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基于LabVIEW的天气预报系统班级： 姓名： 学号： 时间：基于LabVIEW的天气预报系统摘要：本文介绍了LabVIEW在天气预报系统中的应用，该系统利用虚拟仪器技术，以LabVIEW为开发平台，通过调用API接口对网页中的气象数据提取和分析，实现了云南省昆明市呈贡区的精细化天气预报功能。该系统不仅涵盖了温度、风、相对湿度等气象要素，而且在各气象要素的基础上发布与天气相关的生活指数，同时实现对指定城市一周天气趋势的预报。通过LabVIEW与数据库的交互实现对数据的存储以及对历史数据的调用分析，为天气预报的研究提供了更多更有效的数据。关键词：LabVIEW 天气预报系统 数据采集和分析 气象状况0 背景介绍 随着当代社会经济的快速发展以及人民生活水平的不断提高，为了满足人们对气象预报不断增加的需求，提供精细化的天气预报信息，并且能实时实地的发布天气信息，为人们的生产生活等社会活动提供更好的服务，故而设计这样一个天气预报系统就变得至关重要。该系统是在LabVIEW平台上实现天气预报的功能，提供基本的气象信息服务。测试软件LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台是一种基于图形化编程语言(G语言)的测试系统开发软件。LabVIEW图形化编程语言在程序设计上采用了与文本编程语言截然不同的方式，没有采用文本段落的编程方式，而是采用图形化语言进行程序设计。图形化编程语言G语言是一种通用编程语言，自带函数可以实现复杂的数学运算，采用并行数据处理的设计模式。同时G语言拥有丰富的第三方控件库和函数库，可以对采集到的数据进行数据分析、显示和存储，Database数据库函数可以实现数据库的操作，函数库OPengG封装了常用函数功能，可以为编程设计带来很大的便利。本天气预报系统在LabVIEW的基础上，对API接口数据调用分析，实现了基本气象要素的信息发布和数据存储等功能，构成的天气预报系统更加便捷的为人们提供气象信息，具有造价低，操作方便等优点。随着天气预报信息精细化要求的不断提高，以LabVIEW为平台的虚拟仪器技术必将在气象业务方面得到越来越多的应用。1 系统框架及流程 天气预报系统通过使用LabVIEW控制IE或Web实现网页数据的提取，按照行政区域的划分，获取XML和HTML中所需的气象信息，提供了云南省昆明市呈贡区区域的天气预报信息，包括天气概况、当日最高温度、当日最低温度、当前温度、风况、风向、风级以及相对湿度等气象要素；可对所选城市未来6天的温度变化以曲线形式表现出来，同时根据天气情况给予穿衣建议等内容；将获取的数据实时保存在数据库中，方便数据调用分析。按照模块化的思想设计系统，包括提取WEB数据、数据处理、数据显示以及数据存储4个部分，天气预报系统的构成如图1所示，呈贡未来一周天气状况如图2。图2 呈贡未来一周天气状况2 系统主要功能及演示2.1 数据采集虽然LabVIEW自身没有提供打开网页的控件，但是它可以使用容器调用IE提供的Active X控件，利用Web获取网页控制权，通过创建相应的属性和方法调用HTML DOM HTML文档对象模型类的属性和方法获取网页信息。通过Active X得到的网页数据不能直接编辑，需要通过“变体”函数转化成可编辑的HTML类型数据，才可以完全控制网页，提取任意所需的数据内容。超文本标记语言HTML是用于描述网页文档的一种标记语言，网页中看到的标记，都是根节点或整体之下的标记节点对象。每一个标记节点对象之下都有一个名为子对象的集合，它包含了隶属于本节点下的标记，HTML文档对象模型的结构如图3所示。 图3 HTML文档对象模型结构LabVIEW的HTML对象库提供了大量的对象，这些对象和HTML标记相对应，例如“”、“”、“”和“”等标记。“”标记了网页的主要信息，借助ITHMLElement函数的“innerText”属性将网页数据存储为字符串类型数据，方便了后续数据调用和分析。获得网页数据程序如图4所示。 图4 获取网页数据程序2.2 数据处理 从网页中获取数据由于包含很多无用信息，不能直接使用，需要通过分析各气象要素的标记符获得有用的信息。各气象要素具有唯一的标记符，通过HTML文件格式查找到关键字获取相应信息，例如py Nmne字段是各个省市XML的文件名，trap代表温度，state是天气现象图标等。为了将各气象要素细化分类，实现按照城市列表显示天气现象的效果，用模块化思想将各要素气象信息解析出来分类存储，方便数据显示和调用。通过匹配模式截取字符串的方式来获得不同的气象信息，字符串函数中的“匹配模式”使用正则表达式作为检索方式获得符合标记符的文本内容，只需要不同的匹配模式就可以得到相应的结果。在此用获取天气现象的SubVI来说明实现过程，实现过程如图5所示。内容state在原始数据中是以数字表达，为了更直观的表达天气现象，使用与state相对应的天气现象图标来表示，利用控件的“自定义”功能创建图片控件组成数组，建立数字和各天气现象图标的对应关系。图6表示了通过“图片下拉列表”控件创建天气现象图标，最后再整合为数组的实现方式。图5 获取天气现象图标程序 图6 气现象“图片下拉列表”控件2.3 数据显示 程序界面提供“2日穿衣指数”、“双击显示天气”、“未来6天温度变化”、“保存数据”、“退出”5个功能按钮，利用LabVIEW的动态调用功能，在界面点击各选项，系统调用并显示相应的内容。程序显示界面以列表显示所选行政区内各城市气象要素概况，以图表方式表示所选城市未来一周的温度变化情况，根据列表和图表中各气象要素情况，用字符串的形式表现未来48h的穿衣指数建议。点击“保存数据”按钮可以将实时数据保存在数据库中，为分析历史天气提供了参考依据。图7所示的是以云南省昆明市呈贡区作为实例来表述以上各部分功能实现过程。 图7 天气预报主界面2.4 数据存储与调用LabVIEW数据库工具包只能对现有数据库进行操作而不能创建数据库，所以必须借助第三方数据库管理系统来创建新的数据库文件，在此使用Access创建数据库口。在利用LabVIEW数据库工具包对数据库进行操作之前，需要先连接数据库。本系统利用DSN和通用数据库连接UDL2种方式来获取数据库信息以实现数据库的连接。数据库连接测试通过之后就可以对数据库进行读写操作，实现数据的保存与调用。LabVIEW数据库工具包完全支持SQL语言，使用SQL语言可以很方便对保存在Access中的数据调用查询，借助SQL实现查询、添加、删除等功能，对历史数据进一步分析。调用数据分析历史天气部分是一个独立的程序，可以根据以往存储的历史数据来分析历史天气情况。根据降雨量的情况，可以将每天不同时段的天气信息存储到计算机中，作为参考和历史数据分析的数据资源。历史天气分析界面和数据库调用分析程序如图8和图9所示。 图8 历史天气分析界面 图9 数据库调用程序数据存储部分选择了数据记录文件类型进行气象元素的存储，这种类型的一个主要好处是可以有选择的存储，有效地保留了各种有用的组合信息。同时该系统具有文件存储功能，可以对输入数据进行保存，也可后的结果进行保存。3 结论和展望本天气预报系统是以LabVIEW为开发平台，通过调用第三方插件ActiveX提取IN页数据，将各气象要素信息发布出来，同时将提取到的数据保存在数据库中调用分析，为分析历史天气提供数据参考，实现了虚拟天气预报的基本功能。从实践教学来看，该系统开发方便，界面表现丰富，用户点击鼠标就可以完成所有监测、分析和处理工作，有良好的用户体验，能够为天气预报系统的设计、开发积累经验,也能够有效降低实验的设备费用，在实践教学中具有明显的应用价值。从推广应用角度看，基于虚拟仪器技术，设计的系统能够对目标气象要素进行实时采集、显示、分析和存储,基于虚拟仪器进行气象检测系统的开发、设计有较强的实际意义，符合仪器发展趋势，具有推广应用的前