PFG – Pronóstico meteorológico y creación de procesos
Introducción
En la aplicación del riego automático es interesante contar con el pronóstico meteorológico de los próximos días para poder prever la caída de precipitaciones y por tanto dotar al sistema de una variable adicional a tener en cuenta al decidir cuándo poner en marcha sus actuadores.
Para dotar de esta capacidad al sistema se decide utilizar la API de Yahoo. Esta API permite un límite de 2000 peticiones al día y nos da el pronóstico meteorológico del día actual y de los siguientes tres. Información suficiente para un primer prototipo del sistema.
Yahoo utiliza un servicio llamado YQL, el cual permite a desarrolladores realizar búsquedas y peticiones en las distintas bases de datos de Yahoo.
En nuestro caso se harán peticiones a dos bases de datos:
- Weather: para obtener el pronóstico meteorológico de un lugar conocido su woeid (un identificador que emplea Yahoo para referirse a cualquier propiedad del planeta Tierra).
- Geo: nos permitirá obtener el woeid de una ciudad.
Petición YQL
Desde la consola YQL de Yahoo podemos realizar peticiones y observar la salida que producirían en formato XML o JSON.
En nuestro caso, si queremos en primer lugar obtener el código woeid de Málaga, podemos ejecutar (el nombre de la ciudad y el país deben estar en inglés):
select woeid from geo.places where text='malaga, spain'
Obteniendo la salida:
{
"query": {
"count": 10,
"created": "2015-05-11T17:58:06Z",
"lang": "en-US",
"diagnostics": {
"publiclyCallable": "true",
"url": {
...
},
"results": {
"place": [
{
"woeid": "766356"
},
{
"woeid": "2444417"
},
...
Observamos que obtenemos varios valores de woeid, de varias localizaciones cercanas a la ciudad de Málaga (Ciudad, Aeropuerto…). En nuestro caso nos vale con quedarnos con el primero, el general de Málaga.
Si ahora queremos obtener el pronóstico meteorológico para esta localización podemos anidar las peticiones:
select * from weather.forecast where woeid in ( select woeid from geo.places where text='malaga, spain' ) and u='c'
Obteniendo:
{
"query": {
"count": 10,
"created": "2015-05-11T18:01:01Z",
"lang": "en-US",
"diagnostics": {
"publiclyCallable": "true",
"url": [
{
...
},
"results": {
"channel": [
{
"title": "Yahoo! Weather - Malaga, ES",
"link": "http://us.rd.yahoo.com/dailynews/rss/weather/Malaga__ES/*http://weather.yahoo.com/forecast/SPXX0052_c.html",
"description": "Yahoo! Weather for Malaga, ES",
"language": "en-us",
"lastBuildDate": "Mon, 11 May 2015 7:30 pm CEST",
"ttl": "60",
"location": {
"city": "Malaga",
"country": "Spain",
"region": ""
},
"units": {
"distance": "km",
"pressure": "mb",
"speed": "km/h",
"temperature": "C"
},
"wind": {
"chill": "22",
"direction": "130",
"speed": "24.14"
},
"atmosphere": {
"humidity": "60",
"pressure": "1015.92",
"rising": "0",
"visibility": "9.99"
},
"astronomy": {
"sunrise": "7:14 am",
"sunset": "9:12 pm"
},
"image": {
"title": "Yahoo! Weather",
"width": "142",
"height": "18",
"link": "http://weather.yahoo.com",
"url": "http://l.yimg.com/a/i/brand/purplelogo//uh/us/news-wea.gif"
},
"item": {
"title": "Conditions for Malaga, ES at 7:30 pm CEST",
"lat": "36.72",
"long": "-4.44",
"link": "http://us.rd.yahoo.com/dailynews/rss/weather/Malaga__ES/*http://weather.yahoo.com/forecast/SPXX0052_c.html",
"pubDate": "Mon, 11 May 2015 7:30 pm CEST",
"condition": {
"code": "34",
"date": "Mon, 11 May 2015 7:30 pm CEST",
"temp": "22",
"text": "Fair"
},
"description": "\n<img src=\"http://l.yimg.com/a/i/us/we/52/34.gif\"/><br />\n<b>Current Conditions:</b><br />\nFair, 22 C<BR />\n<BR /><b>Forecast:</b><BR />\nMon - Clear. High: 25 Low: 16<br />\nTue - Sunny. High: 26 Low: 17<br />\nWed - Mostly Sunny. High: 28 Low: 19<br />\nThu - Mostly Sunny. High: 33 Low: 22<br />\nFri - Sunny. High: 26 Low: 16<br />\n<br />\n<a href=\"http://us.rd.yahoo.com/dailynews/rss/weather/Malaga__ES/*http://weather.yahoo.com/forecast/SPXX0052_c.html\">Full Forecast at Yahoo! Weather</a><BR/><BR/>\n(provided by <a href=\"http://www.weather.com\" >The Weather Channel</a>)<br/>\n",
"forecast": [
{
"code": "31",
"date": "11 May 2015",
"day": "Mon",
"high": "25",
"low": "16",
"text": "Clear"
},
{
"code": "32",
"date": "12 May 2015",
"day": "Tue",
"high": "26",
"low": "17",
"text": "Sunny"
},
{
"code": "34",
"date": "13 May 2015",
"day": "Wed",
"high": "28",
"low": "19",
"text": "Mostly Sunny"
},
{
"code": "34",
"date": "14 May 2015",
"day": "Thu",
"high": "33",
"low": "22",
"text": "Mostly Sunny"
},
{
"code": "32",
"date": "15 May 2015",
"day": "Fri",
"high": "26",
"low": "16",
"text": "Sunny"
}
],
"guid": {
"isPermaLink": "false",
"content": "SPXX0052_2015_05_15_7_00_CEST"
}
}
},
...
El valor que más nos interesa para saber si va a llover o no es el code ubicado en el nodo forecast. Podemos filtrar la petición y quedarnos con los 4 primeros valores, correspondientes a los 4 días de predicción de la ciudad de Málaga y descartar el resto (correspondiente a otros woeid).
select item.forecast.code from weather.forecast where woeid in ( select woeid from geo.places where text='Malaga, Spain' ) and u='c'
Nos devuelve:
{
"query": {
"count": 40,
"created": "2015-05-11T18:08:49Z",
"lang": "en-US",
"diagnostics": {
"publiclyCallable": "true",
"url": [
{
...
},
"results": {
"channel": [
{
"item": {
"forecast": {
"code": "31"
}
}
},
{
"item": {
"forecast": {
"code": "32"
}
}
},
{
"item": {
"forecast": {
"code": "34"
}
}
},
{
"item": {
"forecast": {
"code": "34"
}
}
},
...
Como observamos en la siguiente tabla, los códigos indican una descripción del tiempo que va a hacer ese día.
Observamos que si el código está entre 19 y 34 o vale 46 o 44 indica que ese día no va a llover.
Script en Python para la petición
Se ha escogido realizar este script en Python al permitir trabajar fácilmente con objetos JSON, peticiones web y lecturas / escrituras a ficheros. Además de que el script se ejecutará de forma independiente al hilo principal de ejecución debido a que los pronósticos no es necesario obtenerlos con tanta frecuencia como las lecturas de los sensores.
Creamos por tanto un script que esté en un bucle infinito y lea en un fichero la tasa con la que debe realizar las peticiones (fichero /vars/FORECAST_RATE). A continuación leerá la localización de la Raspberry Pi del fichero vars/LOCATION. Esto permitirá al usuario del sistema cambiar la localización fácilmente desde la aplicación Android y obtener los pronósticos actualizados para esa localización.
A continuación forma la URL para acceder a la API y realiza la petición con las librerías urllib y urllib2. Además indica que quiere recibir la respuesta en formato JSON.
Para realizar la petición se ha incluido un bloque try, lo que nos permitirá saber si ha habido un error al realizar la lectura (si, por ejemplo, el servicio de Yahoo está caído o no tenemos conexión a internet), y por tanto la Raspberry Pi tendrá en cuenta que el valor que está devolviendo este script no es válido.
Una vez realizada la petición y transformado el objeto JSON recorremos los campos que nos interesan y vemos si el código está en el intervalo que nos interesa. Si no lo está (hay lluvia anunciada) se anota en un fichero de salida (vars/FORECAST) que el día D va a llover. Si ninguno de los 4 días va a llover, anota 4 en el fichero. Si no ha podido realizar la petición, escribe -1.
A continuación el script duerme el tiempo indicado (en minutos) y vuelve a ejecutarse entero.
#!/usr/bin/python2
# Este programa realiza una peticipn a la API de Yahoo Weather para obtener el pronostico del tiempo de 4 dias y analiza si alguno de ellos
# indica lluvia. En caso afirmativo almacena el numero del dia en el fichero. En caso negativo almacena 4. Si no puede conectar al servidor
# escribe -1. Obtiene la localizacion de la cual buscar el pronostico del fichero vars/LOCATION. Debe estar en formato "Ciudad, Pais".
# Guarda la salida en vars/FORECAST.
import urllib2, urllib, json
from time import sleep
while True:
forecast = [0,0,0,0]
# Si ninguno de los 4 días de pronóstico va a llover, almacenamos un 4
next_rain = 4
# Leemos el tiempo de espera entre dos peticiones para obtener el pronostico, en minutos
f = open("vars/FORECAST_RATE", 'r')
rate = f.read()
f.close()
# Leemos la localizacion de la cual obtener el pronostico
f = open("vars/LOCATION", 'r')
location = f.read()
f.close()
# Creamos la URL que contiene la peticion
baseurl = "https://query.yahooapis.com/v1/public/yql?"
yql_query = "select item.forecast.code from weather.forecast where woeid in (select woeid from geo.places where text='" + location + "') and u='c'"
yql_url = baseurl + urllib.urlencode({'q':yql_query}) + "&format=json"
# Realizamos la peticion a la API de Yahoo Weather
try:
result = urllib2.urlopen(yql_url).read()
data = json.loads(result)
for i in range(0, 4):
# Obtenemos el codigo que indica el pronostico meteorologico de cada dia
forecast[i] = data['query']['results']['channel'][i]['item']['forecast']['code']
# Analizamos si ese codigo indica lluvia. Si es asi anotamos el dia en el que va a llover y pasamos a la escritura de la variable
if not (int(forecast[i]) >= 19 and int(forecast[i]) <= 34) or (int(forecast[i]) == 36) or (int(forecast[i]) == 44):
next_rain = i
break
# Si no podemos conectar a la API, escribimos -1 en el fichero salida
except:
next_rain = -1
f = open("vars/FORECAST", 'w')
f.write(str(next_rain))
f.close()
sleep(int(rate)*60)
Damos permisos de ejecución al fichero con:
> chmod +x weather_forecast.py
Añadiendo algunas salidas por pantalla ejecutamos y obtenemos:
Programa main.c
Se modifica el programa que contiene el hilo principal de ejecución para que mediante las instrucciones fork() y execlp cree un proceso hijo que ejecute el script de petición del pronóstico meteorológico. Para ello se añade la librería <unistd.h>.
Se añaden también las instrucciones de lectura de la salida del script y su almacenamiento en el fichero LOG.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include "functions.h"
#define ARDUINO 0x04
#define TI 0x08
#define TAG_REFRESH_RATE "REFRESH_RATE"
#define TAG_FORECAST "FORECAST"
#define TAG_TIMESTAMP "TIMESTAMP"
#define TAG_TEMP "TEMP"
#define TAG_RAIN "RAIN"
#define TAG_HUM "HUMIDITY"
int main() {
char * buf;
int refresh_rate;
char * timestamp;
uint nBytesTAG_TEMP = sizeof(TAG_TEMP)-1; // no enviamos el caracter '\0'
uint nBytesTAG_RAIN = sizeof(TAG_RAIN)-1;
uint nBytesTAG_HUM = sizeof(TAG_HUM)-1;
uint nBytesTEMP = 4;
uint nBytesRAIN = 1;
uint nBytesHUM = 3;
float temperature;
uint rain;
uint humidity;
int forecast;
char temperature_char[] = {0};
char rain_char[] = {0};
char humidity_char[] = {0};
char forecast_char[] = {0};
int pid, status;
buf = readVar(TAG_REFRESH_RATE);
refresh_rate = atoi((char *) &buf);
printf("%s: %d\n", TAG_REFRESH_RATE, refresh_rate);
// Creamos el proceso hijo y le indicamos que ejecute el script para obtener la predicción meteorológica
pid = fork();
if (pid == 0) {
execlp("python", "python", "weather_forecast.py", NULL);
exit(0);
}
// Proceso padre
else {
for(;;) {
// Leemos los valores se los sensores
temperature = readSensor(TI, TAG_TEMP, nBytesTAG_TEMP, nBytesTEMP) / 100.00;
usleep(50000);
rain = readSensor(TI, TAG_RAIN, nBytesTAG_RAIN, nBytesRAIN);
usleep(50000);
humidity = readSensor(TI, TAG_HUM, nBytesTAG_HUM, nBytesHUM);
// Obtenemos el timestamp
timestamp = getTime();
// Leemos el pronóstico del fichero
buf = readVar(TAG_FORECAST);
forecast = atoi((char *) &buf);
// Convertimos los valores a char*
sprintf(temperature_char, "%.2f", temperature);
sprintf(rain_char, "%d", rain);
sprintf(humidity_char, "%d", humidity);
sprintf(forecast_char, "%d", forecast);
// Creamos los char** que cotienen variables y vectores
char * variables_array[] = {TAG_TIMESTAMP, TAG_TEMP, TAG_RAIN, TAG_HUM, TAG_FORECAST, NULL};
char * values_array[] = {timestamp, temperature_char, rain_char, humidity_char, forecast_char, NULL};
printf("%s: %s\n", TAG_TEMP, temperature_char);
printf("%s: %s\n", TAG_RAIN, rain_char);
printf("%s: %s\n", TAG_HUM, humidity_char);
printf("%s: %s\n", TAG_FORECAST, forecast_char);
printf("%s\n", timestamp);
// Guardamos en el log los valores
writeVar(variables_array, values_array);
usleep(refresh_rate * 1000000);
}
}
return 0;
}
Ejecutando podemos ver que en cuatro días no va a llover (salida -1):
Observamos que el fichero vars/FORECAST se actualiza correctamente cada minuto (valor indicado en vars/FORECAST_RATE) y el log se actualiza correctamente:
Referencias
[1] Yahoo YQL.
[2] Consola YQL de Yahoo.
[3] Documentación sobre los pronósticos meteorológicos que da la API de Yahoo.
[4] Comando execlp.
[5] Imagen YQL utilizada.
![[5]](http://freshclickmedia.co.uk/wp-content/uploads/2013/11/yql.jpg){kind=link}
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