基于微信公眾平臺的空氣質(zhì)量顯示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

王智穎+萬魯河+蔣明華+郝慧明+楊凱

摘 要：空氣質(zhì)量的好壞直接影響著人類的出行和健康，創(chuàng)建便于查詢的空氣質(zhì)量顯示系統(tǒng)，可以使人們簡單直觀地了解當日的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）。隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，“微信”逐漸成了人們?nèi)粘Ｍㄐ诺闹匾ぞ?。本系統(tǒng)以微信公眾平臺為主要工具，提出了空氣質(zhì)量顯示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方案，可將每日各個時段的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）以動態(tài)圖的方式直觀清晰地展示給用戶，為人們的出行帶來了方便。

關鍵詞：微信公眾平臺；空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）；互聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：X831 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0033-03

Abstract： Air quality has a direct impact on human travel and health. To create an air quality display system that is easy to query can make people understand the air quality index of the day simply and intuitively. With the rapid development of the Internet， WeChat has gradually become an important tool for people's daily communication. This system takes the WeChat public platform as the main tool， and has proposed the air quality display system design and the realization plan. The air quality index （AQI） of every time of the day can be displayed to the user in the way of dynamic map， which brings convenience to people's travel.

Keywords： WeChat public platform； Air Quality Index （AQI）； Internet

空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，簡稱AQI）是一種無量綱指數(shù)，它可以對空氣質(zhì)量狀況進行定量描述，細顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等是評估空氣質(zhì)量的主要污染物[1]。在我國空氣質(zhì)量檢測系統(tǒng)大概從上世紀八十年代才逐步興起，相對于發(fā)達國家來說，我國屬于相比之下起步較晚的國家。近些年，我國越來越注重空氣質(zhì)量檢測及顯示系統(tǒng)的開發(fā)，部分省、市與重點城市通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展空氣質(zhì)量檢測及顯示任務，雖然取得了很大的成就，但仍然有很大的進步空間[2]，如由氣象局每日發(fā)布的各地區(qū)的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI），也只是從整體上提供該地區(qū)的空氣質(zhì)量狀況，然而各個城市的市區(qū)和郊區(qū)、同一城市的不同區(qū)域的實際空氣質(zhì)量卻不可能是相同的，所以在城市的各個區(qū)都分別安置空氣質(zhì)量監(jiān)測點可以提供精準的空氣質(zhì)量指數(shù)的數(shù)據(jù)。這就表明，我們迫切需要一個能對空氣質(zhì)量完成實時實地監(jiān)測及顯示的系統(tǒng)，為人們提供更精準的空氣質(zhì)量查詢數(shù)據(jù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術與微信公眾平臺相結合，來建設空氣質(zhì)量顯示系統(tǒng)，不但能夠有效地監(jiān)測及顯示空氣質(zhì)量指數(shù)，并可以通過各個監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)匯總做出有效直觀地展現(xiàn)給微信用戶[3]。而微信用戶需要做的只是關注微信公眾賬號，即可從各個區(qū)內(nèi)監(jiān)測點得到空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)。

本研究將以哈爾濱市為例，通過我們所開發(fā)的基于微信公眾平臺的空氣質(zhì)量顯示系統(tǒng)就可以將哈爾濱市區(qū)每日空氣質(zhì)量展現(xiàn)給廣大微信用戶，甚至微信用戶可以通過向微信公眾號發(fā)送關鍵字來獲取某個時間段的空氣質(zhì)量指數(shù)的數(shù)據(jù)，這個值能反映過去該時間段的空氣質(zhì)量狀況，并通過不同的顏色及顏色的深淺來形成對比。因而，本系統(tǒng)應用物聯(lián)網(wǎng)技術和分層設色法等，通過微信公眾號來完成對哈爾濱市區(qū)域內(nèi)的空氣質(zhì)量顯示和對比。在哈爾濱市各個區(qū)安裝低功耗的空氣質(zhì)量監(jiān)測點，低耗能且安全性很高。

1 系統(tǒng)整體設計方案

本系統(tǒng)主要由監(jiān)測點、監(jiān)測數(shù)據(jù)、制圖軟件和數(shù)據(jù)處理人員組成。監(jiān)測點分別設置在哈爾濱市的各個區(qū)內(nèi)，監(jiān)測點分別為嶺北監(jiān)測點、松北商大監(jiān)測點、阿城會寧監(jiān)測點、太平宏偉公園監(jiān)測點、道外承德廣場監(jiān)測點、香坊紅旗大街監(jiān)測點、動力和平路監(jiān)測點、道里建國路監(jiān)測點、平房東輕廠監(jiān)測點、呼蘭師專監(jiān)測點、省農(nóng)科院監(jiān)測點[4]。監(jiān)測數(shù)據(jù)即空氣質(zhì)量指數(shù)以小時為單位向傳輸，數(shù)據(jù)處理人員在網(wǎng)站上下載空氣質(zhì)量指數(shù)，與相應的監(jiān)測點進行匹配，用于空氣質(zhì)量指數(shù)的進一步處理。主要匹配和處理工具包括ArcGIS、Adobe PhotoShop和Ulead GIF Animator。

微信用戶通過關注我們開發(fā)的微信公眾平臺，就可以對自己所在城市或出行目的地城市的空氣質(zhì)量進行信息查詢，每日甚至每小時的空氣質(zhì)量指數(shù)進行對比，不僅可以將最佳出行時間精確到天，還可以精確到具體的某個小時。用戶可以通過向服務器發(fā)送有關信息，獲取空氣質(zhì)量的數(shù)據(jù)，服務器從數(shù)據(jù)庫中讀取最新的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)圖像發(fā)送給用戶，并每日為用戶發(fā)送空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）動態(tài)對比圖。

2 微信公眾平臺的空氣質(zhì)量顯示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)主要是借助于ArcGIS、Adobe PhotoShop等處理工具以及地形轉(zhuǎn)柵格法、分層設色法等處理方法完成，在監(jiān)測點獲取數(shù)據(jù)后，通過處理工具運用一系列的方法進行處理后，將每個時段的哈爾濱市AQI圖像制作成動態(tài)圖，上傳至微信公眾平臺，發(fā)送給廣大微信用戶。

2.1 處理工具

數(shù)據(jù)處理主要工具是ArcGIS、圖片處理軟件Adobe PhotoShop和圖片處理軟件Ulead GIF Animator。ArcMap在地理空間數(shù)據(jù)的地圖制作、空間分析、空間數(shù)據(jù)建庫等方面具備十分強大的功能。美國環(huán)境系統(tǒng)研究所（ESRI）于1978年開發(fā)了ArcGIS這一強大的GIS系統(tǒng)，ArcGIS Desktop由三個用戶桌面組件組成，即ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox[5]。ArcMap這一應用程序具備數(shù)據(jù)輸入、輸endprint

出、查詢、處理、分析等功能，以及有關地圖的各種功能，是完成如地圖的處理、查詢、分析等任務的一種十分方便的工具。Adobe PhotoShop（簡稱PS）是目前發(fā)展較成熟的一款圖像處理軟件，當然，也是廣大用戶最為常用的圖像處理軟件。在Adobe公司旗下，最常用、最普及、最受歡迎的圖像處理軟件就包括PS。大部分人對于PhotoShop的了解可能僅限于“一個很好的圖像編輯軟件”，然而并不知道它的諸多應用方面，實際上，Photoshop的應用領域是很廣泛的，在圖像、圖形、文字、視頻、出版等各方面都有涉及[6]。在眾多常用的GIF動畫制作及處理軟件中，Ulead GIF Animator是比較方便的一款，它由Ulead Systems.Inc公司研發(fā)。這款軟件局域很強大的功能，包括能夠把任意一組圖片組合為GIF動畫格式，同時可以設計出二十多種動態(tài)效果，對用戶的制作常用的互聯(lián)網(wǎng)動畫的各種工作，它幾乎都可以完成。

2.2 處理方法

本系統(tǒng)的主要處理方法包括地形轉(zhuǎn)柵格法、裁剪和分層設色法。地形轉(zhuǎn)柵格法是一種十分常用的插值方法，其目的在于建立一種數(shù)字高程模型（DEM），使之與實際地形起伏等相匹配。地形轉(zhuǎn)柵格法是一種唯一專門用于智能地處理等值線輸入的ArcGIS插值器。在用戶需要多次進行地形轉(zhuǎn)柵格工作時，利用ArcGIS中的這一工具就十分便利，因為地形轉(zhuǎn)柵格法只需將參數(shù)文件中的某個條目進行修改，然后再次運行，這對于每次都需要重新填充工具對話框相比，地形轉(zhuǎn)柵格工具要方便的多。插值過程的目的在于運用常用輸入的地理數(shù)據(jù)類型和地面高程表面的已知特征，采用迭代有限差分插值技術，它經(jīng)過優(yōu)化，因此具有局部插值方法（例如，反距離權重（IDW）插值）的計算效率，同時具有全局插值方法（例如，克里金法和樣條函數(shù)法）的表面連續(xù)性[7]。

用戶在通過ArcGIS軟件進行單個圖像的部分分離處理時，裁剪工具則是他最簡單便利的選擇。操作步驟為：選擇ArcGIS中的Arctools（工具欄）->Spatial Analyst Tools（空間分析工具）->Extraction（裁剪）->Extract by Mask（根據(jù)掩膜圖層裁剪）工具，操作完成后，只需選擇被裁剪的圖層和掩膜圖層就可以完成此次裁剪了，是最為方便省事的裁剪方法。

分層設色法是一種利用一定的顏色變化或色調(diào)的深淺程度來對不同地貌直觀描述的方法。首先是將按某種常用要素將地圖中的地貌劃分為若干帶，然后為各帶設定具體的顏色和色調(diào)即“色層”。然后為劃分后的各個帶即色層設置合適的色系，稱為“色層表”。在地圖上，用戶通過為各個高度帶賦予不同的顏色來實現(xiàn)不同高度的區(qū)分和顯示。目前，常用的色層表為綠褐色系，即平原用綠色，丘陵及中低山為黃色，高山、高地用褐色，冰川雪山用白色或紫藍色等[8]。

3 結果與分析

本系統(tǒng)利用分層設色法來表示哈爾濱市不同區(qū)內(nèi)的空氣質(zhì)量狀況，能夠充分發(fā)揮分層設色法的優(yōu)勢，分層設色法可以將地形圖中各高程帶的范圍變化、不同高程帶地貌單元的范圍對比較明顯地顯示出來，可以大大增強圖像的立體感。分層設色法由著名制圖學家雷馬虛克發(fā)明，分層設色法的方便之處在于它能整體呈現(xiàn)某地形圖內(nèi)區(qū)域的大體變化趨勢，在分層設色法繪制的小比例尺地圖中，可以為用戶呈現(xiàn)一目了然的草地、平原、河流等的分布形態(tài)，且可方便用戶瀏覽和了解。系統(tǒng)采用了自行手動添加的色層表，用來顯示每個時間段內(nèi)哈爾濱市各個市區(qū)空氣污染程度，顏色越接近于綠色，則表示空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）越小，即空氣污染程度越小，相反，顏色越接近于褐色，則表示空氣質(zhì)量指數(shù)越大，即空氣污染程度越高。本系統(tǒng)中，利用顏色的深淺來反應空氣質(zhì)量時設定為，空氣質(zhì)量指數(shù)在0-50范圍內(nèi)則用綠色表示，空氣質(zhì)量指數(shù)在50-100范圍內(nèi)則用黃色表示，空氣質(zhì)量指數(shù)在100-150范圍內(nèi)則用橘黃色表示，空氣質(zhì)量指數(shù)在150-200范圍內(nèi)則用橘色表示，空氣質(zhì)量指數(shù)在200-300范圍內(nèi)則用淺褐色表示，空氣質(zhì)量指數(shù)在300-500范圍內(nèi)則用深褐色表示。這種空氣質(zhì)量指數(shù)愈大設色愈深的方式，使空氣質(zhì)量指數(shù)較低的區(qū)域著色較淡，而這些區(qū)域地面要素——區(qū)界線、河流線、大氣監(jiān)測點都比較多，因此底圖較淡，哈爾濱市各個區(qū)的這些地面要素更易于分辨。

4 結束語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了對哈爾濱市空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）的動態(tài)顯示，用戶可以通過微信公眾平臺及時了解近幾日的空氣質(zhì)量狀況，使用目前較普及的物聯(lián)網(wǎng)和微信公眾平臺相結合的模式，這些服務的費用低廉，節(jié)省了較多的開發(fā)和運行成本，系統(tǒng)監(jiān)測點分布在哈爾濱市的各個區(qū)內(nèi)，實現(xiàn)了每一區(qū)都至少設置一個監(jiān)測點，所以獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)更加精確、客觀。系統(tǒng)運行過程易操作，數(shù)據(jù)處理人員只需掌握基本的專業(yè)知識就可以完成圖像的處理，但處理成果與每個人的生活息息相關，具有較強的實用性，使得用戶操作簡單、方便、高效且易于推廣。目前微信公眾平臺的發(fā)展前景良好，同時人們越來越注重生活健康，基于微信平臺的空氣質(zhì)量指數(shù)的顯示服務將會逐漸走進人們的日常生活，為人們的日常生活提供更多的便利。讓人們在生活中隨時隨地可以了解近幾日的空氣質(zhì)量指數(shù)，用戶結合天氣預報的預報功能，會更加方便用戶出行，了解到更多有關空氣質(zhì)量的信息，以及當日氣象或者一周內(nèi)天氣。

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