1.前言

1.1总体思路

最近接到一个任务，通过使用近11年的雷电数据对给定经纬度站点的雷击情况进行统计分析，并制作相应的统计图。任务很简单，需求也很简单。无非就是数据提取，筛选，计算，并画图，但是就是烦，站点很多，数据很杂，格式不统一。可以做的工具有很多，matlab，python，java，Arcgis等等。善其事，利其器。本次项目，我们使用Python（画图），用Java完成数据的处理与雷评报告的自动生成。其实python可以完成整个操作流程，但是因为一些原因，还是配合使用处理吧。下图是整个工程的流程思路。整个流程很简单。最重要的是预处理环节，涉及到各种工具类的编写。接下来我们针对每一个环节写代码。

1.2工程结构

工程的结构也比较简单。为了优雅一点。我们仍然创建一个maven工程。还是老三样，实体类，任务，以及工具类。后续如果想部署到服务器，并给出相应的Api接口，需要更改项目结构，并引入其他东西。这都是后话了，有空再搞。

2.工具类编写

工具类的使用，可以大幅优化我们的项目结构，减少代码量。完成代码的复用。

2.1距离工具类编写getDistance

为了提取站点周围2km或者3km的闪击点要素。我们需要计算辖区内各个闪击点与站点的距离。给定两个点A和B，已知两点的经纬度值，和地球半径。我们可以很快计算得到两者之间的距离。

public class getDistance {

    public static double getDis(double latitude1, double longitude1,
                                double latitude2, double longitude2) {

        // 纬度
        double lat1 = Math.toRadians(latitude1);
        double lat2 = Math.toRadians(latitude2);
        // 经度
        double lng1 = Math.toRadians(longitude1);
        double lng2 = Math.toRadians(longitude2);
        // 纬度之差
        double a = lat1 - lat2;
        // 经度之差
        double b = lng1 - lng2;
        // 计算两点距离的公式

        double s = 2 * Math.asin(Math.sqrt(Math.pow(Math.sin(a / 2), 2) +
                Math.cos(lat1) * Math.cos(lat2) * Math.pow(Math.sin(b / 2), 2)));
        // 弧长乘地球半径, 返回单位: 千米
        s =  s * 6370.856;
        return s;

    }
}

该工具类返回值就是Double类型的两点间距离。

2.2合格条件站点工具类编写getStation

上面我们已经有了计算两点间距离的工具类。接下来我们开始计算所有符合条件的点。最后将所有符合条件的点放入到一个集合当中，返回，供接下来的任务使用。

我们的闪击数据是存放在excel中的。所以我们需要在pom.xml文件中引入相应的依赖。有了这个依赖，我们可以方便的使用java来对excel表格进行处理。

数据示例

<!--处理excel-->
<dependency>
    <groupId>org.apache.poi</groupId>
    <artifactId>poi</artifactId>
    <version>3.9</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.apache.poi</groupId>
    <artifactId>poi-ooxml</artifactId>
    <version>3.9</version>
</dependency>

在计算过程中，为了对计算得到的点进行描述，我们需要创建一个bean类来对其进行描述。这就是面向对象的思想。万物皆对象。我们把这个bean类命名为stanData。其代码很简单，每一个属性都是和原来在excel中的属性相对应，虽然有很多属性在后面都用不上，但是为了保证数据的完整性，这里还是将其写了出来。篇幅有限，相应get，set方法已省略。

public class standData {
    private String mapinfo;
    private String id;
    private String time;
    private String hour;
    private String minute;
    private String second;
    private String lat;
    private String lon;
    private String strength;
    private String gradient;
    private String error;
    private String method;
    private String province;
    private String country;
    private String city;
    }

通过上面的准备，我们可以开始编写getStation工具类了。其实这里写的有一点不好，把有的参数写死了。后续可以优化一下。

public class getStation {
    /**
     *
     * @param file 所要处理的excel文件
     * @param rule1 想要所在辖区的名字（需要和excel中名字一致）
     * @param latitude 站点的纬度
     * @param longitude 站点的经度
     * @param distance 圆的半径距离（如站点周围2km，则设置为2.0）
     * @return 返回的是符合规则的点的对象集合
     */
    public static ArrayList<standData> get(String file, String rule1, Double latitude, Double longitude, Double distance){
        XSSFWorkbook book = null;
        try {
            book = new XSSFWorkbook(file);
            //获取工作表
            XSSFSheet sheet = book.getSheetAt(0);
            //获得行数
            int rows = sheet.getPhysicalNumberOfRows();
            //System.out.println(rows);
            ArrayList<standData> ruleList = new ArrayList<standData>();
            for (int i = 1; i < rows; i++) {
                XSSFRow row = sheet.getRow(i);
                String s = row.getCell(13).toString();
                if (s.equals(rule1)) {
                    standData standData = new standData();
                    standData.setMapinfo(row.getCell(0).toString());
                    standData.setId(row.getCell(1).toString());
                    standData.setTime(row.getCell(2).toString());
                    standData.setHour(row.getCell(3).toString());
                    standData.setMinute(row.getCell(4).toString());
                    standData.setSecond(row.getCell(5).toString());
                    standData.setLat(row.getCell(6).toString());
                    standData.setLon(row.getCell(7).toString());
                    standData.setStrength(row.getCell(8).toString());
                    standData.setGradient(row.getCell(9).toString());
                    standData.setError(row.getCell(10).toString());
                    standData.setMethod(row.getCell(11).toString());
                    standData.setProvince(row.getCell(12).toString());
                    standData.setCountry(row.getCell(13).toString());
                    standData.setCity(row.getCell(14).toString());
                    ruleList.add(standData);
                }
            }
            //System.out.println(ruleList.size());
            //开始筛选出三公里
            ArrayList<standData> distanceList = new ArrayList<standData>();
            for (int i = 0; i < ruleList.size(); i++) {
                String lat = ruleList.get(i).getLat();
                String lon = ruleList.get(i).getLon();
                double dis = getDistance.getDis(parseDouble(lat), parseDouble(lon), latitude, longitude);
                if (dis <= distance) {
                    //System.out.println(dis);
                    distanceList.add(ruleList.get(i));
                }

            }


           return distanceList;


        } catch (Exception e) {

        }
        return null;
    }

}

通过实例化该工具类，我们可以获得一个站点周围2km/3km范围内的所有闪击点的各种要素的list集合。

2.3需求工具类编写createData

上面我们得到了所有符合条件的点。但是这还是不行的。我们需要对这些数据进行相应的统计分析。得到正闪，负闪的最大强度，平均强度，年份对应的闪击数，月份对应的闪击数，每小时对应的闪击数。以及每个闪击强度范围对应的闪击数。具体如下表。

2011-2020闪击次数	正闪次数	平均正闪强度	最大正闪强度	负闪次数	平均负闪强度	最大负闪强度

针对上面的表格，我们要创建一个light的bean类来对其进行描述。

public class light {
    private int times;
    //Positive number
    private double positiveTimes;
    //negative number
    private double negativeTimes;
    //averagePositive value
    private double averagePositive;
    //averageNegative value
    private double averageNegative;
    //最大正闪
    private double maxPositive;
    //最大负闪
    private double maxNegative ;
    //每年发生的闪击次数
    private ArrayList<Integer> yearTimes;
    private ArrayList<Integer> monthTimes;
    private ArrayList<Integer> dayTimes;
    private  ArrayList<Integer> rangeTimes;
    private ArrayList<map> yearTimesMap;
    private ArrayList<map> monthTimesMap;
    private ArrayList<map> dayTimesMap;
    private  ArrayList<map> rangeTimesMap;
    private ArrayList<standData> standDataArrayList;
    }

同样的，省略掉get与set方法。

有了light对象后，我们只需要通过各种计算，然后将各个参量set到里面，然后作为返回值返回出去。篇幅有限，这里只针对最“扯淡”的范围闪击数进行记录。

1.因为各个闪击强度有正负之分，但这里不考虑正负号，对所有的闪击进行求绝对值。

2.因为事先不知道每个闪击数值的大小，所以我们并不能事先声明好各个数值范围。

3.因为闪击范围一般是按照0-10，10-20，20-30这种形式写的。所以我们将（闪击强度/10）取整作为索引值，闪击强度作为对应的值。之后，每一个闪击强度都进行相应的操作。这样，每一个闪击点都会有一个索引值。然后统计每个索引值对应的个数。最后，根据索引值，可以将索引再转换位范围字符串。

如：

3.报告编写与excel生成（getReport）

在createData工具类中，我们返回了一个light对象。这个light对象包含了我们所需要的所有信息。所以我们在main函数中只需要将其实例化就可以了。

light light = createData.getExcel(file, rule1, latitude, longitude, distance);

在报告中，我们还会遇到下面这种情况，问你哪个时间段，哪一年的闪击次数最多。

这是我们就需要对实例化的结果进行排序。Java提供了一种比较快捷的比较接口Comparator。我们新建一个MyComparator类实现Comparator。

public class MyComparator implements Comparator {
    @Override
    public int compare(Object o1, Object o2) {
        map e1=(map)o1;
        map e2=(map)o2;
        return e1.getTimes()- e2.getTimes();
    }
}

然后实例化该类

ArrayList<map> yearTimesMap = light.getYearTimesMap();
MyComparator myComparator = new MyComparator();
Collections.sort(yearTimesMap, myComparator);

这样我们的数组就会按照从大到小的顺序进行排列。很方便，哈哈哈哈。

最后，因为Java画图很不方便。所以我们将各种数据存入到一个excel里，开始使用python进行画图操作。

4.使用Python一键出图

有了数据，没有图怎么行？python提供了一个画图的包。功能和matlab很像，功能强大。

from pylab import mpl
import matplotlib.pyplot as plt
from matplotlib.pyplot import MultipleLocator

由于我们这次任务画的图主要是散点图，条形图和柱状图，不需要进行复杂的操作，所以比较简单。由于并不是很熟悉python的工程结构，所以代码写的不是很优雅。想到哪写到哪。比较垃圾。不过，又不是不能用，哈哈哈哈哈。

首先是散点图

#设置画幅大小
plt.figure(figsize=(10, 5))
plt.rcParams['savefig.dpi'] = 300 #图片像素
plt.rcParams['figure.dpi'] = 300
# 画散点图
plt.scatter(lon, lat,c='black',marker='.')

plt.scatter(lon1,lat1,c='red',marker='.')
plt.plot(linewidth = '0.5',color='#000000')
#设置横纵坐标的名称以及对应字体格式
font2 = {'weight':'normal','size': 20,}
plt.xlabel("经 度",font2)
plt.ylabel("纬 度",font2)
#设置坐标字体
plt.xticks(fontsize=20)
plt.yticks(fontsize=20)
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei'] # 指定默认字体
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False # 解决保存图像是负号'-'显示为方块的问题
//设置图片保存路径
plt.savefig(a+'.png')
plt.show()

条形图和折线图的绘制和这个类似。不赘述了。