龔佳娛，席旭鳳

撫州市臨川區(qū)氣象局，江西撫州 344000

近些年霧霾在我國(guó)的頻發(fā)，人們對(duì)空氣質(zhì)量提出了更高的要求?？諝庳?fù)離子(NAI)對(duì)環(huán)境和人的身體健康具有特殊功效，包括殺菌、降塵、凈化空氣、提高免疫力、調(diào)節(jié)機(jī)能平衡的功效，是綜合反映空氣質(zhì)量的重要指標(biāo)，影響人類福祉乃至生存的主要城市環(huán)境，因而被譽(yù)為“空氣維生素和生長(zhǎng)素”[1-2]，對(duì)人居環(huán)境有重要意義。隨著近年來(lái)生態(tài)文明建設(shè)的不斷推進(jìn)，生態(tài)氣象服務(wù)快速發(fā)展，生態(tài)氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)受到越來(lái)越多的重視，其中負(fù)離子觀測(cè)項(xiàng)目作為生態(tài)氣象觀測(cè)當(dāng)中的重要觀測(cè)項(xiàng)目，成為氣象綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)中不可或缺的組成部分[3]。

1 負(fù)離子觀測(cè)在撫州氣象部門發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心及中國(guó)氣象服務(wù)協(xié)會(huì)等各部門團(tuán)體公布的天然氧吧名單中，撫州總是榜上有名。在生態(tài)氣象觀測(cè)快速發(fā)展的進(jìn)程中，撫州氣象部門生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)也在不斷建設(shè)完善中，其中負(fù)離子監(jiān)測(cè)方面，現(xiàn)已建成6個(gè)采用奧斯恩廠家生產(chǎn)的負(fù)離子觀測(cè)站，分別位于臨川、崇仁、東鄉(xiāng)、黎川、資溪、廣昌等地。各個(gè)觀測(cè)站通過(guò)奧斯恩租用的云服務(wù)器接收環(huán)境負(fù)離子數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在奧斯恩云數(shù)據(jù)庫(kù)中，而由于奧斯恩產(chǎn)品的獨(dú)立分布式運(yùn)行的特征，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地化查詢顯示和內(nèi)部數(shù)據(jù)共享，只能在各站就地進(jìn)行查詢監(jiān)測(cè)。隨著氣象現(xiàn)代化不斷推進(jìn)，智能化、自動(dòng)化的觀測(cè)模式已成為氣象業(yè)務(wù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)分布式站點(diǎn)觀測(cè)，集中式數(shù)據(jù)查詢已是氣象行業(yè)發(fā)展方向。因此室外觀測(cè)設(shè)備環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；室內(nèi)集中本地化查詢和內(nèi)部數(shù)據(jù)共享的需求變得尤為突出[4]。

為解決負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)本地化查詢和內(nèi)部數(shù)據(jù)共享的需求，滿足撫州市生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)中負(fù)離子觀測(cè)業(yè)務(wù)正?；\(yùn)行，提高設(shè)備運(yùn)行效率和實(shí)時(shí)監(jiān)控，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一套實(shí)時(shí)連接各遠(yuǎn)程負(fù)離子觀測(cè)站，實(shí)現(xiàn)集中本地化數(shù)據(jù)查詢和共享的平臺(tái)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 撫州市生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 功能分析

建立規(guī)范、統(tǒng)一、高效、便捷的生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，滿足從管理層到觀測(cè)人員各層級(jí)人員對(duì)氣象觀測(cè)報(bào)表、氣象觀測(cè)圖像、氣象觀測(cè)參數(shù)的研究決策、業(yè)務(wù)管理、評(píng)價(jià)分析、指標(biāo)預(yù)測(cè)、資料歸檔等工作需求將極大提高氣象部門的工作效率。生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)作為一個(gè)整合氣象部門各業(yè)務(wù)模塊的一體化系統(tǒng)平臺(tái)，其中負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢將作為一個(gè)獨(dú)立的業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)。

撫州市氣象局目前已建的6個(gè)奧斯恩負(fù)離子觀測(cè)站，各觀測(cè)站位于遠(yuǎn)程觀測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)就地存儲(chǔ)并上傳至云服務(wù)器。當(dāng)前的省級(jí)負(fù)離子觀測(cè)系統(tǒng)，主要是針對(duì)特定廠商設(shè)備進(jìn)行處理，奧斯恩廠商的設(shè)備無(wú)法接入，若要實(shí)現(xiàn)氣象工作人員集中本地化數(shù)據(jù)查詢和共享，負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)按照業(yè)務(wù)需求需要實(shí)現(xiàn)以下功能:（1）建立負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)表包含負(fù)離子觀測(cè)中觀測(cè)數(shù)據(jù)的要素字段；（2）從云服務(wù)器自動(dòng)下載各觀測(cè)站觀測(cè)的負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù),并寫入創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫(kù)，并形成標(biāo)準(zhǔn)格式文本文件，本地化保存；（3）負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)Web查詢與統(tǒng)計(jì)，并實(shí)時(shí)顯示。

在實(shí)現(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)上，考慮到未來(lái)生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)功能擴(kuò)展的需求以及氣象工作者的操作使用習(xí)慣制定了以下平臺(tái)設(shè)計(jì)原則：（1）平臺(tái)界面應(yīng)該遵循簡(jiǎn)潔、清晰、友好，布局合理，操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)單并且氣象工作者熟悉的界面風(fēng)格；（2）平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)清晰，各功能模塊形式一致，功能區(qū)域按需分割，各菜單統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，便于操作人員的操作；（3）平臺(tái)需要具有可擴(kuò)展性和兼容性，整個(gè)平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)原則，預(yù)留出其他生態(tài)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)接口，能夠根據(jù)生態(tài)氣象觀測(cè)需求變化開(kāi)發(fā)新增的模塊，在原模塊結(jié)構(gòu)不變的情況下，可以在后續(xù)調(diào)整各模塊內(nèi)部功能。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

按照以上功能要求和平臺(tái)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)的構(gòu)架與設(shè)計(jì)，如圖1所示。通過(guò)收集分析全市現(xiàn)有奧斯恩負(fù)離子觀測(cè)站基本參數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸方式和數(shù)據(jù)格式，確定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和查詢平臺(tái)框架；客戶端采用C#設(shè)計(jì)，定時(shí)從云服務(wù)器下載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存入數(shù)據(jù)庫(kù)；后臺(tái)采用PHP語(yǔ)言編程，通過(guò)WebGIS實(shí)現(xiàn)負(fù)離子站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳情況及數(shù)據(jù)顯示功能[5]，實(shí)現(xiàn)負(fù)離子站數(shù)據(jù)時(shí)、日、月、年查詢，根據(jù)業(yè)務(wù)需要可進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，最大化地滿足全市負(fù)離子觀測(cè)業(yè)務(wù)正?；⒏咝Щ\(yùn)行。

圖1 負(fù)離子數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)構(gòu)架

2.2.1 負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)（1）平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)需要一種便于靈活存儲(chǔ)，并且讀取速度快的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，MySQL作為一種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，正好符合這一特點(diǎn)，他并沒(méi)有把全部數(shù)據(jù)放在一個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之中，而是將數(shù)據(jù)按照表進(jìn)行區(qū)分后分別存儲(chǔ)；采用了數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)最常用的標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言SQL，同時(shí)具有體積小、速度快、使用成本低、源代碼開(kāi)放的優(yōu)勢(shì)，因此MySQL作為一種數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)被廣泛采用。

（2）根據(jù)奧斯恩負(fù)離子觀測(cè)站類型和數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)格式，建立本地負(fù)離子觀測(cè)站數(shù)據(jù)庫(kù)，負(fù)離子數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)表分為：站點(diǎn)信息表、分鐘平均數(shù)據(jù)表、小時(shí)平均數(shù)據(jù)表、日平均數(shù)據(jù)表。其中，分鐘平均數(shù)據(jù)表、小時(shí)平均數(shù)據(jù)表、日平均數(shù)據(jù)表為每個(gè)站點(diǎn)1個(gè)表，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)下載客戶端為了有效利用Microsoft.NET平臺(tái)所具有的一整套系統(tǒng)服務(wù)和開(kāi)發(fā)工具，觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)客戶端采用C#作為編程語(yǔ)言，基于其面向?qū)ο蟮奶匦钥梢愿鶕?jù)功能要求快捷高效的編寫基于Microsoft.NET平臺(tái)的各類應(yīng)用。

JASON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，具有數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔清晰的特點(diǎn)，其用于存儲(chǔ)和表示數(shù)據(jù)的文本格式完全獨(dú)立于編程語(yǔ)言，易于編程人員閱讀和編寫，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成，可以有效地提升網(wǎng)絡(luò)傳輸效率。

生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)客戶端采用C#語(yǔ)言設(shè)計(jì),與數(shù)據(jù)庫(kù)共用服務(wù)器，通過(guò)奧斯恩兼容的數(shù)據(jù)接口定時(shí)讀取并下載云服務(wù)器上存儲(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)JSON解析后入庫(kù)，并形成標(biāo)準(zhǔn)格式文本文件保存于本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中。云服務(wù)器數(shù)據(jù)接口基于標(biāo)準(zhǔn)的 HTTP POST 通信技術(shù)?？蛻舳斯ぷ髁鞒倘鐖D3。

圖3 客戶端工作流程

2.2.3 負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示W(wǎng)ebGIS是結(jié)合傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)GIS與Internet網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)，可以同時(shí)具備空間數(shù)據(jù)檢索、查詢、圖像輸出、編輯等基本GIS功能，也可以方便地在Internet上進(jìn)行地理信息的發(fā)布、共享和交流協(xié)作[6]。通過(guò)OpenLayers可以方便地訪問(wèn)WebGIS發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)格式的地圖數(shù)據(jù)。OpenLayers是一種開(kāi)發(fā)WebGIS客戶端開(kāi)發(fā)的JavaScript類庫(kù)包，編程人員可以利用OpenLayers快速實(shí)現(xiàn)通過(guò)客戶端/瀏覽器對(duì)地圖的基本瀏覽操作，還可以編寫自己的類庫(kù)和功能包擴(kuò)充所需的功能[7-8]。

生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)界面顯示W(wǎng)ebGIS客戶端前端采用Openlayers類庫(kù)包進(jìn)行開(kāi)發(fā)，后端采用PHP語(yǔ)言檢索站點(diǎn)信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收情況，還設(shè)置了對(duì)應(yīng)顏色報(bào)警提示，按時(shí)接收顯示綠色圖標(biāo)，超過(guò)3 min顯示紅色圖標(biāo)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備或者軟件問(wèn)題，進(jìn)行檢查和維修，界面如圖4所示。

圖4 負(fù)離子站數(shù)據(jù)接收情況圖

2.2.4 負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)EasyUI是一個(gè)前端開(kāi)發(fā)的框架，基于jQuery、Angular、Vue和React用戶界面插件集合。將常用的頁(yè)面開(kāi)發(fā)使用的組件進(jìn)行了封裝，前端開(kāi)發(fā)人員只需將EasyUI的資源導(dǎo)入項(xiàng)目后即可便捷地使用，快速提升開(kāi)發(fā)效率[9]。

生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)Web前端采用EasyUI顯示數(shù)據(jù),后端采用PHP語(yǔ)言查詢生成JSON數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)離子分鐘平均、小時(shí)平均、日平均、月平均、年平均查詢，最終實(shí)現(xiàn)本地化數(shù)據(jù)的顯示、查詢、和統(tǒng)計(jì)等功能，如圖5所示。

圖5 負(fù)離子站分鐘數(shù)據(jù)查詢

3 應(yīng)用及成效

自2020年撫州生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)方案設(shè)計(jì)立項(xiàng)以來(lái)，項(xiàng)目組遵循“整體規(guī)劃部署，分期實(shí)施建設(shè)”的執(zhí)行方針，經(jīng)過(guò)1年的時(shí)間，已經(jīng)完成了負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。撫州市生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)在研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采取邊研究邊應(yīng)用的方式，希望在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。平臺(tái)搭建后，設(shè)計(jì)研發(fā)人員在東鄉(xiāng)區(qū)、臨川區(qū)、黎川縣、崇仁縣等地進(jìn)行實(shí)地測(cè)試運(yùn)行，不斷進(jìn)行優(yōu)化改善，期間針對(duì)平臺(tái)使用者對(duì)系統(tǒng)界面以及實(shí)用功能的建議及時(shí)進(jìn)行升級(jí)改善。目前開(kāi)發(fā)調(diào)試工作全部結(jié)束，并在全市推廣投入生態(tài)氣象觀測(cè)實(shí)際業(yè)務(wù)運(yùn)行，效果顯著，并獲得了撫州市臨川區(qū)氣象局，崇仁縣氣象局，黎川縣氣象局，東鄉(xiāng)區(qū)氣象局等單位的實(shí)際應(yīng)用證明。

通過(guò)該平臺(tái)，用戶可隨時(shí)利用WEB頁(yè)面查詢到負(fù)離子站的負(fù)離子、PM2.5、溫濕度等要素?cái)?shù)據(jù)，平臺(tái)界面簡(jiǎn)潔，可實(shí)時(shí)直觀地查看站點(diǎn)故障情況，并能通過(guò)站名，查詢到分鐘平均、小時(shí)平均、日平均、月平均和年平均的負(fù)離子數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

撫州市氣象局生態(tài)氣象觀測(cè)負(fù)離子查詢平臺(tái)在我市投入業(yè)務(wù)運(yùn)行以來(lái)，全市負(fù)離子站檢維修效率及負(fù)離子觀測(cè)數(shù)據(jù)可用性有較大提高，該數(shù)據(jù)應(yīng)用在生態(tài)文明建設(shè)氣象保障服務(wù)中，為地方生態(tài)文明建設(shè)以及生態(tài)氣象行業(yè)的發(fā)展提供了科學(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。未來(lái)隨著生態(tài)氣象觀測(cè)需求的增加，可以逐漸擴(kuò)充負(fù)離子觀測(cè)站的品牌/廠家，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有主流品牌觀測(cè)站數(shù)據(jù)的兼容并實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)接口；還可進(jìn)一步在生態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)中擴(kuò)展其他類型觀測(cè)數(shù)據(jù)查詢功能以及其他生態(tài)氣象相關(guān)服務(wù)[10]，逐漸發(fā)展成為業(yè)務(wù)廣泛、功能齊全的一體化生態(tài)氣象觀測(cè)平臺(tái)，使撫州市氣象現(xiàn)代化水平得以提高，朝著觀測(cè)智能化、自動(dòng)化的方向穩(wěn)步發(fā)展。