龔佳娛，席旭鳳

撫州市臨川區(qū)氣象局，江西撫州 344000

近些年霧霾在我國的頻發(fā)，人們對空氣質(zhì)量提出了更高的要求?？諝庳撾x子(NAI)對環(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)機能平衡的功效，是綜合反映空氣質(zhì)量的重要指標，影響人類福祉乃至生存的主要城市環(huán)境，因而被譽為“空氣維生素和生長素”[1-2]，對人居環(huán)境有重要意義。隨著近年來生態(tài)文明建設的不斷推進，生態(tài)氣象服務快速發(fā)展，生態(tài)氣象觀測業(yè)務受到越來越多的重視，其中負離子觀測項目作為生態(tài)氣象觀測當中的重要觀測項目，成為氣象綜合觀測業(yè)務中不可或缺的組成部分[3]。

1 負離子觀測在撫州氣象部門發(fā)展現(xiàn)狀

中國氣象局公共氣象服務中心及中國氣象服務協(xié)會等各部門團體公布的天然氧吧名單中，撫州總是榜上有名。在生態(tài)氣象觀測快速發(fā)展的進程中，撫州氣象部門生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)也在不斷建設完善中，其中負離子監(jiān)測方面，現(xiàn)已建成6個采用奧斯恩廠家生產(chǎn)的負離子觀測站，分別位于臨川、崇仁、東鄉(xiāng)、黎川、資溪、廣昌等地。各個觀測站通過奧斯恩租用的云服務器接收環(huán)境負離子數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)存儲在奧斯恩云數(shù)據(jù)庫中，而由于奧斯恩產(chǎn)品的獨立分布式運行的特征，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)本地化查詢顯示和內(nèi)部數(shù)據(jù)共享，只能在各站就地進行查詢監(jiān)測。隨著氣象現(xiàn)代化不斷推進，智能化、自動化的觀測模式已成為氣象業(yè)務的主要發(fā)展趨勢，實現(xiàn)分布式站點觀測，集中式數(shù)據(jù)查詢已是氣象行業(yè)發(fā)展方向。因此室外觀測設備環(huán)境監(jiān)測數(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]。

為解決負離子觀測數(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)氣象觀測系統(tǒng)中負離子觀測業(yè)務正常化運行，提高設備運行效率和實時監(jiān)控，設計開發(fā)一套實時連接各遠程負離子觀測站，實現(xiàn)集中本地化數(shù)據(jù)查詢和共享的平臺具有重要的現(xiàn)實意義。

2 撫州市生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺設計關鍵技術(shù)

2.1 功能分析

建立規(guī)范、統(tǒng)一、高效、便捷的生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)平臺，滿足從管理層到觀測人員各層級人員對氣象觀測報表、氣象觀測圖像、氣象觀測參數(shù)的研究決策、業(yè)務管理、評價分析、指標預測、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)氣象觀測系統(tǒng)平臺作為一個整合氣象部門各業(yè)務模塊的一體化系統(tǒng)平臺，其中負離子觀測數(shù)據(jù)查詢將作為一個獨立的業(yè)務功能實現(xiàn)。

撫州市氣象局目前已建的6個奧斯恩負離子觀測站，各觀測站位于遠程觀測點，觀測數(shù)據(jù)就地存儲并上傳至云服務器。當前的省級負離子觀測系統(tǒng)，主要是針對特定廠商設備進行處理，奧斯恩廠商的設備無法接入，若要實現(xiàn)氣象工作人員集中本地化數(shù)據(jù)查詢和共享，負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺按照業(yè)務需求需要實現(xiàn)以下功能:（1）建立負離子觀測數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)表包含負離子觀測中觀測數(shù)據(jù)的要素字段；（2）從云服務器自動下載各觀測站觀測的負離子觀測數(shù)據(jù),并寫入創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫，并形成標準格式文本文件，本地化保存；（3）負離子觀測數(shù)據(jù)通過Web查詢與統(tǒng)計，并實時顯示。

在實現(xiàn)上述功能的基礎上，考慮到未來生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)功能擴展的需求以及氣象工作者的操作使用習慣制定了以下平臺設計原則：（1）平臺界面應該遵循簡潔、清晰、友好，布局合理，操作方便，維護簡單并且氣象工作者熟悉的界面風格；（2）平臺層次結(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)一標準，便于操作人員的操作；（3）平臺需要具有可擴展性和兼容性，整個平臺采用模塊化設計原則，預留出其他生態(tài)氣象觀測數(shù)據(jù)接口，能夠根據(jù)生態(tài)氣象觀測需求變化開發(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 關鍵技術(shù)

按照以上功能要求和平臺設計原則進行負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺的構(gòu)架與設計，如圖1所示。通過收集分析全市現(xiàn)有奧斯恩負離子觀測站基本參數(shù)、數(shù)據(jù)傳輸方式和數(shù)據(jù)格式，確定數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)和查詢平臺框架；客戶端采用C#設計，定時從云服務器下載實時數(shù)據(jù)并儲存入數(shù)據(jù)庫；后臺采用PHP語言編程，通過WebGIS實現(xiàn)負離子站實時數(shù)據(jù)上傳情況及數(shù)據(jù)顯示功能[5]，實現(xiàn)負離子站數(shù)據(jù)時、日、月、年查詢，根據(jù)業(yè)務需要可進行適應性調(diào)整，最大化地滿足全市負離子觀測業(yè)務正常化、高效化運行。

圖1 負離子數(shù)據(jù)查詢平臺設計開發(fā)構(gòu)架

2.2.1 負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（1）平臺數(shù)據(jù)庫需要一種便于靈活存儲，并且讀取速度快的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，MySQL作為一種關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，正好符合這一特點，他并沒有把全部數(shù)據(jù)放在一個數(shù)據(jù)倉庫之中，而是將數(shù)據(jù)按照表進行區(qū)分后分別存儲；采用了數(shù)據(jù)庫訪問最常用的標準化語言SQL，同時具有體積小、速度快、使用成本低、源代碼開放的優(yōu)勢，因此MySQL作為一種數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)被廣泛采用。

（2）根據(jù)奧斯恩負離子觀測站類型和數(shù)據(jù)傳輸方式、數(shù)據(jù)格式，建立本地負離子觀測站數(shù)據(jù)庫，負離子數(shù)據(jù)庫采用MySQL實現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫表分為：站點信息表、分鐘平均數(shù)據(jù)表、小時平均數(shù)據(jù)表、日平均數(shù)據(jù)表。其中，分鐘平均數(shù)據(jù)表、小時平均數(shù)據(jù)表、日平均數(shù)據(jù)表為每個站點1個表，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.2 負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺實時數(shù)據(jù)下載客戶端為了有效利用Microsoft.NET平臺所具有的一整套系統(tǒng)服務和開發(fā)工具，觀測數(shù)據(jù)查詢平臺客戶端采用C#作為編程語言，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平臺的各類應用。

JASON是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，具有數(shù)據(jù)層次結(jié)構(gòu)簡潔清晰的特點，其用于存儲和表示數(shù)據(jù)的文本格式完全獨立于編程語言，易于編程人員閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成，可以有效地提升網(wǎng)絡傳輸效率。

生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺客戶端采用C#語言設計,與數(shù)據(jù)庫共用服務器，通過奧斯恩兼容的數(shù)據(jù)接口定時讀取并下載云服務器上存儲的實時數(shù)據(jù)，通過JSON解析后入庫，并形成標準格式文本文件保存于本地數(shù)據(jù)庫中。云服務器數(shù)據(jù)接口基于標準的 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 負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺實時數(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)絡特點的網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)，可以同時具備空間數(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上進行地理信息的發(fā)布、共享和交流協(xié)作[6]。通過OpenLayers可以方便地訪問WebGIS發(fā)布的標準格式的地圖數(shù)據(jù)。OpenLayers是一種開發(fā)WebGIS客戶端開發(fā)的JavaScript類庫包，編程人員可以利用OpenLayers快速實現(xiàn)通過客戶端/瀏覽器對地圖的基本瀏覽操作，還可以編寫自己的類庫和功能包擴充所需的功能[7-8]。

生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺界面顯示W(wǎng)ebGIS客戶端前端采用Openlayers類庫包進行開發(fā)，后端采用PHP語言檢索站點信息和實時數(shù)據(jù)。根據(jù)實時數(shù)據(jù)接收情況，還設置了對應顏色報警提示，按時接收顯示綠色圖標，超過3 min顯示紅色圖標，便于及時發(fā)現(xiàn)設備或者軟件問題，進行檢查和維修，界面如圖4所示。

圖4 負離子站數(shù)據(jù)接收情況圖

2.2.4 負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計EasyUI是一個前端開發(fā)的框架，基于jQuery、Angular、Vue和React用戶界面插件集合。將常用的頁面開發(fā)使用的組件進行了封裝，前端開發(fā)人員只需將EasyUI的資源導入項目后即可便捷地使用，快速提升開發(fā)效率[9]。

生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺Web前端采用EasyUI顯示數(shù)據(jù),后端采用PHP語言查詢生成JSON數(shù)據(jù)，實現(xiàn)負離子分鐘平均、小時平均、日平均、月平均、年平均查詢，最終實現(xiàn)本地化數(shù)據(jù)的顯示、查詢、和統(tǒng)計等功能，如圖5所示。

圖5 負離子站分鐘數(shù)據(jù)查詢

3 應用及成效

自2020年撫州生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)平臺方案設計立項以來，項目組遵循“整體規(guī)劃部署，分期實施建設”的執(zhí)行方針，經(jīng)過1年的時間，已經(jīng)完成了負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺的設計和應用。撫州市生態(tài)氣象觀測系統(tǒng)負離子觀測數(shù)據(jù)查詢平臺在研究開發(fā)過程中，采取邊研究邊應用的方式，希望在實際應用中發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。平臺搭建后，設計研發(fā)人員在東鄉(xiāng)區(qū)、臨川區(qū)、黎川縣、崇仁縣等地進行實地測試運行，不斷進行優(yōu)化改善，期間針對平臺使用者對系統(tǒng)界面以及實用功能的建議及時進行升級改善。目前開發(fā)調(diào)試工作全部結(jié)束，并在全市推廣投入生態(tài)氣象觀測實際業(yè)務運行，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)氣象局等單位的實際應用證明。

通過該平臺，用戶可隨時利用WEB頁面查詢到負離子站的負離子、PM2.5、溫濕度等要素數(shù)據(jù)，平臺界面簡潔，可實時直觀地查看站點故障情況，并能通過站名，查詢到分鐘平均、小時平均、日平均、月平均和年平均的負離子數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

撫州市氣象局生態(tài)氣象觀測負離子查詢平臺在我市投入業(yè)務運行以來，全市負離子站檢維修效率及負離子觀測數(shù)據(jù)可用性有較大提高，該數(shù)據(jù)應用在生態(tài)文明建設氣象保障服務中，為地方生態(tài)文明建設以及生態(tài)氣象行業(yè)的發(fā)展提供了科學的數(shù)據(jù)基礎。未來隨著生態(tài)氣象觀測需求的增加，可以逐漸擴充負離子觀測站的品牌/廠家，實現(xiàn)對所有主流品牌觀測站數(shù)據(jù)的兼容并實現(xiàn)對應數(shù)據(jù)接口；還可進一步在生態(tài)觀測系統(tǒng)平臺中擴展其他類型觀測數(shù)據(jù)查詢功能以及其他生態(tài)氣象相關服務[10]，逐漸發(fā)展成為業(yè)務廣泛、功能齊全的一體化生態(tài)氣象觀測平臺，使撫州市氣象現(xiàn)代化水平得以提高，朝著觀測智能化、自動化的方向穩(wěn)步發(fā)展。