基于微信公众平台的空气质量显示系统的设计与实现

王智颖+万鲁河+蒋明华+郝慧明+杨凯

摘 要：空气质量的好坏直接影响着人类的出行和健康，创建便于查询的空气质量显示系统，可以使人们简单直观地了解当日的空气质量指数（AQI）。随着互联网的迅猛发展，“微信”逐渐成了人们日常通信的重要工具。本系统以微信公众平台为主要工具，提出了空气质量显示系统的设计与实现方案，可将每日各个时段的空气质量指数（AQI）以动态图的方式直观清晰地展示给用户，为人们的出行带来了方便。

关键词：微信公众平台；空气质量指数（AQI）；互联网

中图分类号：X831 文献标志码：A 文章编号：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

空气质量指数（Air Quality Index，简称AQI）是一种无量纲指数，它可以对空气质量状况进行定量描述，细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等是评估空气质量的主要污染物[1]。在我国空气质量检测系统大概从上世纪八十年代才逐步兴起，相对于发达国家来说，我国属于相比之下起步较晚的国家。近些年，我国越来越注重空气质量检测及显示系统的开发，部分省、市与重点城市通过互联网发展空气质量检测及显示任务，虽然取得了很大的成就，但仍然有很大的进步空间[2]，如由气象局每日发布的各地区的空气质量指数（AQI），也只是从整体上提供该地区的空气质量状况，然而各个城市的市区和郊区、同一城市的不同区域的实际空气质量却不可能是相同的，所以在城市的各个区都分别安置空气质量监测点可以提供精准的空气质量指数的数据。这就表明，我们迫切需要一个能对空气质量完成实时实地监测及显示的系统，为人们提供更精准的空气质量查询数据。利用物联网技术与微信公众平台相结合，来建设空气质量显示系统，不但能够有效地监测及显示空气质量指数，并可以通过各个监测站点的数据汇总做出有效直观地展现给微信用户[3]。而微信用户需要做的只是关注微信公众账号，即可从各个区内监测点得到空气质量指数数据。

本研究将以哈尔滨市为例，通过我们所开发的基于微信公众平台的空气质量显示系统就可以将哈尔滨市区每日空气质量展现给广大微信用户，甚至微信用户可以通过向微信公众号发送关键字来获取某个时间段的空气质量指数的数据，这个值能反映过去该时间段的空气质量状况，并通过不同的颜色及颜色的深浅来形成对比。因而，本系统应用物联网技术和分层设色法等，通过微信公众号来完成对哈尔滨市区域内的空气质量显示和对比。在哈尔滨市各个区安装低功耗的空气质量监测点，低耗能且安全性很高。

1 系统整体设计方案

本系统主要由监测点、监测数据、制图软件和数据处理人员组成。监测点分别设置在哈尔滨市的各个区内，监测点分别为岭北监测点、松北商大监测点、阿城会宁监测点、太平宏伟公园监测点、道外承德广场监测点、香坊红旗大街监测点、动力和平路监测点、道里建国路监测点、平房东轻厂监测点、呼兰师专监测点、省農科院监测点[4]。监测数据即空气质量指数以小时为单位向传输，数据处理人员在网站上下载空气质量指数，与相应的监测点进行匹配，用于空气质量指数的进一步处理。主要匹配和处理工具包括ArcGIS、Adobe PhotoShop和Ulead GIF Animator。

微信用户通过关注我们开发的微信公众平台，就可以对自己所在城市或出行目的地城市的空气质量进行信息查询，每日甚至每小时的空气质量指数进行对比，不仅可以将最佳出行时间精确到天，还可以精确到具体的某个小时。用户可以通过向服务器发送有关信息，获取空气质量的数据，服务器从数据库中读取最新的空气质量数据图像发送给用户，并每日为用户发送空气质量指数（AQI）动态对比图。

2 微信公众平台的空气质量显示系统的设计与实现

本系统的设计与实现主要是借助于ArcGIS、Adobe PhotoShop等处理工具以及地形转栅格法、分层设色法等处理方法完成，在监测点获取数据后，通过处理工具运用一系列的方法进行处理后，将每个时段的哈尔滨市AQI图像制作成动态图，上传至微信公众平台，发送给广大微信用户。

2.1 处理工具

数据处理主要工具是ArcGIS、图片处理软件Adobe PhotoShop和图片处理软件Ulead GIF Animator。ArcMap在地理空间数据的地图制作、空间分析、空间数据建库等方面具备十分强大的功能。美国环境系统研究所（ESRI）于1978年开发了ArcGIS这一强大的GIS系统，ArcGIS Desktop由三个用户桌面组件组成，即ArcMap、ArcCatalog和ArcToolbox[5]。ArcMap这一应用程序具备数据输入、输endprint

出、查询、处理、分析等功能，以及有关地图的各种功能，是完成如地图的处理、查询、分析等任务的一种十分方便的工具。Adobe PhotoShop（简称PS）是目前发展较成熟的一款图像处理软件，当然，也是广大用户最为常用的图像处理软件。在Adobe公司旗下，最常用、最普及、最受欢迎的图像处理软件就包括PS。大部分人对于PhotoShop的了解可能仅限于“一个很好的图像编辑软件”，然而并不知道它的诸多应用方面，实际上，Photoshop的应用领域是很广泛的，在图像、图形、文字、视频、出版等各方面都有涉及[6]。在众多常用的GIF动画制作及处理软件中，Ulead GIF Animator是比较方便的一款，它由Ulead Systems.Inc公司研发。这款软件局域很强大的功能，包括能够把任意一组图片组合为GIF动画格式，同时可以设计出二十多种动态效果，对用户的制作常用的互联网动画的各种工作，它几乎都可以完成。

2.2 处理方法

本系统的主要处理方法包括地形转栅格法、裁剪和分层设色法。地形转栅格法是一种十分常用的插值方法，其目的在于建立一种数字高程模型（DEM），使之与实际地形起伏等相匹配。地形转栅格法是一种唯一专门用于智能地处理等值线输入的ArcGIS插值器。在用户需要多次进行地形转栅格工作时，利用ArcGIS中的这一工具就十分便利，因为地形转栅格法只需将参数文件中的某个条目进行修改，然后再次运行，这对于每次都需要重新填充工具对话框相比，地形转栅格工具要方便的多。插值过程的目的在于运用常用输入的地理数据类型和地面高程表面的已知特征，采用迭代有限差分插值技术，它经过优化，因此具有局部插值方法（例如，反距离权重（IDW）插值）的计算效率，同时具有全局插值方法（例如，克里金法和样条函数法）的表面连续性[7]。

用户在通过ArcGIS软件进行单个图像的部分分离处理时，裁剪工具则是他最简单便利的选择。操作步骤为：选择ArcGIS中的Arctools（工具栏）->Spatial Analyst Tools（空间分析工具）->Extraction（裁剪）->Extract by Mask（根据掩膜图层裁剪）工具，操作完成后，只需选择被裁剪的图层和掩膜图层就可以完成此次裁剪了，是最为方便省事的裁剪方法。

分层设色法是一种利用一定的颜色变化或色调的深浅程度来对不同地貌直观描述的方法。首先是将按某种常用要素将地图中的地貌划分为若干带，然后为各带设定具体的颜色和色调即“色层”。然后为划分后的各个带即色层设置合适的色系，称为“色层表”。在地图上，用户通过为各个高度带赋予不同的颜色来实现不同高度的区分和显示。目前，常用的色层表为绿褐色系，即平原用绿色，丘陵及中低山为黄色，高山、高地用褐色，冰川雪山用白色或紫蓝色等[8]。

3 结果与分析

本系统利用分层设色法来表示哈尔滨市不同区内的空气质量状况，能够充分发挥分层设色法的优势，分层设色法可以将地形图中各高程带的范围变化、不同高程带地貌单元的范围对比较明显地显示出来，可以大大增强图像的立体感。分层设色法由著名制图学家雷马虚克发明，分层设色法的方便之处在于它能整体呈现某地形图内区域的大体变化趋势，在分层设色法绘制的小比例尺地图中，可以为用户呈现一目了然的草地、平原、河流等的分布形态，且可方便用户浏览和了解。系统采用了自行手动添加的色层表，用来显示每个时间段内哈尔滨市各个市区空气污染程度，颜色越接近于绿色，则表示空气质量指数（AQI）越小，即空气污染程度越小，相反，颜色越接近于褐色，则表示空气质量指数越大，即空气污染程度越高。本系统中，利用颜色的深浅来反应空气质量时设定为，空气质量指数在0-50范围内则用绿色表示，空气质量指数在50-100范围内则用黄色表示，空气质量指数在100-150范围内则用橘黄色表示，空气质量指数在150-200范围内则用橘色表示，空气质量指数在200-300范围内则用浅褐色表示，空气质量指数在300-500范围内则用深褐色表示。这种空气质量指数愈大设色愈深的方式，使空气质量指数较低的区域着色较淡，而这些区域地面要素——区界线、河流线、大气监测点都比较多，因此底图较淡，哈尔滨市各个区的这些地面要素更易于分辨。

4 结束语

本系统实现了对哈尔滨市空气质量指数（AQI）的动态显示，用户可以通过微信公众平台及时了解近几日的空气质量状况，使用目前较普及的物联网和微信公众平台相结合的模式，这些服务的费用低廉，节省了较多的開发和运行成本，系统监测点分布在哈尔滨市的各个区内，实现了每一区都至少设置一个监测点，所以获得的监测数据更加精确、客观。系统运行过程易操作，数据处理人员只需掌握基本的专业知识就可以完成图像的处理，但处理成果与每个人的生活息息相关，具有较强的实用性，使得用户操作简单、方便、高效且易于推广。目前微信公众平台的发展前景良好，同时人们越来越注重生活健康，基于微信平台的空气质量指数的显示服务将会逐渐走进人们的日常生活，为人们的日常生活提供更多的便利。让人们在生活中随时随地可以了解近几日的空气质量指数，用户结合天气预报的预报功能，会更加方便用户出行，了解到更多有关空气质量的信息，以及当日气象或者一周内天气。

参考文献：

[1]张帅.空气质量与发展[J].现代经济信息，2015（15）：12-13.

[2]郭晓雷.城市空气质量预报方法研究综述[J].科技传播，2011（15）：14-17.

[3]马寅.物联网技术的特点与应用[J].物联网技术，2012（8）：78-80.

[4]陈彦希.哈尔滨市大气环境容量测算研究[D].哈尔滨工业大学，2015：2-3.

[5]张文峰.ArcGIS在林业数据管理中的应用[J].吉林农业，2015

（7）：39-41.

[6]牛兰永.CG技术在景观设计中的应用与探讨[D].山东农业大学，2008：7-9.

[7]黄杏元.地理信息系统概论[M].高等教育出版社，2013：95-96.

[8]曾惠英.浅谈地理图表的判读[J].基础教育研究，2009（11）：47-47.endprint