反距離權(quán)重插值的這一缺陷，將采樣點的結(jié)構(gòu)特征和隨機性一同考慮在內(nèi)進行插值計算，是一種較為完善有效的插值方式，但較為復(fù)雜計算量大，變異函數(shù)的選取也有人為成分，因此在將站點數(shù)據(jù)插值為格點數(shù)據(jù)時，選取Cressman算法進行插值。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測模塊

大氣環(huán)境監(jiān)測從產(chǎn)品內(nèi)容的不同上來劃分包括環(huán)境氣象要素實時監(jiān)測（霧、霾、空氣質(zhì)量、能見度）、氣象要素及背景形勢場分析（地面要素和風(fēng)廓線雷達）、動力因子及氣象擴散條件分析和預(yù)報技術(shù)融合分析（不同模式不同產(chǎn)品的預(yù)報對比進行分析），主要用于各項要素實時數(shù)據(jù)變化的分析與展示和不同預(yù)報規(guī)則數(shù)據(jù)的展示，可查詢不同地域尺度下（華東、浙江、溫州）大氣環(huán)境和相關(guān)產(chǎn)生影響的氣象要素監(jiān)測的實況數(shù)據(jù)和預(yù)報數(shù)據(jù)。從實現(xiàn)功能上劃分，整體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的平面渲染圖、GIS地圖、時間變化曲線展示。

2.1 監(jiān)測方案

大氣環(huán)境監(jiān)測的核心是環(huán)境空氣質(zhì)量，同時，在分析大氣環(huán)境時還需要考慮到影響空氣質(zhì)量的相關(guān)氣象要素，如天氣、風(fēng)向、濕度、大氣穩(wěn)定度等等，通過提供環(huán)境氣象要素的不同產(chǎn)品給業(yè)務(wù)人員進行綜合分析來實現(xiàn)對大氣環(huán)境的監(jiān)測。主要通過對已經(jīng)收集的環(huán)境和氣象數(shù)據(jù)通過計算處理，建立可視化模型實現(xiàn)的方式進行監(jiān)測。

以核心的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測為例，主要需要進行監(jiān)測的指標(biāo)是SO2（二氧化硫）、NO2（二氧化氮）、CO（一氧化碳）、O3（臭氧）、PM2.5（細顆粒物）、PM10（可吸入顆粒物）六項污染物和代表著空氣質(zhì)量狀況的AQI（Air Quality Index，空氣質(zhì)量指數(shù)），其中基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)是六項污染物的實測濃度值，AQI由各項污染物的濃度數(shù)據(jù)計算而來。

實現(xiàn)AQI監(jiān)測功能的具體方案如下：

1）根據(jù)各項污染物的實測濃度分別計算出六項污染物的IAQI（Individual Air Quality Index，空氣質(zhì)量分指數(shù)），計算公式為：

其中C代表該項污染物的濃度。各項污染物濃度限值與空氣質(zhì)量分指數(shù)的對照表如表1所示，BPH和BPL代表在表1中與該濃度C相近的高位值和低位值，IAQIH和IAQIL表示在表1中BPH和BPL對應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)的值。

表1 污染物濃度限值與空氣質(zhì)量分指數(shù)對照表

2）從六項污染物的IAQI中取最大的一個值即為空氣質(zhì)量指數(shù)AQI。

3）根據(jù)計算得到的AQI數(shù)值，確定對應(yīng)的空氣質(zhì)量級別、類別和用來表示的顏色，對照如表2所示。無數(shù)據(jù)時用灰色表示。

表2 空氣質(zhì)量指數(shù)AQI對照表

4）根據(jù)不同的可視化方案（平面渲染圖、GIS圖、曲線圖）進行實現(xiàn)，用圖形的方式進行直觀展示以實現(xiàn)監(jiān)測。

2.2 平面圖功能

平面圖功能是將NCL制作的產(chǎn)品圖根據(jù)需求在系統(tǒng)中展示。實現(xiàn)的邏輯如下：

1）根據(jù)前臺傳入?yún)?shù)，剛進入頁面或點擊了查詢最新按鈕時都需查詢最新的產(chǎn)品圖；

2）按規(guī)則拼裝產(chǎn)品路徑和圖片名；

3）在存放產(chǎn)品圖的服務(wù)器相應(yīng)目錄下查詢是否有對應(yīng)圖片；

4）無產(chǎn)品則返回“無產(chǎn)品”樣式的圖片地址；

5）有產(chǎn)品則將該產(chǎn)品圖地址（url）和圖例地址（legend）返回，若是查詢最新則加上最新產(chǎn)品的時間。

項目的開發(fā)遵循組件化和模塊化的思想，抽象出公共的組件以便不同的模塊可以共用。在平面圖中，平面圖的顯示與播放都是封裝好的組件，在jsp頭部嵌入便可進行調(diào)用。

以空氣質(zhì)量平面圖為例，對應(yīng)的js文件airquality_qv.js中，以ajax的方式實現(xiàn)前后臺數(shù)據(jù)傳遞。queryDate是一個對象，包含了time（時間），area（選擇的區(qū)域，共包括華東、浙江和溫州三個尺度），productID（選擇的產(chǎn)品編號），type（產(chǎn)品的類型，如PB代表色斑圖）interval（時間列表的間隔）和（一次返回的條數(shù)num），后臺根據(jù)前臺傳入的信息查詢后返回數(shù)據(jù)。

在控制層AirQualityController中有對應(yīng)的queryBaseProductInfo方法，在之前添加注解@RequestMapping進行標(biāo)注，使得http請求可以找到對應(yīng)方法?？刂茖咏邮盏角芭_傳入的各項參數(shù)交給airQualityService進行實現(xiàn)，調(diào)用airQualityService中的queryQuickView方法。在AirQualityServiceImp中queryQuickView進行具體實現(xiàn)，調(diào)用公共的查詢產(chǎn)品圖方法MyQuickViewFinder（平面圖查詢）。MyQuickViewFinder實現(xiàn)的方法包括：searchLatest（查詢最新產(chǎn)品圖），query（精確查詢對應(yīng)產(chǎn)品圖），traverse（對獲得的List進行翻轉(zhuǎn)），parse（解析配置文件）等。產(chǎn)品圖和圖例的地址在單獨的配置文件nclpath.xml中，后臺對配置文件進行解析，在相應(yīng)路徑下查找并返回結(jié)果。

獲得的結(jié)果裝入map對象的objectData返回給前臺，前臺js中通過res.objectData進行獲取。獲取的list中包含有20條數(shù)據(jù)，每條數(shù)據(jù)都對應(yīng)了列表中一個時刻的產(chǎn)品，包含的內(nèi)容有：url（產(chǎn)品圖的地址），legend（圖例的地址），time（該產(chǎn)品的時間），title（圖片標(biāo)題）。隨后調(diào)用平面圖的組件，在頁面中加載相應(yīng)的div。

以環(huán)境氣象要素監(jiān)測中空氣質(zhì)量監(jiān)測為例。點擊后首先進入平面圖，默認顯示最新有產(chǎn)品的時間，可點擊向前、向后按鈕或點擊控件選擇時間查詢所需的產(chǎn)品，也可在時間列表點擊事件查詢對應(yīng)時間的產(chǎn)品圖?？諝赓|(zhì)量監(jiān)測產(chǎn)品包括空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）和六項污染物（PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2、CO），根據(jù)產(chǎn)品的不同，圖例會相應(yīng)改變。圖片上有向前向后箭頭對應(yīng)時間控件的按鈕。在右側(cè)可對地域尺度進行選擇，選擇不同的市區(qū)縣進行具體區(qū)域產(chǎn)品的展示，勾選不同的圖層可以顯示或隱藏不同的邊界和名稱如區(qū)縣界和區(qū)縣名；還可設(shè)置播放速度進行播放，顯示產(chǎn)品在時間列表內(nèi)的變化趨勢。實現(xiàn)效果如圖1所示。

圖1 大氣環(huán)境監(jiān)測空氣質(zhì)量平面圖展示

除單張產(chǎn)品圖外，還可進行多種產(chǎn)品的疊加，此時的實現(xiàn)方法是：無時間列表的情況下，返回數(shù)據(jù)格式為勾選幾個產(chǎn)品，list中包含幾條數(shù)據(jù)；有時間列表的情況下，list中數(shù)據(jù)條數(shù)等于時間列表數(shù)量，一條數(shù)據(jù)中再包含勾選的幾種產(chǎn)品圖數(shù)據(jù)。圖2為多產(chǎn)品疊加的效果。

圖2 大氣環(huán)境監(jiān)測動力因子平面圖展示

2.3 GIS圖功能

由于大氣環(huán)境和相關(guān)氣象要素的平面渲染圖通過NCL制作平面圖的方式實現(xiàn)，在GIS模塊中無需通過另外的插值方法進行處理，直接通過讀取站點數(shù)據(jù)或城市數(shù)據(jù)進行整體的展示。

GIS共用的開發(fā)在單獨的模塊中進行，編寫共用的js文件提供公用方法，將ArcGIS的相關(guān)js、css文件如init.js等嵌入到j(luò)sp頭部，在需要調(diào)用GIS模塊的對應(yīng)js中進行聯(lián)調(diào)即可使用。以空氣質(zhì)量為例，在airquality_gis.jsp中創(chuàng)建加載GIS地圖的容器“＜div id = ‘giscontainer’＞”，調(diào)用initMap()方法初始化地圖，在initMap()中傳入需要的參數(shù)，包括容器id如“giscontainer”，加載點擊事件的回調(diào)函數(shù)等。在airquality_gis.jsp對應(yīng)的js文件airquality_gis.js中，直接調(diào)用GIS中的方法進行地圖相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取和操作。

整個GIS圖的顯示由眾多圖層組成，圖層控制的核心是在不同的圖層上畫需要顯示的效果，或更改不同Layer的visible屬性為true或false來使某一圖層可見或不可見。例如分布圖、站點圖、風(fēng)場等都是不同的圖層，每一圖層由Graphic組成，由于Graphic本身不能設(shè)置事件監(jiān)聽，因此通過esri.layers.GraphicsLayer方法創(chuàng)建包含多個Graphic的圖層實現(xiàn)對點擊、鼠標(biāo)移動等事件的監(jiān)聽，用map.addLayers來添加；在選擇面板中點擊了不同的產(chǎn)品選項會首先調(diào)用map.removeLayer方法將其他的圖層清除再將選中的圖層顯示。

地圖的底圖是切片圖層，通過繼承esri.layers.TiledMapServiceLayer，加載一系列切片圖完成底圖的顯示，切片圖由ArcGIS Server發(fā)布。在導(dǎo)航條有放大、縮小和拖動（即漫游）的功能，由Navigation模塊實現(xiàn)。

GIS圖的顯示有兩種形式，一種是點位圖，按站點顯示，一種是分布圖，按照某一要素市區(qū)縣的不同來顯示不同區(qū)塊的分布，同個市區(qū)縣的區(qū)域內(nèi)填充相同的色塊。前端查詢時通過queryGISInfo.do訪問到控制層對應(yīng)方法，傳入的queryData中包括type（查詢類型，市區(qū)縣的分布圖或是站點的點位圖）、time（查詢時間）、product（產(chǎn)品，如AQI、六項污染物或其他氣象要素），對應(yīng)的類型獲取到的后臺數(shù)據(jù)格式、調(diào)用的GIS方法如表3所示。

GISStation和GISCity兩個方法已在GIS的公用js文件中定義實現(xiàn)，根據(jù)不同產(chǎn)品的類型和等級，按照規(guī)定顯示顏色。

GIS圖中每一區(qū)域都綁定了click點擊事件，點擊后會彈出對應(yīng)區(qū)域的曲線圖，前臺傳入時間、區(qū)域、產(chǎn)品，采用queryDetail方法查詢。

GIS區(qū)縣分布圖、站點點位圖的實現(xiàn)效果分別如圖3、圖4所示。

點擊表格按鈕，可將所有市區(qū)縣或站點的空氣質(zhì)量相關(guān)信息在彈出框中顯示，調(diào)用queryTable方法進行查詢實現(xiàn)。如圖5所示。

表3 GIS數(shù)據(jù)格式與調(diào)用方法

圖3 大氣環(huán)境監(jiān)測GIS分布圖展示

圖4 大氣環(huán)境監(jiān)測GIS點位圖展示

圖5 大氣環(huán)境監(jiān)測GIS表格展示

2.4 統(tǒng)計圖表功能

平面產(chǎn)品圖和GIS地圖顯示的是不同要素在不同區(qū)域的分布狀況，當(dāng)需要查看某項要素在某一地區(qū)隨著時間變化的趨勢時，則采用統(tǒng)計圖的方式進行展示更加合適。統(tǒng)計圖的實現(xiàn)采用Highcharts的方法，已在項目中引入Highcharts包。

圖表的繪制有多種不同的綁定容器的方法，以一個id為mychart的div為例。

方法一：$(“#mychart”).highcharts({options})；

方法二：var chart = new Highcharts.Chart(“mychart”,{options})；

方法三：var chart = new Highcharts.Chart({chart:{renderTo: “mychart”},…})；

用highcharts繪制的圖表支持下載，需要在頭部引入exporting.js，并在option中做設(shè)置。

option是關(guān)于highcharts繪制的相關(guān)屬性設(shè)置，系統(tǒng)中涉及到的常用的內(nèi)容有如下幾項：

chart：圖表的基本設(shè)置，主要包括renderTo（繪制圖表的容器id），type（圖表的類型，默認為折線圖line，曲線圖spline，柱狀圖column，條形圖bar，餅圖pie），width（寬度），height（高度），backgroundColor（圖表背景），events（設(shè)置圖表的一些事件如load、click）等；

title、subtitle：設(shè)置圖表標(biāo)題或子標(biāo)題的文字、位置、樣式等；

xAxis：x軸的相關(guān)屬性，如categories（x軸顯示的標(biāo)簽，以數(shù)組的形式表示），labels（對x軸標(biāo)簽的具體內(nèi)容和樣式進行控制），title（x軸的名稱），gridLineWidth（x軸標(biāo)簽對應(yīng)豎線的寬度），max（最大值），min（最小值）等；

yAxis：y軸的標(biāo)簽內(nèi)容等屬性，與x軸設(shè)置類似；

exporting：導(dǎo)出的相關(guān)設(shè)置，如enabled（是否允許導(dǎo)出，設(shè)置為false則被禁止），buttons（自己定義按鈕的圖片樣式等，包括打印按鈕printButton和導(dǎo)出按鈕exportButton），filename（導(dǎo)出文件的名稱），type（導(dǎo)出的格式）等；

tooltip：移動鼠標(biāo)到圖表上數(shù)據(jù)點顯示提示框的相關(guān)配置，如enabled（顯示提示框與否），formatter（對提示框內(nèi)容的顯示做控制），style（樣式）；

legend：圖例的設(shè)置，如enabled（顯示圖例與否），layout（兩種方式顯示，vertical垂直顯示或horizontal水平顯示），style（樣式）等；

plotOptions：圖表中數(shù)據(jù)列的相關(guān)設(shè)置，包括series（針對所有數(shù)據(jù)列通用的相關(guān)設(shè)置，如cursor設(shè)置鼠標(biāo)移動上去光標(biāo)的形狀，events設(shè)置點擊、顯示、點擊圖例等事件），line（針對折線圖進行設(shè)置，如線條粗細lineWidth，數(shù)據(jù)點的顯示樣式marker等），column（針對柱狀圖的設(shè)置）等，針對具體數(shù)據(jù)列樣式的會覆蓋通用設(shè)置；

series：圖表數(shù)據(jù)的具體設(shè)置，是一個數(shù)組，數(shù)組中可以是一種或幾種數(shù)據(jù)，每一種數(shù)據(jù)以{type:‘spline’,name: ‘AQI’，data: [69,87,72]}的形式表示，data數(shù)組中的內(nèi)容也可對每一點的內(nèi)容另做詳細設(shè)置，如series中的設(shè)置與在plotOptions中的設(shè)置項有重復(fù)，會覆蓋plotOptions中的設(shè)置。

加載圖表的時候，js文件中以ajax的方式發(fā)起請求，controller接收請求處理后返回從數(shù)據(jù)庫中讀取的數(shù)據(jù)，前臺獲取到response讀取的結(jié)果，將結(jié)果處理成highcharts規(guī)定的格式，調(diào)用highcharts的方法進行圖表的繪制。

以天氣形勢場預(yù)報中的OCF（最優(yōu)化集成釋用，一種數(shù)值預(yù)報的方法）為例，選取需要的區(qū)域和時間展示相應(yīng)的降水量柱狀圖和溫度曲線圖，實現(xiàn)的效果圖如圖6所示。

圖6 大氣環(huán)境監(jiān)測-OCF

3 大氣環(huán)境預(yù)警模塊

大氣環(huán)境預(yù)警根據(jù)實況監(jiān)測和預(yù)報趨勢的數(shù)據(jù)，自動識別出大氣重污染信息，并提供交互制作工作方便業(yè)務(wù)人員進行預(yù)警信號的制作，主要包括大氣污染預(yù)警、預(yù)警信號制作、預(yù)警信息發(fā)布、預(yù)警信息查詢。

預(yù)警按照嚴(yán)重程度分為藍色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警四種級別，依次用4表示，紅色預(yù)警最為嚴(yán)重。具體的對照如表4所示。

表4 預(yù)警級別對照表

預(yù)警模塊涉及到的文件主要包括warning.jsp，WarningController，WarningService，WarningDao，實體類Warning等。

3.1 大氣污染預(yù)警

登錄后點擊綜合預(yù)警模塊，后臺識別出有污染告警的區(qū)縣信息，在地圖上用預(yù)警等級的相對應(yīng)顏色進行填充并且閃爍告警，用彈出框展示有告警信息的區(qū)縣的AQI變化趨勢曲線圖，展示該區(qū)縣過去7天及未來3天的AQI變化趨勢，其中實際監(jiān)測到的實況數(shù)據(jù)用柱狀圖表示，預(yù)報的數(shù)據(jù)用曲線圖表示。如果多個區(qū)縣都有污染告警的信息，則用不同的標(biāo)簽頁來顯示，選擇相應(yīng)的區(qū)縣名稱進行查看。當(dāng)不存在預(yù)警信息時，地圖顯示空白狀態(tài)。如圖7、圖8所示。

圖7 大氣污染預(yù)警-無預(yù)警信息

圖8 大氣污染預(yù)警-有預(yù)警信息

3.2 預(yù)警信號制作

制作預(yù)警信號主要是獲取到點擊的區(qū)域進行顏色的填充，添加click事件，獲取到點擊位置的屬性evt.graphic.attributes。

點擊右下角的預(yù)警制作按鈕，彈出選擇是否制作預(yù)警信號的頁面，選擇相應(yīng)的預(yù)警顏色。當(dāng)選擇“否”時，再次彈窗確認取消告警提示，確定不進行預(yù)警則關(guān)閉告警，清除地圖上閃爍的填充顏色。如選擇制作預(yù)警信號，則彈出選擇框選擇是落區(qū)訂正還是區(qū)域訂正，落區(qū)訂正即直接在地圖上進行點擊，在點擊中的區(qū)縣填充相應(yīng)的預(yù)警信號，區(qū)域訂正即通過勾選區(qū)縣名，直接在地圖上對應(yīng)的區(qū)域生成預(yù)警信號的顏色填充。選擇完畢后點擊生成預(yù)警信號，彈出制作面板可以進行制作，編輯相應(yīng)的文字信息保存，預(yù)警信號即制作成功。如圖9所示。

圖9 預(yù)警制作選擇

3.3 預(yù)警信息發(fā)布

在右下角的預(yù)警修改中點擊，可管理所有制作好的預(yù)警信號，包括修改、刪除和發(fā)布。不同級別的用戶登錄后，可以獲取到參考的預(yù)警數(shù)據(jù)和制作好的預(yù)警信息，結(jié)合氣象局對大氣成分的主觀預(yù)報和環(huán)保局對污染要素的實況監(jiān)測數(shù)據(jù)，對預(yù)警信息進行修改訂正，聯(lián)合會商，最終對預(yù)警信息進行發(fā)布。相應(yīng)的大氣重污染預(yù)警信號公告可生成預(yù)覽界面保存到本地，生成Word文檔。如圖10所示。

圖10 預(yù)警信號修改發(fā)布

3.4 預(yù)警信息查詢

預(yù)警查詢是對制作的預(yù)警信息進行查詢，可以根據(jù)預(yù)警的發(fā)布單位、類型、級別和編號精準(zhǔn)查詢。輸入開始時間、結(jié)束時間、發(fā)布單位、預(yù)警類型、預(yù)警級別、預(yù)警編號等信息進行條件選擇，點擊查詢按鈕，可以查詢到符合條件的預(yù)警信息，以列表的方式展示，如沒有則顯示空。點擊導(dǎo)出按鈕可以將查詢到的預(yù)警信息以表格的形式導(dǎo)出到本地。如圖11所示。

圖11 預(yù)警信息查詢

4 結(jié)論

本文詳細說明了大氣環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，包括系統(tǒng)開發(fā)平臺的選擇、SSM框架的搭建，用NCL繪制環(huán)保及氣象產(chǎn)品圖的步驟，ArcGIS API for JavaScript的部署開發(fā)，介紹了大氣環(huán)境監(jiān)測模塊和大氣環(huán)境預(yù)警模塊的詳細實現(xiàn)。其中大氣環(huán)境監(jiān)測模塊包括了將NCL繪制的各種產(chǎn)品圖進行展示，基于GIS進行環(huán)保、氣象數(shù)據(jù)的展示與交互，基于highcharts工具的圖表展示；大氣環(huán)境預(yù)警模塊是基于GIS進行預(yù)警信號的展示與交互繪制。