基于WEB的空气负氧离子预报系统的设计与实现

丁 圣， 田云平，李成鹏，王 宝

（1.玉溪市气象局，云南 玉溪 653100；2.云南省人工影响天气中心，云南 昆明 650031）

0 前言

空气负氧离子是指空气中的氧分子结合了自由电子而形成的带负电荷的氧气离子。负氧离子含量的多少是反映空气质量和大气环境状况的重要指标，由于负氧离子对人体的保健作用，受到人们的普遍关注，被誉为“空气维生素”。

为配合“生态立市，旅游兴市”的发展战略，玉溪市气象局从2008年采购了国内唯一通过气象专用技术装备使用许可证的威德创新科技（北京）有限公司WIMD-B1型设备建立玉溪市大气负氧离子自动测报系统，开始采集并记录各县、区气象站及主要风景点逐时负氧离子浓度观测数据，成为云南省首个开展负氧离子监测点城市。使用连续4年来14个大气负氧离子实时观测资料，采用数理统计方法，对玉溪市空气负氧离子浓度与气象因子的关系做进一步分析，明确主要影响因子以及影响因子与空气负氧离子浓度的关系，建立预报模型，并据此建立了空气负氧离子浓度监测预报系统投入业务运行。

1 系统设计

本系统是基于WEB网页的玉溪市各县、区和主要景区的负氧离子浓度监测预报发布平台，每天定时发布负氧离子浓度数值和等级预报，需要满足以下功能：①实时采集负氧离子每小时监测数据；②每小时计算下一小时的负氧离子浓度预报；③每天计算未来24小时负氧离子浓度预报；④通过因特网发布相应监测和预报网页供大众浏览；⑤能够保存、补充生成历史监测和预报数据库。

系统需求的数据包括：负氧离子监测数据、负氧离子分级依据、温度和湿度的监测数据、负氧离子监测点和气象站监测点的经纬度和海拔高度等地理信息元数据。

1.1 系统架构

根据功能需求分析，设计出系统架构图（图1）。系统分为3个模块：实时监测发布模块、预报发布模块、历史预报数据检验模块。

实时监测发布模块的功能是调用负氧离子监测数据库中的数据发布到网站中。

预报发布模块分2个功能，分别是负氧离子浓度小时预报和日预报数据。

其中日预报的负氧离子浓度是日最大浓度，预报方程同小时预报方程。

历史预报检验模块的功能是保存和补充生成历史的预报数据由于预报检验，分2个子模块，分别是历史小时预报和日预报数据，需要保存在历史预报数据库中。

1.2 系统流程

系统流程设计如图2。系统首先采集气象要素和负氧离子监测数据生成相应的数据库，监测发布模块从负氧离子监测数据库读取实时监测数据，生成JSON文件FTP发布到网站上。预报发布模块从气象观测数据库读取实时气象要素（湿度或温度），根据预报方程生成预报数据库后，再生成JSON文件FTP发布到网站，如果气象数据出现缺测，负氧离子预报按缺测发布，不进行数据插值处理。

图2 系统发布流程图

2 系统功能

2.1 系统组织架构

系统采用3层架构（图3），使用微软公司的VS2012集成工具开发，开发语言c#，使用ASP．NET技术和SQLSERVER2005数据库，服务器端程序读取后台数据库相关数据计算后发布到服务器JSON文件，公众只要接入Internet浏览玉溪气象网网站就可以直接查看负氧离子的监测和预报结果。系统架构如图3所示。

数据层涉及3种数据对应不同的数据库，气象要素监测数据库、负氧离子监测数据库和负氧离子预报数据库。服务层根据数据层实现监测发布、预报发布和历史检验三大功能模块。表现层是前台网页的展示，设计好网页界面后，网页文件自动调用JSON文件显示监测和预报结果。

2.2 系统功能实现关键技术

系统采用ADO.NET技术连接和读写后台的数据库，将FTP功能封装类后，调用并完成监测和预报JSON文件的发布。

JSON（JavaScript Object Notation） 是一种轻量级的数据交换格式，它基于JavaScript的一个子集。 JSON采用完全独立于语言的文本格式，这些特性使JSON成为理想的数据交换语言，易于人们阅读和编写，同时也易于机器解析和生成。JSON不像XML那样需要有严格的闭合标签，作为数据包格式传输的时候具有更高的效率，这使得有效数据量与总数据包比大大提升，从而减少同等数据流量的情况下，网络的传输压力。

前台ASPX页面读取目录中JSON文件中的数据直接显示出来，网站发布的监测和预报结果界面（图4），左边是预报数据页面，右边是监测数据页面。

3 小结

1）玉溪市负氧离子监测预报发布系统是云南省首个投入业务应用的负氧离子预报系统，面向公众发布各县、区和主要风景点的负氧离子监测和预报结果，对促进生态建设和旅游开发具有重要意义。

2）系统稳定性较好，服务器自动定时计算，自动上传网站，无需人工维护，便于推广应用。

3）随着智能手机的普及，下一步将考虑制作面向移动端的监测预报显示软件。

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

[2] 王宝，张自祥，赵爽.玉溪空气负氧离子变化特征分析[J].云南地理环境研究，2011，23（6） :92-95.

[3] 张文彤，SPSS统计分析高级教程[M].北京:高等教育出版社，2009：95-208.