《基于物联网技术的气象检测预警系统研究报告6000字（论文）》

基于物联网技术的气象检测预警系统研究TOC\o"1-3"\h\u15433一、引言 113532(一)研究背景 124289(二)研究意义及目的 124967二、气象检测预警系统需求分析 125510(一)系统应用的主要信息技术 1231761.物联网技术 1276022.云计算技术 219730(二)系统的性能需求分析 317707(三)系统的功能需求分析 414278三、气象检测预警系统设计 41012(一)系统总体框架设计 421850(二)数据库设计 56534(三)气象检测预警系统功能设计 5218491.动态数据录入与显示 5134502.气象检测功能 571453.气象预警功能 524618四、气象检测预警系统实现 618618（一）运行监测系统云平台搭建 616827（二）数据库的创建 61685五、总结 74259参考文献 7PAGE7一、引言(一)研究背景就物联网技术的发展而言，物联网技术已经发展成为一个通过射频识别、红外传感器、全球定位系统、激光扫描仪等信息传感设备进行智能识别、定位、跟踪、监测和管理的网络。根据协议将任何项目与互联网连接，交换和交流信息。在技术应用上没有障碍，可以为气象检测预警系统的建设提供技术支持。就物联网的研发能力而言，随着我国对物联网技术的日益重视，与物联网技术相关的研发人才也在不断增加，大大提高了物联网的研发能力。在网络、物联网技术和信息资源等的充分利用下，服务效能得以有效提升，资源也得到了有效的整合和共享。近些年在“互联网+”风潮的推动下，物联网技术广泛的应用于安防、农业、交通以及生活等领域，气象监测作为物联网生态圈的一个应用产业集中区，具有广阔的发展和应用前景。(二)研究意义及目的气象检测预警系统不仅可以自行采集相关气象数据和信息，而且可以对深度进行分析并针对严重问题进行预警，其中的智能化系统具有可控制的功能，这使得系统的智慧程度大大提升，如同安装了网络神经系统一样，实现了气象检测预警服务的标准化、智能化以及管理的精细化，可以方便全面和动态化进行气象检测预警，对相关地区进行实时监控，一旦发现气象灾害等异常情况就采取报警措施，同时还可以减少能源消耗和资源浪费的情况，充分促进了气象检测预警质量的提升。二、气象检测预警系统需求分析(一)系统应用的主要信息技术1.物联网技术物联网是互联网的延伸，可以充分容纳及互联网上的所有资源，比如其中的应用技术等，这一概念于2015年被国际电信联盟(ITU)提出，并且是在网络无线射频识别技术(RFID)的基础上提出的：物联网是能让任何物品在任何时空中进行多样化通信的动态网络。更为明确的物联网定义为：利用传感技术将所有物品连接到互联网进行通信的网络，其架构分为感知层、网络层和应用层三层。感知层包括RFID电子标签、监控摄像头等感知设备，主要用于信息的采集和传递，身份认证后，通信模块与本地网关成功连接后，就可以利用网关来发送或者接收信息，并对信息进行相应的操作。网络层由通信网、广电网、GPRS、WiFi网络、ZigBee、以太网等部分构成，主要是向其他网络发送感知层发送的数据和信息，并将这些网络发布的控制指令传达给感知层，在数据发送的过程中，为方式格式不兼容的问题出现，需要先转换格式，使信息可以在Internet.2G/3G/4G等网络中传输。应用层包括智能环境监控系统、智能交通系统、智能家居系统等内容，主要对传感器搜集到的数据进行分析、存储、计算等过程，以便为用户提供具象的特定服务。2.云计算技术云计算技术可以对海量信息进行存储和处理，并提供异构多业务的支持，利用分布式数据中心来确保系统容错性，使得支持系统具备可扩展性。云计算技术可以充分满足客户企业的扩展等需求，可以帮助企业节省软件的购买费用，其服务方式主要有软件即服务(SaaS)、平台即服务(PaaS)、基础设施即服务(IaaS)三种类型，从而保障系统的可用性、扩展性及可伸缩性等的提升。（1）基础设施即服务基础设施即服务IaaS)主要为硬件/操作系统层提供服务封装，这一服务可以对计算机底层的基础设施进行交互，从而将计算机中心的任务区分开来，这样用户在使用这些服务的过程中就不需要知道计算中心的具体地理位置。IaaS这一服务将计算资源、存储等的基础设施当作服务，并将其出租给用户，因可以为其提供基本计算和存储等服务，而且服务项目具有标准化的特点，可以说这种服务是最底层的、最基础的服务。IaaS是作为服务计算的最原始的形式，主要提供对物理意义上的基础设施的访问。在本系统中使用的是阿里云来作为IaaS的提供商。（2）软件即服务软件即服务(简称SaaS)可以看做是通过互联网提供软件的一种模式，软件提供厂商的服务器中有全部的应用，这些应用被统一存储在服务器中，服务消费者可以向软件提供厂商支付一定的费用，并在明确自身使用数量和时间的情况下购买自己想要的应用软件服务。这种方式类似于租赁，服务消费者不需要购买软件，而是租用软件提供厂商的服务，在这一过程中，服务消费者就免掉了维护软件和使用完后软件被闲置浪费等麻烦，服务提供厂商提供服务的过程中，需要对软件进行全权负责。SaaS这一服务方式摒弃了在客户端配置操作系统、中间件等的传统。本系统的开发也属于SaaS软件，乳山水务集团无需再软件、硬件的维护方面发挥大量的资金，只需要花费一定的租用服务费即可享受这种服务，当然这种服务的使用还需要借助Internet等技术，相比购买软件服务而言，性价比更高。(二)系统的性能需求分析系统对于数据的安全要求很高，一般情况下只能由授权用户使用，由于涉及到的信息比较重要，要保证系统正常运行，就必须确保其数据的可靠性和准确性。如果收集的数据不够准确或不正确，管理系统的分析结果会有偏差或错误，这会导致最终无法可靠地实现系统。同时，该系统作为相应数据信息的载体，需要充分考虑到系统异常或故障的情况，故障或异常情况可能导致数据丢失，这时需要必备的数据恢复方案。系统有一定的可扩展性和兼容性要求，因为系统并不是独立而是相互联系在一起的，其后期功能也会得到一定程度的完善。因此，为满足操作系统过程中的准确性和其他要求，系统需要具有良好的可扩展性和兼容性。气象监测预警系统要求有着严密的处理方式，所以不必担心因操作带来的不便。此外，数据在系统运行期间会因实际情况而发生不同的变化。需要对数据进行相应的存储和更新工作，如果发现问题也可以及时的对系统进行维护和改进，这样才能保障该系统的动态监测效果。(三)系统的功能需求分析通过系统功能的需求分析发现，气象检测预警系统需要满足气象监测与预警处理的要求，可以有效集成各级平台的数据信息。（1）整合系统数据资源在线运行监控系统中的数据采集系统可以充分发挥数据采集的作用，使其可以为数据处理系统提供基础数据信息，进一步方便气象检测管理，为了充分满足监控系统的设计需求，整合的数据类型包括降水量和温度等基础数据以及联网监控动态数据等（2）有效控制系统平台服务保障了平台功能和平台层次之间的联系，促进这一目的实现的操作有：建立了一种较为开放的信息机制，该信息机制严格符合相关标准，在简单封装的标准适配器和接口的帮助下，可以保障平台管理服务、数据接入服务、反馈控制服务等的充分实现。（3）气象数据显示和预警系统通过图形用户界面与终端操作人员相连，这一界面可以反映出气象的实时情况，而且图片的显示方式显得更加生动具体。现场数据的更新会促进前景的更新，比如现场最近的数值会决定一个值的状态，当屏幕上出现红色闪烁图标时，可以断定是当地气象数据超出正常范围，才会有报警状态显示。一旦出现异常情况，就会有相应的显示标志，这些异常情况还会存储在中央主机中，会发出警报声，听到警报声的人员就会及时采取相应的行动，比如通过查看在线监测系统来查找报警的原因，并对危险情况采取相应的控制措施。现场变量可能会跟着时间发生变化，为了方便操作人员查看信息，运行监测系统会将信息作成一个趋势图，充分反映各变量随时间变化的情况，并将变化情况绘制再用户界面屏幕上。三、气象检测预警系统设计(一)系统总体框架设计整体系统的设计具有稳定性、可靠性以及合理性，模块兼容性、功能操作便捷性、系统运行安全性。因此，设计满足要求的气象监测预警系统需要遵守相关的设计原则，只有这样才能确保系统能够达到人们的要求，更好的实现智能化。该系统基于B/S模式开发，采用相对成熟可靠的3层系统架构模式，使用表示层、业务逻辑层和数据层框架来搭建平台开发，将分布式应用程序清楚地划分开来。从上面的数据分析，在设计与实施的过程中详细的考虑了系统的操作可行性和技术可行性。该系统在功能设计上，对数据库的访问及其相关权限进行详细设计从而确保了系统的安全，同时功能的设计也比较贴近实际需求。在扩展性上，气象监测预警系统采用B/S结构，这种结构有利于系统的后期升级与维护。在性能上，系统采用普遍的浏览器模式，这有利于提高数据的处理效率，保证系统数据的存储。(二)数据库设计数据库一级的数据接口编写内容有存储过程、函数、视图等，这些内容的编写可以方便其他系统对本系统的数据进行提取和调用。应用级接口：为了保障系统中的数据可以充分满足其他系统对数据的格式和条件要求，可以严格按照特定的协议将数据推送适配器配置在系统中，配置需要严格符合特定的协议，使得符合要求的数据可以推送到相应系统中，比如符合气象系统的数据被送到气象系统中。该系统的逻辑结构由基础资料库、地图数据库、模型库、动态管理库等数据库及子系统模块部分构成。基础资料库中的信息较为基础，有气象统计等信息，大部分信息与图形空间数据无关，按照资料的时空属性不同，基础资料有基于时间序列和空间分布之分。地图数据库包括由地形地质、地面高程、降雨、蒸发等空间数据和由GIS软件处理或者直接操作的数字化产品等属性数据库。模型数据库与相关专业计算模型关系密切，部分复杂的计算模型可以在放入模型库之前和系统集成之前，被编译成动态连接库(DLL)或者执行程序(EXE)。数据库还需要存储与计算模型相关的算法、模型参数、方案说明、中间结果、最终结果等，使得系统可以更好而被管理。(三)气象检测预警系统功能设计1.动态数据录入与显示为了对检测气象状态并进行实时监控，这些状态信息包括控制区域的在线监测降水量和温度等气象信息，需要在地理信息管理系统中增设管网运行数据接口，使其可以模拟这些表格数据并将数据结果以趋势图等形式显示出来，充分登记历史信息。2.气象检测功能模型的模拟效果需要尽可能好，与真实情况越是接近，其在气象预警方面的作用也就更强。为了充分反映气象气候情况，可以在结合实际情况下的基础上建立区域气象模型，使其为系统的运行管理提供服务和基础数据支持。实时监测个区域气象检测预警系统，并对其进行动态管理。该系统可以根据需要布置监测网点，全面系统及时得掌握气象信息，建立气象信息模型，使其在不受资源限制的情况下也可以安全使用，进一步为工作建设规划的合理制定提供参考指导作用。3.气象预警功能当气象预测值超过正常值范围时，随着时间的变化可能会引起气象灾害等问题，为了防止这一问题的出现，需要在控制源头的基础上对网络系统进行实时监控，监控的内容有区域气象信息数据的连续变化情况等，及时发现严重的气象区域，并对其总量进行检测，从而强化监督预警作用，一旦出现不寻常的情况，就采取报警措施，并将这一报警事件记录到动态属性数据库中，编制和打印事件数据报表。气象检测预警系统实现（一）运行监测系统云平台搭建搭建基于云平台的大数据处理中心，对于采集物联网云平台的数据通过物联网传输到云平台，在云平台通过分布计算对得到的数据进行大数据处理，利用大数据处理技术，能够将各类数据进行快速整合，实现对海物联网云平台量数据的加速处理与实时分析。再通过丰富的数据可视化手段，提供商业分析决策支持所需的数据和信息，灵活快速地响应管理和信息变化，搭建一套灵活、完善的辅助决策分析体系。对于计算得到的物联网云平台数据和信息进行云存储，当需要查看相关数据时，物联网云平台可通过软件对数据进行调用查看。系统在运行中，通过实时采集的气象监测的有关参数、现场数据经过及时处理后显示在计算机屏幕画面上，可通过拼接屏形象直观地显示各种必要的气象实时情况图。系统决策管理人员可根据计算机及时提供的各站参数信息，按照其不同属性特征进行分类存储，进入气象预警数据库，存储数据按照基础数据、管理数据、监控数据分类；数据库是开放性的平台，支持大多数的软件系统，并具有良好的与各种硬件兼容的性能。可以将整个区域分布的监测点的数值以图表形式展现出来，并且当气象数据超过预警值时，代表每一个站点的标志会改变颜色，可以根据不同的报警设置不同的颜色以便区别开。当单击每个显示的数据框时，出现该测点的实时和历史趋势。（二）数据库的创建传感器采集数据方面，与数据云平台相连接的传感器节点数量较多，并且这些节点数量会随着传感器数量的增加而呈现指数级增长，这会大大提升数据的采集频度，在这些成千上万的数据面前，数据库需要有超强的并行操作能力和读写吞吐量，单台数据服务器基本上很难满足这一要求，即使可以满足，CPU也会处于超负荷的工作状态，这不仅会导致硬件的损害，而且还会降低工作的效率。因此，需要将数据库分布在多台服务器上，搭建数据库集群，满足海量数据处理的目的。为了实现这一目的，本气象监测预警系统在基于物联网云平台方面采用了MongoDB数据库来对底层数据进行存储，这一数据库的核心是分片技术，开发者在开发的过程中可以忽略服务器机器之间的联系，自行设置水平扩展的分片框架就行。MongoDB数据库就可以满足查询、删除、更新、新增传感器设备信息以及对这些信息的上传等操作。五、总结通过对实际生活和相关理论的了解与深入分析，本文设计一套基于物联网技术的气象检测预警系统。首先是根据实际的需求对系统需要处理的业务流程进行梳理和优化，然后分别对其基本功能进行分析，并提出其性能需求，最