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(fù)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(fù)電荷的氧氣離子。負(fù)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(biāo)，由于負(fù)氧離子對(duì)人體的保健作用，受到人們的普遍關(guān)注，被譽(yù)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(gòu)了國(guó)內(nèi)唯一通過(guò)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(fù)氧離子自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，開(kāi)始采集并記錄各縣、區(qū)氣象站及主要風(fēng)景點(diǎn)逐時(shí)負(fù)氧離子濃度觀測(cè)數(shù)據(jù)，成為云南省首個(gè)開(kāi)展負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)點(diǎn)城市。使用連續(xù)4年來(lái)14個(gè)大氣負(fù)氧離子實(shí)時(shí)觀測(cè)資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)玉溪市空氣負(fù)氧離子濃度與氣象因子的關(guān)系做進(jìn)一步分析，明確主要影響因子以及影響因子與空氣負(fù)氧離子濃度的關(guān)系，建立預(yù)報(bào)模型，并據(jù)此建立了空氣負(fù)氧離子濃度監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是基于WEB網(wǎng)頁(yè)的玉溪市各縣、區(qū)和主要景區(qū)的負(fù)氧離子濃度監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)布平臺(tái)，每天定時(shí)發(fā)布負(fù)氧離子濃度數(shù)值和等級(jí)預(yù)報(bào)，需要滿足以下功能：①實(shí)時(shí)采集負(fù)氧離子每小時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；②每小時(shí)計(jì)算下一小時(shí)的負(fù)氧離子濃度預(yù)報(bào)；③每天計(jì)算未來(lái)24小時(shí)負(fù)氧離子濃度預(yù)報(bào)；④通過(guò)因特網(wǎng)發(fā)布相應(yīng)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)網(wǎng)頁(yè)供大眾瀏覽；⑤能夠保存、補(bǔ)充生成歷史監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)需求的數(shù)據(jù)包括：負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、負(fù)氧離子分級(jí)依據(jù)、溫度和濕度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)點(diǎn)和氣象站監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(jì)出系統(tǒng)架構(gòu)圖（圖1）。系統(tǒng)分為3個(gè)模塊：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)布模塊、預(yù)報(bào)發(fā)布模塊、歷史預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)?zāi)K。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)布模塊的功能是調(diào)用負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)站中。

預(yù)報(bào)發(fā)布模塊分2個(gè)功能，分別是負(fù)氧離子濃度小時(shí)預(yù)報(bào)和日預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

其中日預(yù)報(bào)的負(fù)氧離子濃度是日最大濃度，預(yù)報(bào)方程同小時(shí)預(yù)報(bào)方程。

歷史預(yù)報(bào)檢驗(yàn)?zāi)K的功能是保存和補(bǔ)充生成歷史的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)由于預(yù)報(bào)檢驗(yàn)，分2個(gè)子模塊，分別是歷史小時(shí)預(yù)報(bào)和日預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，需要保存在歷史預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.2 系統(tǒng)流程

系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)如圖2。系統(tǒng)首先采集氣象要素和負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，監(jiān)測(cè)發(fā)布模塊從負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生成JSON文件FTP發(fā)布到網(wǎng)站上。預(yù)報(bào)發(fā)布模塊從氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取實(shí)時(shí)氣象要素（濕度或溫度），根據(jù)預(yù)報(bào)方程生成預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)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(cè)，負(fù)氧離子預(yù)報(bào)按缺測(cè)發(fā)布，不進(jìn)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(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言c#，使用ASP．NET技術(shù)和SQLSERVER2005數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器端程序讀取后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算后發(fā)布到服務(wù)器JSON文件，公眾只要接入Internet瀏覽玉溪?dú)庀缶W(wǎng)網(wǎng)站就可以直接查看負(fù)氧離子的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)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(duì)應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，氣象要素監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)和負(fù)氧離子預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)層根據(jù)數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)發(fā)布、預(yù)報(bào)發(fā)布和歷史檢驗(yàn)三大功能模塊。表現(xiàn)層是前臺(tái)網(wǎng)頁(yè)的展示，設(shè)計(jì)好網(wǎng)頁(yè)界面后，網(wǎng)頁(yè)文件自動(dòng)調(diào)用JSON文件顯示監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)結(jié)果。

2.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

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

JSON（JavaScript Object Notation） 是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，它基于JavaScript的一個(gè)子集。 JSON采用完全獨(dú)立于語(yǔ)言的文本格式，這些特性使JSON成為理想的數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言，易于人們閱讀和編寫(xiě)，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成。JSON不像XML那樣需要有嚴(yán)格的閉合標(biāo)簽，作為數(shù)據(jù)包格式傳輸?shù)臅r(shí)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(tái)ASPX頁(yè)面讀取目錄中JSON文件中的數(shù)據(jù)直接顯示出來(lái)，網(wǎng)站發(fā)布的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)結(jié)果界面（圖4），左邊是預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)頁(yè)面，右邊是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)頁(yè)面。

3 小結(jié)

1）玉溪市負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)布系統(tǒng)是云南省首個(gè)投入業(yè)務(wù)應(yīng)用的負(fù)氧離子預(yù)報(bào)系統(tǒng)，面向公眾發(fā)布各縣、區(qū)和主要風(fēng)景點(diǎn)的負(fù)氧離子監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)結(jié)果，對(duì)促進(jìn)生態(tài)建設(shè)和旅游開(kāi)發(fā)具有重要意義。

2）系統(tǒng)穩(wěn)定性較好，服務(wù)器自動(dòng)定時(shí)計(jì)算，自動(dòng)上傳網(wǎng)站，無(wú)需人工維護(hù)，便于推廣應(yīng)用。

3）隨著智能手機(jī)的普及，下一步將考慮制作面向移動(dòng)端的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)顯示軟件。

[1] Korublue IH.The clinical effect of aeroionization [J].Medical Biometerology， 2008（3）:16-18.

[2] 王寶，張自祥，趙爽.玉溪空氣負(fù)氧離子變化特征分析[J].云南地理環(huán)境研究，2011，23（6） :92-95.

[3] 張文彤，SPSS統(tǒng)計(jì)分析高級(jí)教程[M].北京:高等教育出版社，2009：95-208.