论文总字数：29676字

摘 要

伴随经济发展迅速，我国已经成为了世界上空气污染最严重的国家之一，空气污染对人民的健康产生了巨大威胁，空气质量受到了越来越多的关注。开发一个空气质量监测系统，为公众及时展示空气质量状况具有重大意义。

本系统以空气质量为主要监测对象，实现了全国空气质量状况可视化，具有展示城市空气质量详情、对中国城市空气质量进行排行，为用户提供出行建议，对空气质量数据进行分析等功能。该系统采用了前后端分离架构，使用vue-admin-element作为前端模板进行开发，基于Spring Boot和Spring Cloud构建微服务。通过和风天气空气质量接口采集全国空气质量数据，将所有数据保存到MySQL数据库中，同时把最近发布的数据保存到Redis中。采用百度地图组件vue-baidu-map来展示全国空气质量地图和城市空气质量地图。使用开源的可视化库ECharts生成图表，展示和分析全国的空气质量数据。

经测试表明，该系统操作简单，易于使用，能快速响应用户请求，可以直观的展现空气污染的整体情况，对空气质量数据进行分析展示，并根据空气质量状况为用户提供一些出行，着装建议，有较大的推广价值。

关键词：空气质量监测；监测系统；微服务；

ABSTRACT

With the rapid economic development, China has become one of the countries with the most serious air pollution in the world. Air pollution poses a huge threat to people's health, and air quality has received more and more attention. It is of great significance to develop an air quality monitoring system to show the public the status of air quality in a timely manner.

This system takes air quality as the main monitoring object and realizes the visualization of the national air quality status. It has the functions of displaying the details of urban air quality, ranking the air quality of Chinese cities, providing travel suggestions for users, and analyzing air quality data. The system uses a separate front-end and back-end architecture, uses vue-admin-element as a front-end template for development, and builds microservices based on Spring Boot and Spring Cloud. Collect national air quality data through the wind weather air quality interface, save all data to the MySQL database, and save the recently released data to Redis. Use Baidu map component vue-baidu-map to display national air quality maps and city air quality maps. Use the open source visualization library ECharts to generate charts to display and analyze national air quality data.

Tests show that the system is simple to operate, easy to use, can quickly respond to user requests, can intuitively display the overall situation of air pollution, analyze and display air quality data, and provide users with some travel and dress suggestions based on air quality conditions. Has a greater promotion value.

Keywords: air quality monitoring; monitoring system; microservices；

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景及意义 1

1.2国内外研究现状分析 1

1.3论文的内容和结构 2

第二章 系统分析与设计 3

2.1需求分析 3

2.1.1系统的功能需求 3

2.1.2系统的非功能需求 3

2.2系统设计 4

2.2.1系统架构 4

2.2.2 业务流程 5

2.2.3 模块结构 6

2.3数据库设计 6

2.3.1 E-R图 6

2.3.2数据库表设计 8

第三章 系统实现 11

3.1省市信息获取接口 11

3.2 登陆模块 13

3.3用户管理模块 15

3.4全国空气质量地图模块 19

3.5 城市空气质量排行模块 22

3.6 出行建议模块 23

3.7 城市AQI详情模块 25

3.8 数据分析模块 26

3.8.1 全国AQI等级分布图表 26

3.8.2 城市AQI图表 28

3.8.3 城市对比图表 30

第四章 系统测试 32

4.1 测试方法 32

4.2 测试环境 32

4.3 测试用例 32

第五章 总结与展望 42

5.1 全文总结 42

5.2 未来展望 42

参考文献 43

附 录 44

致 谢 46

第一章 绪论

1.1研究的背景及意义

由于早些年各种高污染高排放工业未得到有效的整治，生态环境破坏严重，大气污染困扰了很多民众，严重影响了社会发展。

政府也明显意识到了生态环境对经济可持续发展的重要性，提出了大气污染防治十条措施，开始真正强力的治理大气污染。

我国在空气治理方面下了大力气，环境空气质量达标的城市较去年有了很大的进步。但就总体的情况来看，我国的大气污染问题还是非常的严重。各种类型的大气污染物在大气的浓度仍旧很高，治理后时常会复发。并且各种各样的大气污染物的排放在进入到大气之后，这些污染物会与大气里面的水蒸气等物发生化学反应，最终形成各种现象如雾霾，酸雨，光化学烟雾等等，对人们的日常生活甚至是整个国家的经济发展都带来了消极的影响。

到现在，全国已经有超过1400个站点用于测量空气质量。通过这些监测站点，可以获得大量的空气质量数据。此时，对数据进行分析处理就变得十分重要。通过研究空气质量数据的变化趋势，结合各地产业情况可以让大众知道空气质量变化的缘由。

开发一个空气质量监测系统，可以为公众及时展示实时的空气质量状况，让大众了解全国的空气中各种污染物情况，并在空气质量污染程度严重时，提醒大众及时做好保护措施，这对增强人民群众的环保意识，减轻空气污染，对污染追根朔源都具有重大意义。

1.2国内外研究现状分析

对于国内的空气质量监测，有很多学者，行业的专业人士都发表了研究。南京邮电大学周剑 ^[1]指出目前空气质量监测只反映一个城市的总体水平、监测指标不全面、交互方式不佳等问题，设计并实现了一个基于多种交互方式的分布式空气质量监测系统，以实现对空气质量的实时高效监测。新疆农业大学陈鑫 ^[2]指出了传统的无线通信技术中，功耗与传输距离的矛盾，很难达到低功耗下的远距离传输这一缺点，并采用适合长距离通信与低功耗的物联网网络环境新技术LoRa（Long Range），开发了空气质量监测平台。空气质量监测的方式也引发了一些专家的思考，聚光科技李兆彪 ^[3]认为即使采样在线监测，也存在采购费用高，覆盖面积较小等问题，为了能够很好的利用空气监测站实现污染源的有效监测，做的真正的联防联控，应建设网格化的微型空气监测站。

国外的一些发达国家的环境治理的制度相对比较完善，他们的侧重点与我国有些不同，如美国主要侧重于室内空气污染的监测，以及技术和设备的优化创新，而日本由于清洁能源占比大，烟气治理已近尾声。国外学者对空气质量的监测研究比较倾向于利用低成本的空气质量监测设备。Joy Dutta ^[4]指出在发展中国家的城市中，空气质量测量站不足，其背后的原因是建造和维护这样的站点的成本昂贵。从这些站点要获得非常可靠和准确的空气质量读数，需要仔细校准的专业设备。另一方面，这些传统的空气质量监测系统能够从宏观角度查看污染情况，但无法测量个人的污染足迹，也无法具体的衡量其对公民健康的影响。于是他们设计和开发一个名为AirSence的系统，用于监视个人附近的空气质量。与传统，昂贵，笨重但高度准确的空气质量测量方法相反，AirSence基于现代低成本轻便传感器，参与者通过智能手机感应随身携带的AQMD传感器，上传数据以实现监测。但这个方法如果要获得准确的空气质量数据，则需要人们的大力参与。除了Joy Dutta等人，还有一些国外的学者也在研究低成本传感器的应用,比如北德克萨斯大学Sherin Abraham ^[5]就研究了一种低成本的无线传感器组成的监测室内空气质量的网络系统。简而言之，低成本的传感器在空气质量的监测的运用上是一个趋势。

国内外的研究都侧重于对空气质量测量的硬件和成本方面，着重于如何低成本获取较精确的空气质量数据。两者在软件方面对空气质量的分析比较涉及不多，而对空气质量监测系统来说，做好数据的可视化和数据分析同样十分重要。

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