Python基于时间序列分析的大气污染预测的设计与实现

1 简介
2 技术栈
3 功能需求分析
4 数据库设计
5 系统功能的实现
参考文献
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1 简介

摘要：随着当今社会工业的发展，世界各地的空气质量都下降的非常明显，大气的污染对人们的身体健康会产生极大的危害。所以从20世纪初我国就十分关注空气质量的治理问题，以往在天气预报中只会有天气情况和温度，现在空气质量也是天气预报中的一部分。我国进入冬天之后，尤其是在北方雾霾现象非常严重，如果人们在出行之前没有戴口罩的话，久而久之就会对人们的呼吸道产生坏的影响，从而增加人们感染呼吸道疾病的可能性。

本系统使用Python语言和MySQL数据库开发，其中的核心算法是基于时间序列对大气污染情况进行预测，可以为全国各地的人群提供大气污染预测、预测分析、预测管理等多种功能，让用户不需要再每天重复的查看各地区各时期的大气污染情况就可以随时随地地进行对大气污染的预测，最大程度地避免大气污染对身体带来的危害。

关键词：时间序列；大气污染预测；Python；MYSQL

2 技术栈

Python 3.8 （最好用 3.8）
框架 Python Django
pycharm （社区版，专业版本都可以）
MySql （建议 5.7， 8.0 也可以）
Navicat （不限制版本）

3 功能需求分析

本系统的主要使用角色为普通用户和管理员用户，两者的功能几乎是一致的，但管理员用户比普通用户多了用户管理的功能，可以对系统内的用户进行管理。普通用户比管理员用户多了注册的功能，普通用户必须先经过注册才可以进行登录。而管理员用户的帐号是在编程时就写好的。两种角色共同有的功能主要有个人信息查看、修改密码、大气污染预测和预测管理等，以下是不同角色在本系统中的功能需求分析：

管理员用户：

（1）个人信息管理：管理员用户可以通过此功能对自己的密码进行维护。

（2）用户信息管理：管理员用户通过此功能可以维护系统内注册用户的信息，比如可以对用户的姓名、电话或联系方式等信息进行管理。

（3）预测管理模块：管理员用户可以对系统内的已经进行过大气污染预测的信息进行维护和管理，比如可以通过序号查看某地区某时期的大气污染预测详细信息。

普通用户：

（1）系统首页浏览：用户登录系统之后可以在首页中查看系统内的所有功能，网站首页使用简介大方的设计风格，可以给用户很好的使用体验。

（2）个人信息查看：用户可以查看网站内自己的个人信息，包括自己的ID、姓名、联系方式、权限、创建时间及最后修改时间等。

（3）大气污染预测及分析模块：在已经注册且成功登录的情况下，用户可以进行大气污染的预测，进行预测时需要先填写地区及时间等信息，填写完信息之后就可以在网页上看到预测的结果。另外，用户还可以通过预测分析的功能查看统计图表。

4 数据库设计

数据库的设计在整个系统的开发过程中是非常重要的，而且一定要在开始编程之前就对数据库进行设计，这样可以避免编程过程中无谓的返工。比如在进行课程实验功能的开发时，又想突然加上实验类别的功能，这样就要再添加一个表，但数据库发生改变之后所有的代码都需要进行修改，非常的费事费力。本系统的E-R图和数据表的展示如下所示：

5 系统功能的实现

5.1 首页展示

用户在输入正确的域名后即可访问本系统，不过用户在注册用户之前只能访问系统的首页，仅能查看一些公共的信息。本系统的首页使用上中下结构，头部为导航，中间部分的左侧为当前的用户信息，除此之外还能当前系统内的全景图数量，右侧该可以显示系统内的总操作数、总用户数等数据。

5.2 登录注册

未进行注册的用户无法使用本系统的所有功能，只有经过一系列表单验证后完成注册拥有自己的账号之后才可以进行登录，进而使用所有的功能。

5.3 大气污染预测

用户登录首页后点击左侧菜单栏的大气污染预测即可进入本功能，进入后可以选择年份、月份及城市等信息，输入后点击开始预测，系统会分析系统中大量的大气污染信息进行预测，具体效果如下：

5.4 预测结果管理

预测结果管理功能是本系统很重要的功能，系统内所有通过时间序列分析预测的大气污染数据都可以保存在系统内，在数据列表中可以看到被预测的城市、月份、预测结果及操作时间等，在最后一列还可以将预测的信息进行删除。具体界面如下：

5.5 预测分析

预测分析功能是将系统内所有的预测信息通过饼状图进行展示，用户可以看到各种结果所占的比例。具体界面如下：

5.6 个人信息查看

在首页上方的导航栏中有个人信息的超链接按钮，点击个人信息后即可进入本页面，用户在此界面上可以查看到当前账户的ID、姓名、联系方式和最后登录时间等信息。具体界面如下：

5.7 注册用户管理模块

管理员在登录系统后台之后可以通过本功能对用户信息进行查看和管理，可以查看用户的帐号、密码及其他基本的个人信息，还能为用户进行权限的设置，用户没有权限的时候是无法进行预测管理的，除此之外，如果用户违反了网站的相关规定，管理员可以对用户进行删除。操作界面如下图：

参考文献

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3 功能需求分析

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