基于 Flask + MySQL 的天气预报数据可视化分析系统

天气预报数据可视化分析系统 - 系统文档

📋 目录

项目概述
系统架构
技术栈
功能模块
数据库设计
API接口文档
部署指南
使用说明

项目概述

项目简介

本系统是一个基于 Flask + MySQL 的天气预报数据可视化分析系统，提供天气数据的采集、存储、分析和可视化展示功能。系统整合了多个天气数据源，支持实时天气查询、历史天气查询、7天天气预报分析等功能，并通过多种图表和地图展示天气数据。

主要特性

✅ 用户认证系统（注册/登录/信息管理）
✅ 实时天气数据展示（中国地图可视化）
✅ 7天天气预报分析（多指标折线图）
✅ 历史天气查询（2022-2024年数据）
✅ 数据自动爬取（API + 网页爬虫）
✅ 多维度数据分析（温度、湿度、风力、能见度等）
✅ 响应式前端设计（Bootstrap 4）

系统架构

架构图

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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         用户界面层                              │
│  ┌──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┐  │
│  │  首页    │ 天气地图 │ 天气分析 │ 历史天气 │ 用户管理 │  │
│  └──────────┴──────────┴──────────┴──────────┴──────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                            ↕
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                         Flask 应用层                          │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │               路由控制器 (app.py)                    │   │
│  │  /login /register /home /map /search /lishi /user  │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                            ↕
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       业务逻辑层                              │
│  ┌──────────┬──────────┬──────────┬──────────┬──────────┐  │
│  │  home/   │  lishi/  │  map/    │ search/  │spider/  │  │
│  │  首页数据 │历史查询  │地图数据  │天气分析  │数据爬取  │  │
│  └──────────┴──────────┴──────────┴──────────┴──────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                            ↕
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       数据访问层                              │
│  ┌─────────────────────────────────────────────────────┐   │
│  │            MySQL 数据库 (tianqi)                     │   │
│  │  users, weatherdata, weatherdata7, lishiweathers    │   │
│  └─────────────────────────────────────────────────────┘   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
                            ↕
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                       数据源层                                │
│  ┌──────────────────┬──────────────────────────────────┐  │
│  │   和风天气API     │   weather.tianqi.com (网页爬取)  │  │
│  │   实时/7天预报    │   历史天气数据                  │  │
│  └──────────────────┴──────────────────────────────────┘  │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

目录结构

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code/
├── app.py                      # Flask主应用文件
├── requirements.txt            # Python依赖包
├── home/                       # 首页数据处理模块
│   ├── bar.py                  # 饼图数据处理
│   ├── biaoqian.py             # 标签数据统计
│   ├── line.py                 # 折线图数据处理
│   ├── utils.py                # 数据库连接工具
│   └── __init__.py
├── lishi/                      # 历史天气查询模块
│   ├── search.py               # 历史天气搜索
│   ├── utils.py                # 数据库连接工具
│   └── __init__.py
├── map/                        # 地图数据模块
│   └── utils.py                # 城市温度数据查询
├── search/                     # 天气分析查询模块
│   ├── line.py                 # 折线图数据查询
│   ├── table.py                # 表格数据查询
│   ├── utils.py                # 数据库连接工具
│   └── __init__.py
├── spider/                     # 数据爬取模块
│   ├── fenxi.py                # 7天天气预报爬取
│   ├── lishi.py                # 历史天气数据爬取
│   ├── map.py                  # 当前天气爬取
│   ├── china.json              # 中国城市编码
│   ├── city.json               # 城市编码映射
│   └── province_city.json      # 省市对应关系
├── static/                     # 静态资源文件
│   ├── css/                    # 样式文件
│   ├── js/                     # JavaScript文件
│   ├── img/                    # 图片资源
│   ├── pug/                    # Pug模板文件
│   └── vendor/                 # 第三方库
├── templates/                  # HTML模板文件
│   ├── home.html               # 首页
│   ├── login.html              # 登录页
│   ├── register.html           # 注册页
│   ├── map.html                # 天气地图页
│   ├── search.html             # 天气分析页
│   ├── lishi.html              # 历史天气页
│   └── user.html               # 用户管理页
├── userUtils/                  # 用户工具模块
│   └── query.py                # 用户数据库查询
└── 天气系统数据库/             # 数据库文件
    ├── users.sql               # 用户表SQL
    ├── lishiweathrs.sql        # 历史天气表SQL
    ├── 天气数据.sql            # 当前天气数据SQL
    └── 天气数据.zip            # 压缩数据文件

技术栈

后端技术

技术	版本	用途
Python	3.x	主要开发语言
Flask	8.0.3	Web后端框架
PyMySQL	-	MySQL数据库连接
Requests	-	HTTP请求库
BeautifulSoup4	-	HTML解析
Pandas	-	数据处理

前端技术

技术	版本	用途
Bootstrap	4.x	响应式UI框架
jQuery	3.6.0	JavaScript库
ECharts	-	数据可视化图表
Chart.js	-	图表展示
DataTables	-	表格插件
Font Awesome	-	图标库

数据库

技术	版本	用途
MySQL	5.7.40	关系型数据库

外部API

API	用途
和风天气API	获取实时天气和7天预报数据

功能模块

1. 用户系统模块

功能说明

用户注册
用户登录
用户信息管理
密码修改

数据库表

users 表：存储用户基本信息

2. 首页仪表板模块

功能说明

天气统计卡片展示
风速最高的10个城市（饼图）
湿度最高的10个城市（饼图）
温度最高的10个城市（折线图）
温度最低的10个城市（折线图）
天气状况标签统计（晴天、阴天、雨天、雪天）

API接口

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GET /home
→ 返回首页所需的所有图表数据

3. 天气地图模块

功能说明

中国地图可视化展示
各省份当前温度热力图
鼠标悬停显示省份详情

API接口

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GET /map
→ 返回省份温度数据
格式: {省份: 温度, ...}

4. 天气分析模块

功能说明

城市搜索功能
7天天气预报展示
多指标折线图：
- 最高温度趋势
- 最低温度趋势
- 能见度趋势
- 湿度趋势
详细天气数据表格

API接口

复制代码

POST /search
参数: {city: "城市名"}
→ 返回7天天气预报数据

5. 历史天气模块

功能说明

历史天气查询（2022-2024年数据）
按城市和日期模糊搜索
分页展示查询结果
数据导出功能

API接口

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POST /lishi
参数: {city: "城市名", date: "日期"}
→ 返回历史天气数据列表

6. 数据爬取模块

功能说明

实时天气数据爬取
7天天气预报爬取
历史天气数据爬取
城市编码管理

爬取策略

实时天气爬取 (map.py)

数据源: 和风天气API
API Key:
存储表: weatherdata

7天预报爬取 (fenxi.py)

数据源: 和风天气API
数据字段: 城市、观测时间、最高/最低温度、天气状况、风力、降水量、紫外线、湿度、能见度、云量
存储表: weatherdata7

历史天气爬取 (lishi.py)

数据源: weather.tianqi.com
技术方案: BeautifulSoup + 正则表达式解析HTML
数据范围: 2022年1月 - 2024年2月
存储表: lishiweathers

数据库设计

数据库信息

数据库名 : tianqi
字符集 : utf8
引擎: InnoDB

数据表结构

1. users 表（用户表）

字段名	类型	说明	约束
id	INT	用户ID	主键, 自增
username	VARCHAR(255)	用户名	-
email	VARCHAR(255)	邮箱	唯一
password	VARCHAR(255)	密码	-
mima	VARCHAR(255)	密码（备用字段）	-

2. weatherdata 表（当前天气数据）

字段名	类型	说明
城市	VARCHAR	城市名称
时间	DATETIME	观测时间
温度	FLOAT	当前温度（℃）
体感温度	FLOAT	体感温度（℃）
天气情况	VARCHAR	天气描述
风力等级	VARCHAR	风力等级
湿度	FLOAT	湿度（%）
能见度	FLOAT	能见度（km）

3. weatherdata7 表（7天预报数据）

字段名	类型	说明
城市	VARCHAR	城市名称
观测时间	DATE	预报日期
最高温度	FLOAT	最高温度（℃）
最低温度	FLOAT	最低温度（℃）
白天天气状况	VARCHAR	白天天气描述
晚间天气状况	VARCHAR	晚间天气描述
白天风力	VARCHAR	白天风力描述
夜间风力	VARCHAR	夜间风力描述
降水量	FLOAT	降水量（mm）
紫外线	VARCHAR	紫外线指数
湿度	FLOAT	湿度（%）
能见度	FLOAT	能见度（km）
云量	FLOAT	云量（%）

4. lishiweathers 表（历史天气数据）

字段名	类型	说明	约束
id	INT	记录ID	主键, 自增
城市	VARCHAR(255)	城市名称	-
日期	DATE	日期	-
最高温度	FLOAT	最高温度（℃）	-
最低温度	FLOAT	最低温度（℃）	-
天气	VARCHAR(255)	天气描述	-
风向	VARCHAR(255)	风向描述	-

数据量统计

lishiweathers表: 约129,052条记录（2022-2024历史数据）
weatherdata表: 数百条记录（实时天气数据）
weatherdata7表: 数千条记录（7天预报数据）

API接口文档

基础信息

Base URL : http://localhost:5000
数据格式: JSON
认证方式: Session

接口列表

1. 用户认证

用户注册

复制代码

POST /register
Content-Type: application/json

Request Body:
{
  "username": "用户名",
  "email": "邮箱@example.com",
  "password": "密码"
}

Response:
{
  "success": true,
  "message": "注册成功"
}

用户登录

复制代码

POST /login
Content-Type: application/json

Request Body:
{
  "email": "邮箱@example.com",
  "password": "密码"
}

Response:
成功: 重定向到 /home
失败: 返回登录页

用户登出

复制代码

GET /
Response: 重定向到登录页

2. 首页数据

获取首页数据

复制代码

GET /home

Response:
{
  "highTempCities": ["北京", "上海", ...],
  "lowTempCities": ["哈尔滨", ...],
  "highWindCities": ["乌鲁木齐", ...],
  "highHumidityCities": ["深圳", ...],
  "weatherLabels": {
    "晴天": 120,
    "阴天": 45,
    "雨天": 30,
    "雪天": 5
  }
}

3. 天气地图

获取地图数据

复制代码

GET /map

Response:
{
  "北京": 25,
  "上海": 28,
  "广东": 30,
  ...
}

4. 天气分析

查询城市天气分析

复制代码

POST /search
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

Request Body:
city=北京

Response:
{
  "highTemps": [25, 26, 24, ...],
  "lowTemps": [18, 19, 17, ...],
  "visibility": [10, 12, 8, ...],
  "humidity": [60, 65, 55, ...],
  "tableData": [
    {
      "观测时间": "2024-03-11",
      "最高温度": 25,
      "最低温度": 18,
      ...
    },
    ...
  ]
}

5. 历史天气

查询历史天气

复制代码

POST /lishi
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

Request Body:
city=北京&date=2022-01

Response:
[
  {
    "城市": "北京",
    "日期": "2022-01-01",
    "最高温度": 6,
    "最低温度": 7,
    "天气": "晴",
    "风向": "东北风 1级"
  },
  ...
]

6. 用户管理

获取用户信息

复制代码

GET /get_user_info

Response:
{
  "username": "用户名",
  "email": "邮箱@example.com",
  "mima": "密码"
}

更新用户信息

复制代码

POST /update_user_info
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

Request Body:
nickname=新用户名&mima=新密码

Response:
{
  "message": "更新成功"
}

修改密码

复制代码

POST /update_password
Content-Type: application/x-www-form-urlencoded

Request Body:
password=新密码

Response: 成功提示

部署指南

环境要求

Python 3.7+
MySQL 5.7+
操作系统: Windows / Linux / macOS

安装步骤

1. 安装Python依赖

bash 复制代码

pip install -r requirements.txt

需要的依赖包：

复制代码

blinker==1.8.2
certifi==2024.2.2
charset-normalizer==3.3.2
click==8.1.7
colorama==0.4.6
Flask==8.0.3
pymysql
requests
beautifulsoup4
pandas

2. 数据库配置

sql 复制代码

-- 创建数据库
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS tianqi DEFAULT CHARACTER SET utf8;

-- 导入SQL文件
USE tianqi;
source 天气系统数据库/users.sql;
source 天气系统数据库/天气数据.sql;
source 天气系统数据库/lishiweathrs.sql;

3. 修改数据库连接配置

修改以下文件中的数据库连接信息：

home/utils.py
lishi/utils.py
map/utils.py
search/utils.py

python 复制代码

db = pymysql.connect(
    host='localhost',      # 数据库主机
    user='root',           # 数据库用户名
    password='123456',     # 数据库密码
    database='tianqi'      # 数据库名
)

4. 运行应用

bash 复制代码

python app.py

应用将在 http://localhost:5000 启动

使用说明

快速开始

1. 注册账号

访问 http://localhost:5000
点击注册链接
填写用户名、邮箱和密码
完成注册后自动登录

2. 首页概览

查看天气统计卡片
观察各城市的温度、湿度、风力排名
浏览天气状况分布标签

3. 天气地图

点击"天气地图"菜单
查看中国各省份的实时温度分布
鼠标悬停查看详细数据

4. 天气分析

点击"天气分析"菜单
输入城市名称进行搜索
查看7天天气预报折线图
浏览详细天气数据表格

5. 历史天气

点击"历史天气"菜单
输入城市和日期（支持模糊查询）
使用分页功能浏览大量历史数据
可以跳转到指定页码

6. 用户管理

点击"用户管理"菜单
查看和修改个人信息
修改登录密码

数据爬取

如需手动爬取最新天气数据：

python 复制代码

# 爬取实时天气
python spider/map.py

# 爬取7天预报
python spider/fenxi.py

# 爬取历史天气（注意：需要较长的时间）
python spider/lishi.py

注意事项

和风天气API限制
- 免费版API有调用次数限制
- 请合理控制爬取频率
- API Key需要定期检查是否有效
历史天气爬取
- 历史天气数据量大，爬取时间较长
- 建议分批次爬取
- 遵守网站使用条款，避免对目标服务器造成压力
数据库备份
- 定期备份数据库
- 重要数据建议保存SQL转储文件

系统特色

1. 多维度数据展示

系统整合了温度、湿度、风力、能见度等多个天气指标
通过折线图、饼图、热力图等多种图表形式展示数据

2. 历史数据丰富

包含2022年至2024年超过12万条历史天气记录
支持快速模糊查询和分页浏览

3. 可视化效果

使用ECharts绘制专业的数据图表
中国地图可视化直观展示区域天气分布

4. 用户体验

响应式设计适配多种设备
友好的用户界面和交互设计
快速的查询和加载速度

技术亮点

1. 数据源多样化

集成API接口和网页爬虫两种数据获取方式
互补获取实时数据和历史数据

2. 模块化设计

代码按功能模块清晰划分
易于维护和扩展

3. 前后端分离

前端使用jQuery实现AJAX交互
后端提供RESTful API接口

4. 数据可视化

多种图表库协同工作（ECharts、Chart.js）
数据展示直观美观

常见问题

Q1: 系统无法连接数据库？

A: 检查以下事项：

MySQL服务是否启动
数据库连接配置是否正确
用户名密码是否正确
数据库是否存在

Q2: 爬虫获取数据失败？

A: 可能原因：

网络连接问题
API调用次数超限
目标网站反爬虫机制
解决方法：检查网络、更换API Key、设置请求头

Q3: 图表不显示？

A: 检查：

浏览器控制台是否有JavaScript错误
ECharts/Chart.js库是否正确加载
数据格式是否正确

Q4: 如何添加更多城市？

A : 在 spider/city.json 中添加城市编码，然后运行相应的爬虫脚本

Q5: 历史数据查询太慢？

A: 优化方案：

为查询字段添加数据库索引
使用分页限制返回数据量
优化SQL查询语句

版本历史

版本	日期	说明
1.0.0	2024	初始版本发布

许可证

本项目仅供学习和研究使用。

联系方式

如有问题或建议，欢迎反馈。

文档最后更新: 2026年3月11日

基于 Flask + MySQL 的天气预报数据可视化分析系统

天气预报数据可视化分析系统 - 系统文档

📋 目录

项目概述

项目简介

主要特性

系统架构

架构图

目录结构

技术栈

后端技术

前端技术

数据库

外部API

功能模块

1. 用户系统模块

功能说明

相关文件

数据库表

2. 首页仪表板模块

功能说明

相关文件

API接口

3. 天气地图模块

功能说明

相关文件

API接口

4. 天气分析模块

功能说明

相关文件

API接口

5. 历史天气模块

功能说明

相关文件

API接口

6. 数据爬取模块

功能说明

相关文件

爬取策略

数据库设计

数据库信息

数据表结构

1. users 表（用户表）

2. weatherdata 表（当前天气数据）

3. weatherdata7 表（7天预报数据）

4. lishiweathers 表（历史天气数据）

数据量统计

API接口文档

基础信息

接口列表

1. 用户认证

用户注册

用户登录

用户登出

2. 首页数据

获取首页数据

3. 天气地图

获取地图数据

4. 天气分析

查询城市天气分析

5. 历史天气

查询历史天气

6. 用户管理

获取用户信息

更新用户信息

修改密码

部署指南

环境要求

安装步骤

1. 安装Python依赖

2. 数据库配置

3. 修改数据库连接配置

4. 运行应用

使用说明

快速开始

1. 注册账号

2. 首页概览

3. 天气地图

4. 天气分析

5. 历史天气