金成 蒋静怡 沈杭锋

(杭州市气象局，浙江 杭州 310051)

杭州LED公共显示屏气象信息自动发送的实现

金成 蒋静怡 沈杭锋

(杭州市气象局，浙江 杭州 310051)

为解决杭州市公共场所现有LED显示屏缺少气象信息、气象信息来源不统一、不规范、更新不及时、信息不实用、无法统一管理等问题。杭州市气象局针对不同LED公共显示屏的不同控制卡和控制渠道，通过开发通讯接口，部署统一接收发布软件的方式，实现统一的气象数据接口通过网络与气象局业务网连接，达到以互联网为基础的公共显示屏气象信息自动发送的目标。利用LED公共显示屏发送气象信息，前期投入少、后期维护压力小，又能满足公众对气象信息的需求，增加气象信息的覆盖面，发挥气象信息在民生保障、防灾减灾、城市建设等方面应有的积极作用。

LED公共显示屏；气象数据接口；控制卡

0 引 言

近年来，各级政府部门先后出台文件(《气象灾害防御条例》2010年国务院第570号令、《国务院办公厅关于加强气象灾害监测预警及信息发布工作的意见》2011年33号、《气象灾害预警信号发布与传播办法》中国气象局2007年第16号令、《杭州市人民政府办公厅关于印发推进率先基本实现气象现代化工作实施办法的通知》2012年202号等)要求充分利用已有公共资源，在学校、社区、机场、港口、车站、旅游景点等人员密集区和公共场所建设公共显示屏等畅通、有效的预警信息接收与传播设施，满足公众对气象信息的需求，发挥气象信息在民生保障、防灾减灾、城市建设等方面应有的积极作用。杭州市气象局早在2004年就在西湖周边主要景点建立了气象预报电子显示屏，2009年在各主要社区、街道建设了400余块多媒体气象显示屏，但相对于杭州全市3000多个社区、行政村每个至少一块公共显示屏来说，依然存在公共显示屏缺少气象信息、气象信息来源不统一、不规范、更新不及时、信息不实用、无法统一发布管理等问题。为了解决这些问题，把权威、及时、准确、实用的气象预报预警信息更好传播，杭州市气象局在2015年开始LED公共显示屏气象信息自动发送系统建设。

1 建设LED公共显示屏气象信息自动发送的思路

1.1 LED公共显示屏的基本构成和系统自动控制开发考虑

通常一套可独立工作的LED屏显示系统可分为：屏体(LED显示阵列和LED显示屏体)、LED控制卡(内容产生控制)、传输通道、内容编辑控制器4部分(图1)。屏体可有多种规格，但目前实际提供的物理主流接口为两种，08接口和12接口。LED控制卡通过相对简单的传输通道接受内容编辑器产生的文字、图像等信息，经过内部处理，转换成屏幕点阵信号，通过08/12接口驱动屏体[1]。内容编辑控制器对人工操作而言，通常分为3类控制模式：本地桌面软件方式、远程桌面软件方式、远程Web页面方式。LED控制卡、传输通道和内容编辑控制器组成了LED屏的内容驱动部分。驱动模式总体分为同步和异步两大类，同步是作为一台标准显示器，始终需要连接信号源；异步是指接收不定时更新的文字、图像等控制指令，接收完毕后即独立工作驱动屏幕，不需要始终连接内容产生设备[2-4]。

图1 LED公共显示屏各模块结构图

从系统自动控制的二次开发角度来说，整个LED屏有屏体接口、控制卡通讯口、控制卡二次开发软件包、人工操作软件4个接入点。屏体接口使用标准电信号，没有技术门槛，但接口连接复杂，改造施工麻烦；控制卡通讯口没有标准协议，具体协议可能公开也可能保密，存在一定技术门栏；二次开发软件包本身基本公开，但其支持的软件平台存在差异，大部分仅支持Window平台；人工操作软件原本为手工操作设计，可以通过一定技术手段实现自动工作，特别是对Web操作页面，如果不需要短信二次验证，复杂的效验码等防机器人手段，直接就是公开协议的网络接口[5]。

1.2 杭州市LED公共显示屏气象信息自动发送技术规划

因杭州市各LED公共显示屏，屏幕的尺寸、厂家等差异很大，要实现气象信息的接入，首先就是要在一定的层次上实现统一的LED发送支持接口，实现内容的远程发送控制。对已支持远程更新的LED屏，只要有对应的协议或API，即可采用纯软件手段实现数据的自动推送；对只有本地更新的LED屏，需要进行通讯手段扩充；对支持局部内容更新的屏，可以进行气象信息的自动推送；对仅支持整体更新的，必须提供新的人工发送操作平台，才能实现自动气象信息与人工信息的共存，若还使用原有发送方式，人工内容和自动气象内容将相互冲突，只保留最后一个。

在整个LED系统中，在屏体不换这个前提下，更换控制卡、内容传输通道、内容编辑控制器均可以实现控制方式的统一，不同环节的实现难易程度和实施成本差异如下(表1)。

更换LED控制卡，这种方式可以方便的现实通讯协议及上层应用的统一。但由于物理屏体尺寸差异大，控制卡所需的驱动接口规格都有差异，实际改造实施较为复杂，而且屏体和屏幕所属单位也有差别，单一类型的卡很难满足需要，且如更换卡，原有控制卡将全部不能使用，硬件成本很高，总体而言，该方式可操作性较差。

表1 LED公共显示屏改造难易程度和实施成本差异

保留LED控制卡，统一进行通讯方式改造，主要是针对仅支持本地串口和网络的卡，通过配置相对低成本的改造模块，调整为支持远程更新的卡，如短信或GPRS卡，在此基础上通过中间件来适应不同控制卡协议的差别，可在统一的通讯渠道层面上提供服务。这种方式最大困难在于原有控制卡本身的通讯协议通常是不公开的，还需要配置专门的硬件设备，存在一定设备投资。

保留LED控制卡和原有的基础传输通道，利用其提供的API或通讯协议开发接口中间件，在原桌面发送软件所在的电脑上部署一个接收发布软件，实现统一的上层接口，通过有线互联网等方式与气象局连接。这种方式不需要配置专门的硬件设备，硬件成本最低，但原有电脑的软硬件环境差异也较大，具体部署施工可能存在一定工作量，如果电脑非专用，也存在一点软件破坏风险[6-8]。

控制通讯渠道而言，短信方式操作简单，但属于非在线的低带宽高延时通道，适用于简单内容发送应用，3G、有限宽带、GPRS等属于在线高宽带、低延时通道。短信属于不保证可靠性的信道，在可靠性要求较高的场合，需要来回多条短信来保证送达，遇到高延时的时候，效率明显偏低，所以对气象信息发送通道来说，互联网方式更为适合[9]。

杭州市现有LED公共显示屏数量大，相当一部分已支持远程更新，本地更新方式又有可靠性高的特点，为此采用保留LED控制卡和原有的基础传输通道，利用其提供的API或通讯协议开发接口中间件，在原桌面发送软件所在的电脑上部署一个接收发布软件，实现统一的上层接口通过有线互联网等方式与气象局连接方式比较合适。

1.3 杭州市LED公共显示屏气象信息自动推送工作模式设想

根据技术规划，杭州市LED公共显示屏气象信息自动推送工作模式设想如下。

在杭州市气象局设置一个专门用于LED公共显示屏气象信息发布以及显示屏状态监控信息的服务网站，并通过防火墙发布到互联网上；LED公共显示屏通过局域网接入互联网；各LED公共显示屏控制软件通过API与LED屏通讯，获取显示屏状态信息和更新信息；控制软件定时连接杭州市气象局LED公共显示屏气象信息发布服务器，监测预报信息等更新情况，一旦发现有更新，立即下载更新；LED公共显示屏工作人员可通过局域网内任意一台电脑，通过浏览器访问气象信息接收软件信息发布Web页面，设置自己需要发布的信息内容，可在系统提供的若干节目布局、编排模式中直接选择，不必完全手动编排；自动节目或人工节目如有变化，接收软件自动将两者合成为完整的节目数据，更新到LED上，实现节目的自动替换；气象局服务器记录LED公共显示屏接收软件连接服务器的情况，用于实现对LED公共显示屏基本状态的监视，终端通过定时监测控制卡，实现对LED控制卡及屏幕状态的监视。

1.4 LED显示屏内容组合模式设想

因为是对LED公共显示屏进行气象信息接入改造，改造完成后，需要确保之前显示屏信息的正常使用，所以涉及到气象信息与自主信息的组织融合显示。

业务内容组合：气象数据接入不影响原始LED自主发布信息的显示，在控制卡支持局部节目内容增加、更新等情况下，直接对气象数据进行操作，实现气象数据的接入；在控制卡不支持局部节目内容增加、更新的情况下，通过与本地发布节目合成为整体节目后再进行统一的发布更新，也能最终实现气象数据与自主发布信息的显示。

物理位置组合：考虑到各LED公共显示屏的长、宽参数不一，计划采用默认的滚屏显示以及固定分割等方式，这样在项目实施过程中能快速自动适应屏幕大小实现气象数据接入。

2 LED公共显示屏气象信息自动发送的建设内容

为达到使已有LED公共显示屏能共享作为气象信息的传播载体，LED公共显示屏气象信息自动发送的建设内容主要涉及到：开发杭州LED公共显示屏气象信息自动发送系统软件平台；建设LED公共显示屏的专用气象产品库；开发各类LED公共显示屏气象信息接收软件，使LED公共显示屏能基于互联网自动接收气象预报预警等信息并在各终端部署3个方面。

2.1 杭州LED公共显示屏气象信息自动发送系统软件平台

杭州LED公共显示屏气象信息自动发送软件平台是基于C/S与B/S混合架构的，主要是在服务器段产生各类气象信息产品数据，将产品数据存储，并且在数据更新后及时将数据发送至各LED公共显示屏，并获取发送结果。主要具有以下功能。

后台发布服务：后台发布服务主要包括数据存储、产品发送服务和异常监控报警3个方面功能。数据存储功能是指记录LED公共显示屏的基本信息包括位置信息、型号大小、管理人员、安装时间等。产品发送服务功能包括气象产品发送模块和气象数据发布：气象产品发送模块是基于C/S的服务器程序模块，主要完成各类气象数据的发布和记录发布结果；气象数据发布是指系统定时检测数据更新，有数据更新，系统将更新的数据下发至各个LED公共显示屏并且记录发布结果，将结果一起存到中间数据库进行存储。异常监控报警功能是实现LED公共显示屏日常运行异常监控，即每隔5 min检测LED公共显示屏运行情况和气象数据发布情况，该功能报警通过GIS叠加显示系统弹框、短信等方式提醒。

监控管理平台：监控平台是指建设一个管理平台入口，通过该平台入口，管理员和用户可以进行注册，获取基本的操作权限，并填写LED公共显示屏相关信息进行匹配，下载相应的气象数据接收软件以及控制卡接口模块，主要包括用户管理、设备管理、运行监控、手工发布、信息查询统计等功能。

2.2 建设LED公共显示屏的专用气象产品库

LED公共显示屏气象产品库主要包括文字、图片、视频等多种形式，是一个内容丰富且专门服务于公共显示屏的气象产品库。既能为各LED公共显示屏提供一般的气象产品，也能根据各LED公共显示屏的不同需求提供具有差异性、个性化的气象产品。

产品生成模块：该模块在数据采集传输服务的支持下，从杭州市气象局数据服务器中获取不同数据格式的原始数据进行处理，生成LED显示屏所需统一格式的数据，并将这些数据在气象产品库中存储。

气象产品库接口：所有的产品库内容均接入数据应用服务，除了给LED公共显示屏提供支持外，还可以供其他单位自行开发程序的时候调用公共显示屏的气象产品，适合因各种原因导致不方便或不愿意气象局整合而又需要接入气象信息LED公共显示屏，主要提供Jason、网页数据等接口。

2.3 开发各类LED显示屏气象信息接收软件并部署

LED公共显示屏气象信息接收软件是部署在有互联网接入的LED公共显示屏所属单位，能够自动接收气象数据服务器生成的气象产品数据，在不影响自主信息发布的情况下，能将气象信息和自主信息进行组合，生成显示屏可用的节目文件，调用显示屏控制卡的发布接口进行节目的发送，并将发布结果反馈到服务器。软件定义了显示屏控制卡的节目数据发送、开关屏幕操作、状态读取等接口规范，对不同种类的控制卡通过插件形式提供支持，上层通过统一的接口调用实现各个功能。

气象数据接收：软件通过定时读取Web网页数据抓取最新发布的气象产品数据，并将接收的气象数据保存在本地，与本地存储的数据进行对比，如果有更新，系统自动替换至本地化的临时存储数据。在实际应用中，气象数据的更新频率较高，且更新时间不定，为了保证数据更新的响应效率，需要较为频繁的检测。为此软件提供“版本文件”功能，在详细数据发送变化时，自动更新一个很小的版本文件，由于实际数据更新频率远低于检测频率，大部分情况下客户端不需要下载详细数据即可判定有无更新，从而减少数据传输量。

显示屏节目发送：显示屏节目发送主要包括节目合成、节目发送、发布结果反馈。其中节目合成是在接收到最新的气象数据之后，系统根据所选择的模版将最新的气象数据以及自主发布的信息内容合成完整的节目文件。节目发送是调用显示屏控制卡发布接口进行发布的。发布结果反馈是系统在每次发布节目之后调用服务器Web Service将发布结果进行反馈至服务器存储，记录每一次节目发布的时间、发布内容、发布结果等信息。

显示屏远程控制：软件能够接收管理平台的远程屏幕控制指令进行屏幕的开、关、节目删除清空等操作。在关屏、删节目等影响较大的操作时可同时发送短信给显示屏的管理人员，确保沟通顺畅。

3 LED公共显示屏气象信息自动发送技术关键点

杭州LED公共显示屏气象信息自动发送系统建设过程中虽然涉及到平台，产品库和接收软件，但在建设过程中我们发现，关键的技术点主要存在于显示屏控制卡接口集成、显示屏显示布局自适应和系统运行的可靠性3个方面。

3.1 显示屏控制卡接口集成

由于各类型的控制卡的接入方式以及节目发布方式差异，导致了需要对各类型的控制卡进行定制开发。

3.2 显示屏显示布局自适应

为了能高效的完成部署和运行，系统软件需要考虑进行显示屏的界面自适应控制。

3.3 运行可靠性

LED公共显示屏气象信息自动发送包含的环节多，相应的出现问题的概率也大，从全局来说，几乎是不可避免，如何确保系统的可靠性，特别是局部问题不能影响全局系统的正常运行，出现问题能在可以控制的时间内得到解决，就成为关键之一。

4 结 语

杭州市LED公共显示屏气象信息自动发送系统自2015年5月开始建设，2015年9月投入试应用，试应用期间，首先将杭州市区500余块社区LED显示屏纳入管理，在突发强对流气象服务、国庆气象服务和春节黄金周气象服务中成为方便社会公众快速获取天气预警信息、气象灾害防御指引、气象预报、实时气象信息的重要途径。2016年又先后将地铁、公交、邮政、银行等1万余块社会显示屏接入系统，很好的解决了气象信息向基层群众纵深传递“最后一公里”的问题。杭州市LED公共显示屏气象信息自动发送系统相较于以前气象部门自购显示屏等硬件、自建专用网络方式投入小、建设成本低、后期维护压力小，是探索利用政府现有资源开展公共气象服务的一种方式。但由于公共显示屏设备型号多样，使用时间长短不一，项目前期摸底调查时间较长，后期建设过程中，LED公共显示屏网络安全设定、设备维护人员培训等需注意。

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2016-03-31