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2017年第2届自动化，认知科学，光学，微电子机械系统和信息技术国际会议（ICACOMIT），2017年10月23日，印度尼西亚雅加达

基于自动气象站移动应用的实时气象监测系统设计

Aris Munandar *，Hanif Fakhrurroja，Muhammad Ilham Rizqyawan，Rian Putra Pratama，Jony Winaryo Wibowo，Irfan Asfy Fakhry Anto

仪表开发技术实施单位（UPT BPI）

印度尼西亚科学院（LIPI）

印度尼西亚万隆

*aris001@lipi.go.id

摘要 - 本文提出了基于自动气象站（AWS）移动应用的实时天气监测系统的设计。 系统连接到配备有多个传感器的AWS，用于收集数据并将数据存储到Web服务器。 来自气象传感器的数据使用WeatherLink软件从AWS-Davis仪器获取。 数据通过数据记录器使用串行通信传输，通过FTP上传并存储在网络服务器上。 Android应用程序读取文件并实时显示Web服务器提供的信息。 通过移动应用程序，该系统成功地显示了对天气的实时监控，与其他解决方案相比，参数灵活，并且需要用户界面（UI）设计。

关键词 - 实时监控; 自动气象站; 移动应用

I. 引言

天气是某个地方的空气状况，在相对较短的时间内，包括温度，湿度和气压条件作为其主要成分。通过使用称为自动气象站（AWS）的设备可以观察到天气变化。 AWS已广泛应用于各种领域，如地球统计学的环境研究[1]，温度测量分析[2]，风能潜力位置的预测[3]，质量平衡运动的测量[4]，和作物用水需求估算[5]。

AWS有很多种用于监控系统。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。该模块用作数据记录器，用于将数据从控制台Vantage Pro直接上传到网站Weather链接。该系统的缺点是有限的用户界面和额外费用。用户必须支付单独购买的模块。此外，用户无法更改默认用户界面并手动选择要在网站或移动设备上显示的所需数据。

该研究旨在为天气监测系统开发定制信息系统和UI设计。 因此，它可以在独立的Web服务器上进行管理，并且可以在Android等移动应用程序上进行开发。

II．自动天气站

AWS是一个观测天气并自动发送结果的气象站[6] [7]。在AWS中，测量工具使用数据采集设备单元读取或接收数据。来自测量设备的数据可以在AWS本地处理，也可以在其他地方处理，例如中央数据处理[7]。 AWS可以使用各种测量设备以集成方式设计，例如仪器系统，接口和处理的集成，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。

基于数据的呈现，AWS可以分为实时AWS和离线AWS。实时AWS是一种实时显示数据的天气系统。一般而言，该AWS配备了通信和报警系统，以便在极端天气条件下提醒用户。实时AWS功能具有数据单元，数据存储和使用GSM / GPRS模块的无线数据通信的集合，该模块能够提供广泛的数据通信[8]。离线AWS是仅在存储介质上记录数据和存储数据的气象站。可以根据需要随时检索存储的数据[9]。 AWS具有多个传感器，包括用于测量温度的温度计，用于测量风速和风向的风速计，用于测量湿度的湿度计，用于测量气压的气压计，用于测量降雨的雨量计和用于测量太阳辐射的高温计。

III．方法

1. 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显示了设计天气监测系统。天气传感器由雨量传感器，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。它被放置在UPT BPI LIPI大楼的屋顶上，高度约为离地面17米。 PC服务器和数据记录器位于二楼。可以通过http://meas.bpi.lipi.go.id访问Web服务器，IP 192.168.236.99。

300米范围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服务器上处理，可以使用PC，平板电脑或移动设备通过互联网访问。

1. AWS数据管理

AWS数据管理所需的天气参数数据来自Vantage Pro数据记录器，并使用串行通信进行数据采集过程。数据采集​​过程使用适用于Windows 5.7.1版的WeatherLink软件。该软件用于配置工作站，设置天气的测量单位组件，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。

从Vantage Pro数据记录器控制台获取两种类型的数据。第一种类型是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的图像数据。它呈现24小时内的天气变化。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。该文件将转换为PHP文件。 HTX文件到PHP文件的转换结果如图2所示。

图1.天气监测系统的设计。

图2. HTXfiles转换为PHP文件

图3.天气监测系统的Web设计文件方案。

HTX文件由HTML，PHP和带有lt;！的天气标签组成。 - - gt;格式。 然而，PHP文件由HTML和PHP标记组成。 天气标签被转换为标签本身的实际价值。 Web设计方案文件用于设计监控系统，如图3所示。

将上传到Web服务器的数据的模板文件如表I所示。当前天气的图像数据模板和文件模板图像 有关24小时历史天气的数据显示在0TABLE III中。

表I.上传到WEB服务器的模板文件

表II. 图像数据当前天气参数

表III. 图像数据24小时历史天气参数

图4.使用AppsGeyser的Android应用程序。

PHP文件和图像文件使用FTP上传到Web服务器，数据传输时间间隔为5分钟。 然后，数据由安装在移动设备上的移动应用程序读取。 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界面。 应用中的天气数据的处理和读取如图4所示。

IV. 实验结果

使用Android操作系统MIUI v.6 Kitkat 4.4.2，使用具有5.5英寸屏幕和720 x 1280像素（~267 ppi像素密度）分辨率的移动设备对系统进行了测试。 主显示屏由六个菜单组成，即：

bull;当前菜单：显示所有当前天气状况的测量参数;

bull;菜单-温度：显示温度变化图;

bull;菜单-湿度：显示湿度变化图表;

bull;菜单-气压：显示气压变化图;

bull;菜单-降雨：显示降水变化图;

bull;菜单-太阳能：显示太阳辐射变化图。 该菜单如图5所示。

菜单转换（页面刷新）或5分钟时间间隔用完期间将发生数据更改。 例如，要确定降雨状态，可以通过读取dat.php文件中的数据来获取数据。 当lt;！的值时，状态将显示“rain”。 - 雨 - gt;大于0.0毫米。 天气参数的变化以24小时的时间尺度显示，因此可以按小时观察天气参数变化的特征。

为了优化用户界面的可用性，图表上的颜色根据天气参数而变化。 这样，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用红色，青色，黑色，蓝色和黄色表示。 图6至图10示出了在移动设备上24小时期间天气参数变化的图形显示。

图5. Android应用程序中的天气监测系统a）当前天气状况，b）图形改变参数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.气压计24小时变化的图形显示。

图9.每天下雨24小时的图形显示。

图10.太阳辐射24小时的图形显示。

在安装到移动设备上之前，此应用程序的文件大小为684 KB。安装应用程序后，Android设备上的存储空间为1.93 MB。大小增加主要是由高速缓存分配造成的。此外，该应用程序使用大约58.7 Mb的RAM。

V，结论

本文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显示天气参数的信息。该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。用户可以通过此移动应用程序持续监控天气，并可以根据需要利用这些信息。通过该监控系统的开发，可以降低服务成本，并且可以调整包括所需天气参数的UI。使用58.7 Mb RAM允许应用程序在具有512 Mb最小RAM的Android设备上运行和安装。

致谢

本研究得到2017年印度尼西亚印度尼西亚科学研究院科学服务代表仪器开发技术实施单位的专题计划的支持。

参考文献

[1] M. Ashraf, J. C. Loftis, and K.G. Hubbard, 'Application of geostatistics to evaluate partial weather station networks,” Agricultural and Forest Meteorology, vol. 84, pp. 255-271, 1997.

[2] G. Urban, “An attemp to assess the results of air temperature measurements from automatic weather stations in comparison to glass thermometer measurements in the context of weather types,” Bu

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