欧洲近地表空气污染物时空演变与可视化平台

基于 Vue 3 + Element Plus + ECharts + Leaflet（前端）与 FastAPI + rasterio（后端）实现的空气污染物时空可视化系统，对应课程实训任务书《欧洲近地表空气污染物时空演变与可视化平台》。

数据源为欧洲环境署（EEA）欧洲空气质量插值数据集（GeoTIFF 格式、1km 分辨率）。后端对 data/ 目录下的真实栅格文件做国家级分区统计（Zonal Statistics），前端大屏、分析与后台页面全部基于真实数据渲染。

当前真实数据集（data/ 目录）

文件	污染物	年份	有效格网	网格均值
EEA_1kmgrid_2015_pm25_avg.tif	PM2.5	2015	5,114,394	8.89 μg/m³
EEA_1kmgrid_2020_pm25_avg.tif	PM2.5	2020	5,116,940	6.88 μg/m³
EEA_1kmgrid_2020_pm10_avg.tif	PM10	2020	5,903,167	12.23 μg/m³
EEA_1kmgrid_2020_no2_avg.tif	NO₂	2020	5,902,994	4.91 μg/m³
EEA_1kmgrid_2020_o3_somo10.tif	O₃ (SOMO10)	2020	5,903,167	20,156 μg/m³·天

投影：ETRS89-extended / LAEA Europe（EPSG:3035，等积方位投影）。

功能页面

页面	路由	核心内容
可视化大屏	/dashboard	KPI 指标卡（欧洲年均、较基期变化、超 WHO 指导值国家数、较基期改善）、Leaflet 交互热力图（国家 choropleth + 5000 格网热力采样层 + 热点脉冲标注）、年份切换（PM2.5 支持 2015↔2020 播放）、国家排名 TOP15、1km 格网浓度分布直方图（真实栅格统计）
时空分析	/analysis	多国家横向对比（≤6，按区域分组）、长期演变（PM2.5 2015→2020）、区域聚合分析、年度横向对比柱状图、明细表（可排序/分页）、CSV 导出
后台管理	/admin	真实 GeoTIFF 数据源清单（文件名/体积/有效格网数/网格均值）、空间/时序分析任务（进度条）、用户反馈处理

技术栈

• 前端：Vue 3（Composition API）+ Vite + Element Plus + ECharts 5 + Leaflet / leaflet.heat + Vue Router 4
• 后端：FastAPI + rasterio（GeoTIFF 读取、国家边界重投影与栅格化、分区统计）+ NumPy + pymysql
• 数据库：MySQL 8.0（存储数据集元数据、国家统计结果、热点/热力采样点、直方图；原始 GeoTIFF 留本地 data/）
• 投影转换：rasterio.warp（EPSG:4326 ⇄ EPSG:3035）

快速开始

0. 前置：MySQL（首次）

本项目使用本地免安装 MySQL 8.0 存储聚合统计结果。MySQL 已部署在 backend/mysql/ 目录下：

# 启动 MySQL（后台运行）
cd backend/mysql/mysql-8.0.28-winx64
./bin/mysqld.exe --console

# 验证连接
./bin/mysql.exe -u root -e "SELECT VERSION();"

MySQL 账号信息：

• 数据库：air_pollution
• 用户：air_user / 密码：air1234
• 配置文件：backend/db.py 的 CONFIG 字典

1. 启动后端

cd backend
pip install -r requirements.txt
python run.py                # http://127.0.0.1:8000
                              # 自动建表、计算→写入MySQL、后续启动从MySQL秒级加载

2. 启动前端（另开终端）

npm install npm run dev # http://localhost:5173 npm run build # 生产构建

> PowerShell 下若提示脚本禁止执行，使用 `npm.cmd run dev`，或执行
> `Set-ExecutionPolicy -ExecutionPolicy RemoteSigned -Scope CurrentUser`

> 后端未启动时，前端自动回退到 `src/api/mock.js` 模拟数据（页面功能不受影响，页面顶部会显示数据来源标签）。

## 后端 API（/api/v1）

| 接口 | 说明 |
|------|------|
| `GET /meta` | 元数据：污染物清单、各污染物可用年份、40 国基础信息 |
| `GET /kpi?pollutant=&year=` | 大屏 KPI：欧洲年均、最高国家、超 WHO 国家数、较基期改善 |
| `GET /country-yearly?pollutant=&year=` | 国家年均值（choropleth 着色，分区统计结果） |
| `GET /ranking?pollutant=&year=&topN=` | 国家浓度排名 |
| `GET /heatpoints?pollutant=&year=` | 热力图层采样点（高值 2000 + 随机 3000，共约 5000 格网，已转 WGS84） |
| `GET /hotspots?pollutant=&year=` | 热点区域（浓度最高格网，0.6° 空间去重） |
| `GET /country-yearly-series?pollutant=` | 多国多年年均序列 |
| `GET /histogram?pollutant=&year=` | 1km 格网浓度分布直方图（12 区间） |
| `GET /datasets` | 数据源清单（后台管理页） |
| `GET /db-status` | MySQL 持久化状态（行数、连接信息、数据源标识） |

## 目录结构

├── backend/ # FastAPI 后端 │ ├── main.py # API 路由（含 MySQL 集成启动） │ ├── zonal.py # 分区统计核心（栅格化 + 聚合 + 缓存） │ ├── db.py # MySQL 持久化层（建表/读写/回退） │ ├── countries.py # 40 国基础信息 │ ├── run.py # 启动入口 │ ├── requirements.txt │ └── mysql/ # 本地免安装 MySQL 8.0 │ └── mysql-8.0.28-winx64/ ├── data/ # EEA GeoTIFF 真实数据（5 个栅格） ├── public/map/europe.json # 欧洲国家边界 GeoJSON（40 国） ├── src/ │ ├── api/service.js # 数据服务层（真实后端优先，模拟数据兜底） │ ├── api/mock.js # 模拟数据层（后端未启动时的回退） │ ├── components/charts/ │ │ ├── EuropeMapChart.vue # Leaflet 热力图（choropleth + heat + 热点标注） │ │ ├── RankingChart.vue / CompareChart.vue │ ├── views/ # 大屏 / 分析 / 后台三个页面 │ ├── layouts/MainLayout.vue # 响应式布局（桌面侧边栏 + 移动端抽屉） │ └── router/index.js

## 数据说明

- **原始数据**：`data/` 目录 GeoTIFF（5 个栅格，不修改、不复制）
- **持久化存储**：MySQL `air_pollution` 库，5 张表：
  - `datasets` — 数据集元数据 + 全网格统计
  - `country_stats` — 40 国年度均值/极值/格网数（200 行）
  - `hotspots` — 热点区域标注（89 行）
  - `heat_points` — 热力图层采样点（~25000 行）
  - `histograms` — 浓度分布直方图（5 组）
- **启动策略**：优先从 MySQL 加载（秒级）；缺失或 MySQL 不可用时回退到 rasterio 实时计算并写回 MySQL
- **有效值过滤**：排除 nodata、NaN 及未声明的 `-9999` 哨兵值（浓度必须为正）
- EPSG:3035 为等积投影且分辨率统一 1km，每个格网面积相等，算术平均即面积加权平均
- 参考标准：WHO 2021 AQG（PM2.5=5、NO₂=10、PM10=20 μg/m³；O₃ SOMO10 无年均指导值）
- 分析任务与用户反馈为演示数据