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基于移动应用的自动气象站实时天气监测系统设计

Aris Munandar*, Hanif Fakhrurroja, Muhammad Ilham Rizqyawan, Rian Putra Pratama,

Jony Winaryo Wibowo, Irfan Asfy Fakhry Anto

仪器开发技术实现股(UPT BPI)

印度尼西亚科学院 (LIPI)

印度尼西亚万隆

*aris001@lipi.go.id

摘要——这篇文章提出了一种基于自动气象站(AWS)的移动应用实时天气监测系统的设计方案。该系统连接到具有多个传感器的AWS，用于收集数据并将数据存储到Web服务器。天气传感器的数据来自AWS-Davis仪器，使用WeatherLink软件。数据通过数据记录器通过串行通信传输，通过FTP上传并存储在Web服务器上。Android应用程序读取文件并实时显示Web服务器提供的信息。该系统通过移动应用成功地实现了对天气的实时监测，与其他解决方案相比，在参数和用户界面设计上具有一定的灵活性。

关键词——实时监测；自动气象站；移动应用

1. 引言

天气是指在某一地点和相对较短的时间内的一种空气条件，其中包括温度、湿度和气压为其主要组成部分的条件。而天气的变化可以使用自动气象站观测到。AWS已广泛应用于地质统计学的环境研究等各个领域[1]，温度测量分析[2]，风能位预测[3]，质量平衡运动的测量[4]和作物需水量估算[5]。

有很多种AWS用于监控系统，其中之一是戴维斯仪器公司的无线Vantage Pro 2气象站。要在网站或移动设备上显示数据，需要一个名为WeatherLinkIP的附加模块。此模块用作数据记录器，可以将数据从控制台Vantage Pro直接上传到网站天气链接。该系统的缺点是用户界面的限制并且需要额外的费用，用户必须单独支付需购买的模块。此外，用户不能更改默认用户界面，也不能手动选择要在网站或移动设备上显示的所需数据。

本研究旨在开发气象监测系统的自定义信息系统和用户界面设计。因此，它可以在独立的Web服务器上管理，也可以在移动应用程序(如Android)上开发。

1. 自动气象站

AWS是一个用来观测天气并自动发送结果气象站[6][7]。在AWS中，测量工具使用数据采集设备进行单元读取或接收数据。来自测量设备的数据可以在AWS本身进行本地处理，也可以在其他地方(如中央数据处理)进行处理[7]。AWS可以采用多种测量设备进行集成设计，例如集成仪器系统、接口和处理，以及称为自动天气观测系统(AWOS)或自动地面观测系统(ASOS)的传输单元。根据数据的表示，AWS可分为实时AWS和离线AWS。实时AWS是一个实时显示数据的天气系统。一般来说，这个AWS配备了通信和警报系统，以便在极端天气情况下提醒用户。实时AWS功能包括数据单元的收集、数据存储和使用gsm/gprs模块的无线数据通信，该模块具有提供范围广泛的数据通信的能力[8]。离线AWS是只记录数据并将数据存储在存储媒体上的气象站，存储的数据可以根据需要随时检索[9]。AWS具有几个传感器的特性，包括测量温度的温度计、测量风速和方向的风速计、测量湿度的湿度计、测量气压的气压计、测量降雨的雨量计和测量太阳辐射的高温计。

1. 实施步骤
2. 系统设计

戴维斯的无线天气链接Vantage Pro 2被用作系统开发的AWS工具。图1显示了天气监测系统的设计。天气传感器由雨传感器、温度传感器、湿度传感器、风速传感器和太阳辐射传感器组成。它被安置在UPT BPI LIPI大楼的屋顶上，离地面大约17米高。它放在PC服务器上，数据记录器放在二楼。Web服务器可以通过IP 192.168.236.99在http://meas.bpi.lipi.go.id上访问。

范围300米的无线传输用于从气象传感器到数据记录器的室外数据传输。天气数据在Web服务器上进行处理，可以通过互联网使用PC、平板电脑或移动设备访问。

Internet

天气传感器(温度、湿度、风速、雨水、太阳辐射)

无线话筒

Fl.3

Fl.2

Fl.1

无线接收机Vantage Pro 2-数据记录器

网络服务器

调制解调器

智能手机/平板计算机

个人计算机

15M

图.1.气象监测系统的设计

1. AWS数据管理

AWS数据管理所需的气象参数数据取自VantagePro数据记录器，采用串行通信方式进行数据采集。数据采集过程采用Windows版本5.7.1的WeatherLink软件进行。该软件用于配置气象站、设置气象测量部件、设置Internet的配置以及从Vantage Pro数据记录器控制台检索天气数据。

有两种类型的数据取自VantagePro数据记录器控制台。第一种类型是图像数据，它由指示当前天气状态的当前图像数据和历史数据图像组成，它反映了24小时内天气的变化。第二种类型是HTX文件形式的数据，HTX文件用于设计UI显示和临时存储数据。此文件将被转换为PHP文件。HTX文件到PHP文件的转换结果如图2所示。

图.2.将HTX文件转换为PHP文件

HTX文件由HTML、PHP和天气标记组成，格式为lt;！-gt;。然而，PHP文件由HTML和PHP标记组成，天气标签被转换成标签本身的真实值。Web设计方案文件用于设计监控系统，如图3所示。

图.3.气象监测系统的Web文件设计方案

表一显示了上载到Web服务器的数据的模板文件。表三显示了当前天气的图像数据模板和24小时历史天气的文件模板图像数据。

表一.上载到Web服务器的模板文件

表二.图像数据当前天气参数

表三.图像数据24小时历史天气参数

图.4.Android应用程序使用App Geyser

使用FTP将PHP文件和图像文件上传到Web服务器，数据传输时间间隔为5分钟。然后，由安装在移动设备上的移动应用程序读取数据。

该移动应用程序是使用名为AppGeyser(www.appsgeyser.com)的开源Web服务创建的，该服务用于以Android应用程序数据包格式(APK)创建Web接口。应用中天气数据的处理和读取如图4所示。

1. 实验结果

使用5.5英寸屏幕的移动设备和使用Android操作系统MIUI v.6 Kitkat 4.4.2的分辨率为720 x 1280像素(~267 ppi像素密度)的移动设备对该系统进行了测试。主显示器由六个菜单组成，即：

1. 当前菜单：显示所有气象条件的测量参数；
2. 菜单-温度：显示温度变化的图表；
3. 菜单-湿度：显示湿度变化图；
4. 菜单-气压：显示气压变化图；
5. 菜单-降雨：显示降水变化图；
6. 菜单-太阳辐射：显示太阳辐射变化的图表。

这个菜单如图5所示。

数据更改将在菜单过渡期间发生（页面刷新）或当5分钟时间间隔超时时。例如，要确定下雨的状态，可以通过读取dat.php文件中的数据来获取数据。当lt;！-雨-gt;的值大于0.0mm时，状态将显示“下雨”。天气参数的变化是在24小时的时间尺度上显示出来的，因此天气参数的变化特征可以用小时为基础来观察。

为了优化用户界面的可用性，图形上的颜色根据天气参数变化。这样，就更容易区分每个参数。温度变化、湿度变化、气压变化、降水变化和太阳辐射变化分别以红色、青色、黑色、蓝色和黄色表示。图6至图10示出在移动设备上24小时内天气参数变化的图形显示。

1. (b)

图.5.天气监测系统在Android应用程序中：(a)当前天气状况，(b)图形更改参数24小时

图.6.24小时温度变化的图形显示

图.7.24小时湿度变化的图形显示

图.8.24小时气压变化的图形显示

图.9.24小时雨量变化的图形显示

图.10.24小时太阳辐射变化的图形显示

在移动设备上安装之前，此应用程序的文件大小为684 KB。安装应用程序后，它将占用Android设备上1.93MB的存储空间。大小的增加主要是由高速缓存内存的分配引起的。此外，应用程序还使用了大约58.7MB的RAM。

1. 结论

这篇文章介绍了基于自动气象站移动应用的实时天气监测系统的开发。该系统能够通过安装在Android设备上的移动应用程序来显示天气参数信息。应用程序通过图表显示实时天气信息.测量参数包括温度、湿度、气压、降雨量和太阳辐射。用户可以通过这个移动应用程序连续监测天气，并可以利用这些信息满足他们的需要。通过开发该监测系统，可以降低服务成本，并可调整包括所需天气参数在内的UI。58.7MbRAM的使用允许应用程序在最小RAM为512 MB的Android设备上运行和安装。

鸣谢

这项研究得到了2017年主题方案的支持，该方案由印度尼西亚科学研究所负责科学服务的仪器开发技术执行股提供支持。

参考文献

1. M. Ashraf, J. C. Loftis和 K.G. Hubbard, '地质统计学在部分气象站网络评价中的应用” 《农林气象》, vol. 84, pp. 255-271, 1997.
2. G. Urban,“自动气象站与玻璃温度计在不同天气类型下的气温测量结果比较”，《地理丛刊》， No. 9, pp. 67-79, 2015.
3. S. Abbatea, M. Avvenutia, L. Carturan, and D. Cesarinia, “在高山冰川上部署一个通信自动气象站”《第三期国际情报收集和监测传感器网络研讨会》，计算机科学，vol. 19, pp. 1190 – 1195, 2013.
4. R. Kusacute;mierek-Tomaszewska, J. Zarski, and S. Dudek, “气象自动气象站数据在植物需水量估算中的应用”《农业中的计算机和电子

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