基于Python的短波信號數(shù)據(jù)庫查詢軟件設(shè)計

劉燕，王磊

（1.國家無線電監(jiān)測中心烏魯木齊監(jiān)測站，烏魯木齊　830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院，烏魯木齊　830052）

基于Python的短波信號數(shù)據(jù)庫查詢軟件設(shè)計

劉燕1，王磊2

（1.國家無線電監(jiān)測中心烏魯木齊監(jiān)測站，烏魯木齊830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院，烏魯木齊830052）

無線電通信數(shù)量日益增多，其監(jiān)管部門的數(shù)據(jù)庫也在不斷更新，為提高數(shù)據(jù)庫查詢速度，提高監(jiān)測工作效率，本文基于Python程序設(shè)計語言，結(jié)合實際工作，針對短波通信信號數(shù)據(jù)庫設(shè)計實現(xiàn)了一款數(shù)據(jù)庫查詢軟件。文章詳細介紹了Python語言的優(yōu)勢及數(shù)據(jù)庫查詢軟件的設(shè)計流程，且使用現(xiàn)有的短波信號數(shù)據(jù)庫進行反復(fù)測試，驗證了其實用性與高效性。該軟件也可以應(yīng)用在其他無線電信號數(shù)據(jù)庫查詢工作中，對提高工作效率有一定的幫助。

Python；數(shù)據(jù)庫；頻率；查詢

1　引言

長期以來，無線電通信監(jiān)管工作一直是無線電管理部門的重點工作，對其通信頻率進行監(jiān)測，及時掌握合法頻率的使用，是否存在頻率資源浪費等情況以及快速發(fā)現(xiàn)非法占用頻率，高效排查非法發(fā)射信號、干擾信號，打擊取締非法電臺，維護電波秩序。隨著監(jiān)測工作的全面展開，為存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)且對數(shù)據(jù)進行深入分析研究和對比，勢必會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)庫，因此，對數(shù)據(jù)庫進行快速查詢以提高工作效率就顯得尤為重要。以我站短波監(jiān)測工作為例，每天既有自動監(jiān)測數(shù)據(jù)又有人工監(jiān)測數(shù)據(jù)，且每天都在更新數(shù)據(jù)庫；此外，還有ITU數(shù)據(jù)庫、臺站數(shù)據(jù)庫、短波臺站普查情況匯總數(shù)據(jù)庫、國內(nèi)已查信號數(shù)據(jù)庫、臺站核查數(shù)據(jù)庫及中心下發(fā)的監(jiān)測數(shù)據(jù)庫等，這些數(shù)據(jù)的存儲方式基本都是Excel數(shù)據(jù)表格。在進行短波監(jiān)測及數(shù)據(jù)對比分析時，除自動監(jiān)測數(shù)據(jù)庫查找效率較高之外，其他數(shù)據(jù)庫均需要人工手動將每個數(shù)據(jù)表格以最原始的Excel查找方式遍歷查找一遍，若有重復(fù)頻點出現(xiàn)，就需要反復(fù)查找核實；實際監(jiān)測時基本都需要將每個數(shù)據(jù)庫的所有表格查找一遍或多遍，工作效率極低且有時若稍有不慎將漏查一些數(shù)據(jù)，給監(jiān)測工作帶來不必要的麻煩。

故本文針對目前數(shù)據(jù)庫查詢效率低等不足，結(jié)合實際工作情況，利用現(xiàn)有的短波信號數(shù)據(jù)庫設(shè)計實現(xiàn)了一款數(shù)據(jù)庫查詢軟件，且經(jīng)過反復(fù)測試，驗證了該軟件的穩(wěn)定性及實用性，可極大地提高數(shù)據(jù)庫查詢效率，進而可確保監(jiān)測工作的時效性。

2　Python語言及軟件開發(fā)環(huán)境簡介

2.1Python語言簡介

Python是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝途幊陶Z言，自從20世紀(jì)90年代初誕生至今，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。Python語言秉承“優(yōu)雅、明確、簡單”的設(shè)計理念，完全開源及純粹面向?qū)ο缶幊谭绞剑芸觳┑昧顺绦騿T們的追捧；其設(shè)計風(fēng)格優(yōu)雅、可讀性好、可擴展性強，眾多的開源組織也紛紛發(fā)布了自己的Python擴展包，使得Python的性能得到了飛速提升。由于Python的核心代碼是用C語言編寫，這使得該語言的執(zhí)行效率非常高，加上其極高的可移植性，使得應(yīng)用程序幾乎不用修改便可在Windows和Linux等操作系統(tǒng)之間運行。

2.2軟件開發(fā)環(huán)境簡介

目前，Python的最新版本為3.4.2，考慮到對第三方功能模塊的兼容性，本文采用Python2.7.3作為程序解析器。在安裝完P(guān)ython后，自帶有一個IDLE（集成開發(fā)環(huán)境）供程序設(shè)計者編寫代碼及運行、測試寫好的程序；但由于自帶的IDLE僅僅包含了能夠運行程序的必要功能，導(dǎo)致在程序開發(fā)過程中效率較低。PyCharm是一款優(yōu)秀的Python集成開發(fā)環(huán)境（IDE），它帶有一整套可以提高程序員進行Python開發(fā)的高效設(shè)計工具，所包含的語法高亮顯示可以提醒編程者輸入的關(guān)鍵字是否正確，此外還包含標(biāo)識符自動補全功能等，這些都大大提高了程序員的編程效率，極大地方便了程序的調(diào)試和查錯。

Python自帶的GUI模塊Tkinter功能有限，缺少對Excel控件的支持，因此，本文采用wxPython模塊實現(xiàn)軟件GUI的設(shè)計。wxPython是Python語言的一套優(yōu)秀的GUI圖形界面設(shè)計庫，這使得程序員可以非常方便地創(chuàng)建功能健全、操作友好的圖形交互界面；它包含豐富的插件對象，幾乎涵蓋了所有常用GUI界面的功能模塊，其中包含Excel控件。如果單純使用Python語言的IDE直接操作wxPython庫，就如同使用純C++語言編寫界面程序一樣費時費力，wxFormBuilder是一款專門用于基于wxPython庫進行界面設(shè)計及布局的輔助開發(fā)軟件工具。通過wxFormBuilder可以實現(xiàn)圖形化的界面設(shè)計及預(yù)覽，最終可以生成基于wxPython圖形庫的Python代碼，從而大大簡化了界面設(shè)計的步驟，提高了程序設(shè)計的效率。

由于短波信號數(shù)據(jù)庫是以Excel文件的形式進行存儲，而Excel文件的編碼方式較為復(fù)雜，如果直接按照字節(jié)的方式讀取并解碼幾乎是不可能的。在Python的眾多擴展模塊中，xlrd是一款性能優(yōu)越的Excel讀取工具，可以實現(xiàn)指定表單、指定單元的讀取，大大降低了對Excel文件操作的難度，提高了軟件開發(fā)效率。

本文通過對以上幾種軟件開發(fā)工具的協(xié)調(diào)運用，加速了程序開發(fā)的進度，簡化了開發(fā)流程，在保證程序健壯性的同時也保證了程序的高效性能。

3　數(shù)據(jù)庫查詢軟件設(shè)計流程

本文設(shè)計的軟件采用wxPython模塊提供的控件及消息機制搭建GUI圖形界面，使用xlrd模塊提供的Excel文件讀取及解碼功能作為提取短波信號數(shù)據(jù)庫的工具，在數(shù)據(jù)查找過程中使用了二分法的思想，大大縮短了數(shù)據(jù)庫搜索的時間，提高了軟件執(zhí)行的效率。

基于wxPython圖形庫開發(fā)的圖形交互程序必須包含一個Frame對象和一個App對象。Frame對象負責(zé)用戶界面的展示和對用戶觸發(fā)的消息進行響應(yīng)，而App對象負責(zé)運行界面程序和啟動消息循環(huán)。在使用wxFormBuilder構(gòu)建GUI程序的時候就注冊了按鍵事件和文字輸入事件。

用戶向頻點查詢輸入框鍵入想要查詢的頻率值后，當(dāng)按下Enter鍵后會觸發(fā)OnTextEnter事件的服務(wù)程序，此時程序會打開指定文件目錄下的Excel數(shù)據(jù)庫文件，并使用二分法查找頻點對應(yīng)的一整行記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入的頻點與數(shù)據(jù)庫里頻點匹配時，查詢結(jié)果則以表格的形式顯示在軟件界面上，否則不會顯示任何數(shù)據(jù)。同樣，若用戶單擊“查詢”按鈕后，OnButtonClick事件處理函數(shù)會被觸發(fā)，并操作xlrd庫打開Excel文件，之后按照二分法查找對應(yīng)頻點的記錄信息并顯示在軟件界面上。軟件設(shè)計流程圖如下圖1所示。

圖1　軟件設(shè)計流程圖

4　軟件測試與運行結(jié)果

本軟件的操作十分簡潔方便，因此如何安裝開發(fā)環(huán)境等工具不再贅述。在軟件開發(fā)設(shè)計前，已經(jīng)安裝了Python2.7.3、PyCharm集成開發(fā)環(huán)境、wxPython圖形界面設(shè)計庫及xlrd數(shù)據(jù)讀取模塊等，這里簡單介紹一下如何運行和使用本軟件。

打開PyCharm開發(fā)環(huán)境（如圖2所示），可以直接創(chuàng)建一個新項目，或者通過打開目錄的方式打開已經(jīng)設(shè)計好的項目。本文使用打開目錄方式打開已設(shè)計好的項目，采用現(xiàn)有的人工監(jiān)測短波信號數(shù)據(jù)庫進行測試。打開軟件所在的工程文件后，打開“freqSearch.py”程序（如圖3所示）；點擊菜單欄“運行”按鈕，再點擊“運行‘freqSearch’”（如圖4所示）。軟件運行后會彈出“短波信號數(shù)據(jù)庫查詢軟件”界面（如圖5所示）；在查詢界面里輸入所要查詢的頻點（頻率單位均設(shè)置為kHz），點擊“查詢”按鈕或者直接鍵入“Enter”即可在數(shù)據(jù)庫中查到與所輸入的頻點相匹配的頻點全部信息（如圖6、圖7、圖8、圖9、圖10所示），分別查詢11，500kHz，11，850kHz頻點信號，輸出結(jié)果顯示在界面上，拖動界面的滾動條即可查看對應(yīng)頻點信息的所有參數(shù)記錄，雙擊查詢到的頻點，可打開其對應(yīng)信號數(shù)據(jù)庫文件，也可查找該頻點全部數(shù)據(jù)信息。

目前，用戶通過輸入信號頻點參數(shù)進行數(shù)據(jù)查詢，若需要更精細的查詢，如監(jiān)測信號時間、經(jīng)緯度、臺站類型等，則可以加入更多的查詢條件參數(shù)，更加精確搜索用戶所需要的信號信息。因此，該軟件可以應(yīng)用在很多無線電信號數(shù)據(jù)庫查詢工作中。

圖2　PyCharm開發(fā)環(huán)境示意圖

圖3　軟件程序示意圖

圖4　軟件運行示意圖

圖5　短波信號數(shù)據(jù)庫查詢界面示意圖

圖6　11，500kHz頻點信號查詢結(jié)果示意圖

圖7　11，850kHz頻點信號查詢結(jié)果示意圖（a）

圖8　11，850kHz頻點信號查詢結(jié)果示意圖（b）

圖9　11，850kHz頻點信號查詢結(jié)果示意圖（c）

圖10　11，850kHz頻點信號查詢結(jié)果示意圖（d）

進行頻點查詢時，本軟件會遍歷指定目錄下的所有數(shù)據(jù)文件，同時遍歷每個Excel文件的表單，自動對比用戶輸入的頻點和數(shù)據(jù)庫中的頻點記錄，這樣不僅提高了數(shù)據(jù)庫查詢效率，方便了工作人員操作，而且同時支持?jǐn)?shù)據(jù)庫實時更新，只要數(shù)據(jù)庫中的Excel數(shù)據(jù)表格格式完全一致、頻率單位統(tǒng)一即可。使用時，將所有需要查詢的數(shù)據(jù)表格全部導(dǎo)入該軟件，僅查詢一次即可查找到所有數(shù)據(jù)庫中與輸入查詢頻點相匹配的頻點信息，若數(shù)據(jù)庫中不存在所查詢頻點，則輸出結(jié)果為空；避免了多次重復(fù)查詢不同數(shù)據(jù)表格的麻煩，極大地提高了工作效率。

5　結(jié)束語

當(dāng)前，人們常說社會處于“大數(shù)據(jù)”時代，“大數(shù)據(jù)”早已融入并存在于各行各業(yè)中。對于無線電管理機構(gòu)來說，如何從海量的數(shù)據(jù)中快速處理并提取出我們所需要的、有價值的數(shù)據(jù)信息就顯得尤為重要。本文結(jié)合實際工作，基于Python語言設(shè)計的短波信號數(shù)據(jù)查詢軟件執(zhí)行速度快且準(zhǔn)確，操作簡單，界面簡潔，稍作修改便可查詢其他類型數(shù)據(jù)，極大地提高了工作效率，對無線電監(jiān)測工作有一定的幫助，具有一定的實用價值。

Design of Database Query Software of Shortwave Signals based on Python

Liu Yan1，Wang Lei2
（1.State Radio Monitoring Center Urumqi Station，Urumqi，830000； Computer and Information Engineering College of Xinjiang Agricultural University，Urumqi，830052）

The number of radio communication is becoming larger，and the databases of corresponding supervision department are constantly being updated，in order to improve the speed of querying databases and the monitoring efficiency，combined with daily monitoring work experience and used the existing databases of shortwave signals，this paper researches and designs the software for querying database based on Python programming language. This paper introduces the advantages of Python and the design process of this software in detail. And applies the existing databases of shortwave signals，we did a lot of test and verified the software’s practicability and high efficiency. The software also can query the databases of other types of radio signals and help to improve work efficiency.

Python； database； frequency； query

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.04.009

TN014

A

1672-7274（2015）04-0035-05

劉燕，碩士研究生，國家無線電監(jiān)測中心烏魯木齊監(jiān)測站助理工程師，2012年畢業(yè)于西安科技大學(xué)，獲得通信與信息系統(tǒng)專業(yè)工學(xué)碩士學(xué)位，2012年至今主要從事無線電監(jiān)測工作。

王磊，碩士研究生，現(xiàn)任新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機與信息工程學(xué)院助教，2007年至2010年任電子工程師職務(wù)，2010年至2013年獲控制理論與控制工程工學(xué)碩士學(xué)位，2013年至2014年任硬件工程師職務(wù)，2014年至今主要從事教學(xué)與科研工作。

［1］曾浩，尚維來.Python界面程序開發(fā)應(yīng)用技術(shù)［J］.科教文匯2010.10（下旬刊）

［2］胡守超.基于Python語言的音頻捕獲及頻譜分析程序設(shè)計［J］.電腦與信息技術(shù)2009.2