隨著城市化進程加速和工業發展，空氣污染問題日益凸顯。開發和實施空氣質量預測與大數據分析系統，對環境保護和公共健康具有重要意義。本設計結合大數據技術棧Hadoop、Spark與Hive，構建了一套完整的空氣質量大數據預測與分析可視化平臺。
系統架構設計：整個系統采用分層架構，底層數據采集層通過API和傳感器網絡收集包括PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3等空氣質量指標，以及溫度、濕度、風速等氣象數據。數據處理層借助Hadoop的HDFS實現海量數據的可靠存儲，并利用Hive構建數據倉庫，支持高效的數據查詢與聚合操作。計算分析層采用Spark框架，利用其內存計算和并行處理能力，實現空氣質量數據的實時流處理和批量分析；在預測模型方面，集成了時間序列分析、回歸算法和機器學習模型（如隨機森林、LSTM神經網絡），對未來空氣質量進行精準預測。數據可視化層通過Web前端技術（如ECharts、D3.js）將分析結果以折線圖、熱力圖、散點圖等形式直觀展示，支持多維度數據鉆取和交互式查詢。
系統功能模塊包括：數據采集與預處理模塊，負責數據的清洗、去噪和格式標準化；數據存儲與管理模塊，基于Hive實現數據的分區、分桶和索引優化；數據分析與預測模塊，運用Spark MLlib構建和訓練預測模型，并通過交叉驗證優化模型參數；可視化展示模塊，提供空氣質量實時監測、歷史趨勢分析、污染源追溯和預測結果展示等功能。
在實現過程中，我們注重系統的可擴展性和性能優化。例如，通過Spark的彈性分布式數據集（RDD）和DataFrame API提高數據處理效率；利用Hive的分區技術加速查詢；采用Kafka作為消息隊列，保障數據采集的實時性。系統測試表明，在模擬大規模數據場景下，預測準確率達到85%以上，且可視化界面響應迅速，用戶體驗良好。
本文檔（lw）詳細闡述了系統需求分析、架構設計、核心算法、實現細節與測試結果。配套的PPT用于畢業設計答辯，重點展示系統設計思路、技術選型理由和成果演示。源碼遵循模塊化設計原則，包含數據采集、處理、分析與可視化的完整實現，注釋清晰，便于理解和二次開發。
本系統的創新點在于：融合多種大數據技術，構建端到端的空氣質量分析解決方案；結合傳統統計方法與深度學習模型，提升預測精度；設計直觀的可視化界面，使復雜數據易于理解。該系統不僅可作為計算機專業畢業設計的典型案例，也為環境監測部門提供了實用的技術參考，具有較高的應用價值。
