毕玮 赵文雪 时晓曚 孙萌 张涛 王建林
摘 要：通过整理汇总2013—2015年青岛地区霾污染天气的一系列研究成果，利用多种计算机图形显示和交互技术，设计搭建了青岛市环境空气质量预报服务平台。该平台不仅将研究成果进行了可视化显示，还实现了青岛市区环境空气质量统计预报的人机交互功能，成为了第一个青岛地区环保部门和气象部门联合制作发布青岛市区环境空气质量预报服务的综合性业务平台，大大提高了当地环境空气质量预报服务的工作效率。本文对该平台的设计构建及各项模块的功能作用进行了详细的介绍，以期为其他地区开展相关开发工作提供参考和帮助。
关键词：环境空气质量 平台设计 asp.net
中图分类号：X32 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0164-07
Abstract：According to summarizethe results of hazepollution daysresearch in 2013-2015 in Qingdao， Qingdao Environmental Air Quality Forecast Service System （EAQFS） is designed by using a variety of computer graphics and interactive techniques. EAQFSnot only displaysfigures and tables， but also completes human-computer interaction of the Qingdao environmental air quality statistical forecasting.EAQFS is the first online system to support communication between meteorological and environmental departments in Qingdao. It improves greatlyefficiency of the local environmental air quality forecast. This paper introduces design-points and functions of each modulein detail， so as to provide reference for other areas to carry out the similarworks.
Key Words：Environmental； Air quality； System Design； Asp.net
青岛地处山东半岛南部沿海，多受大雾天气影响，相关研究颇多，而对霾天气的机理知之甚少。由于常年海、陆风交替，与内陆地区相比，青岛霾天气的发生发展也更加复杂。随着近年来我国大城市霾天气频发，引发的环境问题引起广泛关注，中国气象局在2013年初出台了我国新的霾天气预警信号发布规范。以此为契机，青岛市气象局从2013年开始将霾天气的相关研究作为重点科研方向之一，给予了大力的支持，先后向上级申报和自行设立了多个研究项目，取得了大量的研究成果。
为切实有效地将研究成果应用于业务实践，实现理论知识到实际应用的快速转化，开发建设了青岛市环境空气质量预报服务平台。该平台将前期的研究成果进行了可视化显示，实现了青岛市区环境空气质量统计预报的人机交互功能，成为制作发布青岛市区环境空气质量预报服务的综合性业务平台。
1 編程语言与数据库
本业务平台采用B/S和C/S结合的开发结构，以asp.net为主，结合多种web开发技术进行平台开发。前台页面程序使用html、java script等语言，后台代码开发采用C#语言。数据库采用SQL server和Oracle 10G 两种数据库，其中Oracle10G存储业务资料，SQL server存储配置数据表和临时表。控制台应用程序设计采用了C#和java两种语言，主要完成一些辅助性的功能，如资料的定时获取、实时数据的计算等。控制台应用程序通过数据表同前台asp.net程序进行通讯，实现相应功能。
对于常规性需求，采用了.net经典三层模式进行设计和开发。对于一些特殊需求，则采用了多种技术进行综合处理，其中包括了web程序和控制台程序的交互调用方式。在项目的建设中为了增强表现效果，本次开发还引用了一些功能性控件，如Dunds Chart；还有一些公共API接口，如百度地图API等。
2 平台功能模块设计
根据实际业务需求和业务人员的工作习惯，青岛市环境空气质量气象预报服务平台框架设计了九大功能模块，包括青岛空气质量实时监控、空气污染气象条件分析、数值预报、各级指导预报、青岛环境空气质量预报产品制作发布、环境空气质量预报质量检验、历史资料查询、研究成果展示和相关业务规范下载等。实况监测数据来源于青岛市气象局与青岛市环境监测站共享的实时资料，气象要素图表由web应用程序定时生成，预报产品通过人机交互完成制作和显示。
2.1 实况监测
该模块包括大气污染监测、气象要素监测和卫星监测三部分内容，实现对污染物浓度、空气质量指数等空气质量数据和相关气象要素的实时监测，以及各类卫星图像的实时显示。空气质量数据来源于青岛市环境监测中心站推送至Oracle数据库的数据，气象数据来源于青岛全市气象自动站10 min观测资料，卫星图像以中央气象台提供的风云3A、3B和韩国COMS提供的各通道云图为主。
本模块在开发中采用了百度Map API公共接口，利用百度地图投影，采用经纬度定位各个站点，形象直接地展示了各区域空气质量信息。根据各个空气污染要素浓度，利用数据库函数计算实时AQI，并采用Dundas Chart控件来显示实况资料的时序变化曲线。endprint
2.2 空气污染气象条件
该模块包括水平扩散条件、垂直扩散条件和大气湿度条件三部分内容，主要以ArcGIS为后台辅助，实现对大气水平和垂直风场变化、大气层结状态和湿度条件的分析显示。数据来源于每天两次（08、20时）的高空探测资料和青岛自动站逐时风场资料。
2.3 数值预报
该模块综合显示了部分数值预报产品，主要选择了一些业务人员常用的、对判断未来空气污染气象条件有较好指示意义的数值模式，包括EC细网格、T639、本地WRF和模式TlogP四部分内容，其中模式TlogP部分是把本地WRF 9km、3km分辨率和T639的青岛本站（54857）TlogP预报图单独显示，方便业务人员快速调取查看。
2.4 指导预报
该模块包括了中国气象局雾霾指导预报产品、上海环境气象数值预报产品和山东省气象台空气污染气象条件指导预报产品。主要目的是为了业务人员方便快速地了解各级指导预报，为本地化服务提供预报依据。
本模块中涉及到的产品均有相关的web路径，为了项目的独立性和完整性，开发人员开发了一套控制台应用程序，定时去指定位置获取业务产品和资料，并分类存储于服务器上，方便本平台自行使用。
2.5 预报产品
该模块主要供业务人员制作发布青岛空气质量预报产品，与青岛市环境监测中心站进行预报意见交流，内容包括了市区环境空气质量统计预报、未来24h市区空气质量预报、未来一周市区空气污染气象条件分级预报和雾霾预警信息。每天，统计预报后台程序定时自动调取当日实况，业务人员根据预报结论，输入次日气象要素具体预报值，程序反馈统计预报结果。业务人员参考多种资料，结合统计预报结果给出未来24h市区空气质量主观预报。市环境监测中心站人员结合业务人员预报意见，给出最终空气质量预报结论，并通过平台发布显示。
在制作市区环境空气质量统计预报时，由于业务流程的设计，需要实现根据获得参数及输入各要素预报值，通过web程序调用控制台应用程序，完成AQI计算。由于windows平台安全机制的问题，windows系统和.net framework存在共同的公共运行库。通过对公共运行库的进程进行调用和处理，再对浏览器的intranet功能匹配，实现web页面调用服务器控制台程序的功能。通过System.Diagnostics.Process的参数匹配，实现控制台应用程序的参数获取，并对控制台应用程序生成的文本文件结果进行访问，获得运行结果。经过这一系列的数据处理，可以完成预计的功能设计，实现预定设计目标。
2.6 预报检验
本模块主要是对中国气象局下发的模式指导预报和青岛本地主观预报进行每日自动化检验。检验内容包括模式AQI等级预报检验、6种污染物浓度预报检验、青岛AQI等级主观预报检验、首要污染物检验。预报检验通过模式预报的结论同AQI实况进行对比生成对比图表。由于数据库基本资料只存有小时数据，所以设计控制台应用程序生成逐日AQI值，然后再和预报结论进行对比，自动生成并显示对比图表。
2.7 历史资料查询、研究成果与文件规范
这三个模块分别提供了从2003年—2013年青岛中度污染以上的霾污染天气的气象资料和AQI分布情况的查询功能、2013——2015年研究成果的展示，以及与空气质量技术规定和预报发布相关的文件规范下载，供业务人员随时查询和参考使用。
3 结语
青岛市环境空气质量预报服务平台是针对2013—2015年青岛地区霾污染天气取得的一系列研究成果的综合展示和业务应用。该平台利用多种计算机图形显示和交互技术，实现了气象资料和环境空气质量数据的可视化显示，以及青岛市区环境空气质量统计预报的人机交互功能，是青岛地区环保部门和气象部门联合制作发布青岛市区环境空气质量预报服务的第一个综合性业务平台。该平台已经投入业务运行近两年时间，大大提高了青岛环境空气质量预报服务的工作效率，极大地方便了青岛地区气象和环保两部门间的信息共享和交流。
目前平台性能比较稳定，数据运行通畅，维护量低，效果反馈良好。随着研究的不断深入，后期还将对该平台的功能进行不断扩充和完善，并在显示效果和数据时效性上做进一步的优化增强，以提高平台服务效果和性能。
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