杭州LED公共顯示屏氣象信息自動發送的實現

金成 蔣靜怡 沈杭鋒

(杭州市氣象局，浙江 杭州 310051)

杭州LED公共顯示屏氣象信息自動發送的實現

金成 蔣靜怡 沈杭鋒

(杭州市氣象局，浙江 杭州 310051)

為解決杭州市公共場所現有LED顯示屏缺少氣象信息、氣象信息來源不統一、不規范、更新不及時、信息不實用、無法統一管理等問題。杭州市氣象局針對不同LED公共顯示屏的不同控制卡和控制渠道，通過開發通訊接口，部署統一接收發布軟件的方式，實現統一的氣象數據接口通過網絡與氣象局業務網連接，達到以互聯網為基礎的公共顯示屏氣象信息自動發送的目標。利用LED公共顯示屏發送氣象信息，前期投入少、后期維護壓力小，又能滿足公眾對氣象信息的需求，增加氣象信息的覆蓋面，發揮氣象信息在民生保障、防災減災、城市建設等方面應有的積極作用。

LED公共顯示屏；氣象數據接口；控制卡

0 引 言

近年來，各級政府部門先后出臺文件(《氣象災害防御條例》2010年國務院第570號令、《國務院辦公廳關于加強氣象災害監測預警及信息發布工作的意見》2011年33號、《氣象災害預警信號發布與傳播辦法》中國氣象局2007年第16號令、《杭州市人民政府辦公廳關于印發推進率先基本實現氣象現代化工作實施辦法的通知》2012年202號等)要求充分利用已有公共資源，在學校、社區、機場、港口、車站、旅游景點等人員密集區和公共場所建設公共顯示屏等暢通、有效的預警信息接收與傳播設施，滿足公眾對氣象信息的需求，發揮氣象信息在民生保障、防災減災、城市建設等方面應有的積極作用。杭州市氣象局早在2004年就在西湖周邊主要景點建立了氣象預報電子顯示屏，2009年在各主要社區、街道建設了400余塊多媒體氣象顯示屏，但相對于杭州全市3000多個社區、行政村每個至少一塊公共顯示屏來說，依然存在公共顯示屏缺少氣象信息、氣象信息來源不統一、不規范、更新不及時、信息不實用、無法統一發布管理等問題。為了解決這些問題，把權威、及時、準確、實用的氣象預報預警信息更好傳播，杭州市氣象局在2015年開始LED公共顯示屏氣象信息自動發送系統建設。

1 建設LED公共顯示屏氣象信息自動發送的思路

1.1 LED公共顯示屏的基本構成和系統自動控制開發考慮

通常一套可獨立工作的LED屏顯示系統可分為：屏體(LED顯示陣列和LED顯示屏體)、LED控制卡(內容產生控制)、傳輸通道、內容編輯控制器4部分(圖1)。屏體可有多種規格，但目前實際提供的物理主流接口為兩種，08接口和12接口。LED控制卡通過相對簡單的傳輸通道接受內容編輯器產生的文字、圖像等信息，經過內部處理，轉換成屏幕點陣信號，通過08/12接口驅動屏體[1]。內容編輯控制器對人工操作而言，通常分為3類控制模式：本地桌面軟件方式、遠程桌面軟件方式、遠程Web頁面方式。LED控制卡、傳輸通道和內容編輯控制器組成了LED屏的內容驅動部分。驅動模式總體分為同步和異步兩大類，同步是作為一臺標準顯示器，始終需要連接信號源；異步是指接收不定時更新的文字、圖像等控制指令，接收完畢后即獨立工作驅動屏幕，不需要始終連接內容產生設備[2-4]。

圖1 LED公共顯示屏各模塊結構圖

從系統自動控制的二次開發角度來說，整個LED屏有屏體接口、控制卡通訊口、控制卡二次開發軟件包、人工操作軟件4個接入點。屏體接口使用標準電信號，沒有技術門檻，但接口連接復雜，改造施工麻煩；控制卡通訊口沒有標準協議，具體協議可能公開也可能保密，存在一定技術門欄；二次開發軟件包本身基本公開，但其支持的軟件平臺存在差異，大部分僅支持Window平臺；人工操作軟件原本為手工操作設計，可以通過一定技術手段實現自動工作，特別是對Web操作頁面，如果不需要短信二次驗證，復雜的效驗碼等防機器人手段，直接就是公開協議的網絡接口[5]。

1.2 杭州市LED公共顯示屏氣象信息自動發送技術規劃

因杭州市各LED公共顯示屏，屏幕的尺寸、廠家等差異很大，要實現氣象信息的接入，首先就是要在一定的層次上實現統一的LED發送支持接口，實現內容的遠程發送控制。對已支持遠程更新的LED屏，只要有對應的協議或API，即可采用純軟件手段實現數據的自動推送；對只有本地更新的LED屏，需要進行通訊手段擴充；對支持局部內容更新的屏，可以進行氣象信息的自動推送；對僅支持整體更新的，必須提供新的人工發送操作平臺，才能實現自動氣象信息與人工信息的共存，若還使用原有發送方式，人工內容和自動氣象內容將相互沖突，只保留最后一個。

在整個LED系統中，在屏體不換這個前提下，更換控制卡、內容傳輸通道、內容編輯控制器均可以實現控制方式的統一，不同環節的實現難易程度和實施成本差異如下(表1)。

更換LED控制卡，這種方式可以方便的現實通訊協議及上層應用的統一。但由于物理屏體尺寸差異大，控制卡所需的驅動接口規格都有差異，實際改造實施較為復雜，而且屏體和屏幕所屬單位也有差別，單一類型的卡很難滿足需要，且如更換卡，原有控制卡將全部不能使用，硬件成本很高，總體而言，該方式可操作性較差。

表1 LED公共顯示屏改造難易程度和實施成本差異

保留LED控制卡，統一進行通訊方式改造，主要是針對僅支持本地串口和網絡的卡，通過配置相對低成本的改造模塊，調整為支持遠程更新的卡，如短信或GPRS卡，在此基礎上通過中間件來適應不同控制卡協議的差別，可在統一的通訊渠道層面上提供服務。這種方式最大困難在于原有控制卡本身的通訊協議通常是不公開的，還需要配置專門的硬件設備，存在一定設備投資。

保留LED控制卡和原有的基礎傳輸通道，利用其提供的API或通訊協議開發接口中間件，在原桌面發送軟件所在的電腦上部署一個接收發布軟件，實現統一的上層接口，通過有線互聯網等方式與氣象局連接。這種方式不需要配置專門的硬件設備，硬件成本最低，但原有電腦的軟硬件環境差異也較大，具體部署施工可能存在一定工作量，如果電腦非專用，也存在一點軟件破壞風險[6-8]。

控制通訊渠道而言，短信方式操作簡單，但屬于非在線的低帶寬高延時通道，適用于簡單內容發送應用，3G、有限寬帶、GPRS等屬于在線高寬帶、低延時通道。短信屬于不保證可靠性的信道，在可靠性要求較高的場合，需要來回多條短信來保證送達，遇到高延時的時候，效率明顯偏低，所以對氣象信息發送通道來說，互聯網方式更為適合[9]。

杭州市現有LED公共顯示屏數量大，相當一部分已支持遠程更新，本地更新方式又有可靠性高的特點，為此采用保留LED控制卡和原有的基礎傳輸通道，利用其提供的API或通訊協議開發接口中間件，在原桌面發送軟件所在的電腦上部署一個接收發布軟件，實現統一的上層接口通過有線互聯網等方式與氣象局連接方式比較合適。

1.3 杭州市LED公共顯示屏氣象信息自動推送工作模式設想

根據技術規劃，杭州市LED公共顯示屏氣象信息自動推送工作模式設想如下。

在杭州市氣象局設置一個專門用于LED公共顯示屏氣象信息發布以及顯示屏狀態監控信息的服務網站，并通過防火墻發布到互聯網上；LED公共顯示屏通過局域網接入互聯網；各LED公共顯示屏控制軟件通過API與LED屏通訊，獲取顯示屏狀態信息和更新信息；控制軟件定時連接杭州市氣象局LED公共顯示屏氣象信息發布服務器，監測預報信息等更新情況，一旦發現有更新，立即下載更新；LED公共顯示屏工作人員可通過局域網內任意一臺電腦，通過瀏覽器訪問氣象信息接收軟件信息發布Web頁面，設置自己需要發布的信息內容，可在系統提供的若干節目布局、編排模式中直接選擇，不必完全手動編排；自動節目或人工節目如有變化，接收軟件自動將兩者合成為完整的節目數據，更新到LED上，實現節目的自動替換；氣象局服務器記錄LED公共顯示屏接收軟件連接服務器的情況，用于實現對LED公共顯示屏基本狀態的監視，終端通過定時監測控制卡，實現對LED控制卡及屏幕狀態的監視。

1.4 LED顯示屏內容組合模式設想

因為是對LED公共顯示屏進行氣象信息接入改造，改造完成后，需要確保之前顯示屏信息的正常使用，所以涉及到氣象信息與自主信息的組織融合顯示。

業務內容組合：氣象數據接入不影響原始LED自主發布信息的顯示，在控制卡支持局部節目內容增加、更新等情況下，直接對氣象數據進行操作，實現氣象數據的接入；在控制卡不支持局部節目內容增加、更新的情況下，通過與本地發布節目合成為整體節目后再進行統一的發布更新，也能最終實現氣象數據與自主發布信息的顯示。

物理位置組合：考慮到各LED公共顯示屏的長、寬參數不一，計劃采用默認的滾屏顯示以及固定分割等方式，這樣在項目實施過程中能快速自動適應屏幕大小實現氣象數據接入。

2 LED公共顯示屏氣象信息自動發送的建設內容

為達到使已有LED公共顯示屏能共享作為氣象信息的傳播載體，LED公共顯示屏氣象信息自動發送的建設內容主要涉及到：開發杭州LED公共顯示屏氣象信息自動發送系統軟件平臺；建設LED公共顯示屏的專用氣象產品庫；開發各類LED公共顯示屏氣象信息接收軟件，使LED公共顯示屏能基于互聯網自動接收氣象預報預警等信息并在各終端部署3個方面。

2.1 杭州LED公共顯示屏氣象信息自動發送系統軟件平臺

杭州LED公共顯示屏氣象信息自動發送軟件平臺是基于C/S與B/S混合架構的，主要是在服務器段產生各類氣象信息產品數據，將產品數據存儲，并且在數據更新后及時將數據發送至各LED公共顯示屏，并獲取發送結果。主要具有以下功能。

后臺發布服務：后臺發布服務主要包括數據存儲、產品發送服務和異常監控報警3個方面功能。數據存儲功能是指記錄LED公共顯示屏的基本信息包括位置信息、型號大小、管理人員、安裝時間等。產品發送服務功能包括氣象產品發送模塊和氣象數據發布：氣象產品發送模塊是基于C/S的服務器程序模塊，主要完成各類氣象數據的發布和記錄發布結果；氣象數據發布是指系統定時檢測數據更新，有數據更新，系統將更新的數據下發至各個LED公共顯示屏并且記錄發布結果，將結果一起存到中間數據庫進行存儲。異常監控報警功能是實現LED公共顯示屏日常運行異常監控，即每隔5 min檢測LED公共顯示屏運行情況和氣象數據發布情況，該功能報警通過GIS疊加顯示系統彈框、短信等方式提醒。

監控管理平臺：監控平臺是指建設一個管理平臺入口，通過該平臺入口，管理員和用戶可以進行注冊，獲取基本的操作權限，并填寫LED公共顯示屏相關信息進行匹配，下載相應的氣象數據接收軟件以及控制卡接口模塊，主要包括用戶管理、設備管理、運行監控、手工發布、信息查詢統計等功能。

2.2 建設LED公共顯示屏的專用氣象產品庫

LED公共顯示屏氣象產品庫主要包括文字、圖片、視頻等多種形式，是一個內容豐富且專門服務于公共顯示屏的氣象產品庫。既能為各LED公共顯示屏提供一般的氣象產品，也能根據各LED公共顯示屏的不同需求提供具有差異性、個性化的氣象產品。

產品生成模塊：該模塊在數據采集傳輸服務的支持下，從杭州市氣象局數據服務器中獲取不同數據格式的原始數據進行處理，生成LED顯示屏所需統一格式的數據，并將這些數據在氣象產品庫中存儲。

氣象產品庫接口：所有的產品庫內容均接入數據應用服務，除了給LED公共顯示屏提供支持外，還可以供其他單位自行開發程序的時候調用公共顯示屏的氣象產品，適合因各種原因導致不方便或不愿意氣象局整合而又需要接入氣象信息LED公共顯示屏，主要提供Jason、網頁數據等接口。

2.3 開發各類LED顯示屏氣象信息接收軟件并部署

LED公共顯示屏氣象信息接收軟件是部署在有互聯網接入的LED公共顯示屏所屬單位，能夠自動接收氣象數據服務器生成的氣象產品數據，在不影響自主信息發布的情況下，能將氣象信息和自主信息進行組合，生成顯示屏可用的節目文件，調用顯示屏控制卡的發布接口進行節目的發送，并將發布結果反饋到服務器。軟件定義了顯示屏控制卡的節目數據發送、開關屏幕操作、狀態讀取等接口規范，對不同種類的控制卡通過插件形式提供支持，上層通過統一的接口調用實現各個功能。

氣象數據接收：軟件通過定時讀取Web網頁數據抓取最新發布的氣象產品數據，并將接收的氣象數據保存在本地，與本地存儲的數據進行對比，如果有更新，系統自動替換至本地化的臨時存儲數據。在實際應用中，氣象數據的更新頻率較高，且更新時間不定，為了保證數據更新的響應效率，需要較為頻繁的檢測。為此軟件提供“版本文件”功能，在詳細數據發送變化時，自動更新一個很小的版本文件，由于實際數據更新頻率遠低于檢測頻率，大部分情況下客戶端不需要下載詳細數據即可判定有無更新，從而減少數據傳輸量。

顯示屏節目發送：顯示屏節目發送主要包括節目合成、節目發送、發布結果反饋。其中節目合成是在接收到最新的氣象數據之后，系統根據所選擇的模版將最新的氣象數據以及自主發布的信息內容合成完整的節目文件。節目發送是調用顯示屏控制卡發布接口進行發布的。發布結果反饋是系統在每次發布節目之后調用服務器Web Service將發布結果進行反饋至服務器存儲，記錄每一次節目發布的時間、發布內容、發布結果等信息。

顯示屏遠程控制：軟件能夠接收管理平臺的遠程屏幕控制指令進行屏幕的開、關、節目刪除清空等操作。在關屏、刪節目等影響較大的操作時可同時發送短信給顯示屏的管理人員，確保溝通順暢。

3 LED公共顯示屏氣象信息自動發送技術關鍵點

杭州LED公共顯示屏氣象信息自動發送系統建設過程中雖然涉及到平臺，產品庫和接收軟件，但在建設過程中我們發現，關鍵的技術點主要存在于顯示屏控制卡接口集成、顯示屏顯示布局自適應和系統運行的可靠性3個方面。

3.1 顯示屏控制卡接口集成

由于各類型的控制卡的接入方式以及節目發布方式差異，導致了需要對各類型的控制卡進行定制開發。

3.2 顯示屏顯示布局自適應

為了能高效的完成部署和運行，系統軟件需要考慮進行顯示屏的界面自適應控制。

3.3 運行可靠性

LED公共顯示屏氣象信息自動發送包含的環節多，相應的出現問題的概率也大，從全局來說，幾乎是不可避免，如何確保系統的可靠性，特別是局部問題不能影響全局系統的正常運行，出現問題能在可以控制的時間內得到解決，就成為關鍵之一。

4 結 語

杭州市LED公共顯示屏氣象信息自動發送系統自2015年5月開始建設，2015年9月投入試應用，試應用期間，首先將杭州市區500余塊社區LED顯示屏納入管理，在突發強對流氣象服務、國慶氣象服務和春節黃金周氣象服務中成為方便社會公眾快速獲取天氣預警信息、氣象災害防御指引、氣象預報、實時氣象信息的重要途徑。2016年又先后將地鐵、公交、郵政、銀行等1萬余塊社會顯示屏接入系統，很好的解決了氣象信息向基層群眾縱深傳遞“最后一公里”的問題。杭州市LED公共顯示屏氣象信息自動發送系統相較于以前氣象部門自購顯示屏等硬件、自建專用網絡方式投入小、建設成本低、后期維護壓力小，是探索利用政府現有資源開展公共氣象服務的一種方式。但由于公共顯示屏設備型號多樣，使用時間長短不一，項目前期摸底調查時間較長，后期建設過程中，LED公共顯示屏網絡安全設定、設備維護人員培訓等需注意。

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2016-03-31