為滿(mǎn)足公眾對氣象信息的需求，發(fā)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很作用，武漢氣象局早在2004年就在主要景點(diǎn)主要街道建立了氣象預報LED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，但相對于武漢全市3000多個(gè)社區、行政村每個(gè)至少一塊公共顯示屏來(lái)說(shuō)，依然存在公共顯示屏缺少氣象信息、氣象信息來(lái)源不統一、不規范、更新不及時(shí)、信息不實(shí)用、無(wú)法統一發(fā)布管理等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，把權威、及時(shí)、準確、實(shí)用的氣象預報預警信息更好傳播，武漢氣象局在2015年開(kāi)始LED公共顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送系統建設。

1武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送的建設思路

1．1武漢LED顯示屏的基本構成和系統自動(dòng)控制開(kāi)發(fā)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(chǎn)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(shí)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(guò)相對簡(jiǎn)單的傳輸通道接受內容編輯器產(chǎn)生的文字、圖像等信息，經(jīng)過(guò)內部處理，轉換成屏幕點(diǎn)陣信號，通過(guò)08/12接口驅動(dòng)屏體。內容編輯控制器對人工操作而言，通常分為3類(lèi)控制模式:本地桌面軟件方式、遠程桌面軟件方式、遠程Web頁(yè)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(dòng)部分。驅動(dòng)模式總體分為同步和異步兩大類(lèi)，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(shí)更新的文字、圖像等控制指令，接收完畢后即獨立工作驅動(dòng)屏幕，不需要始終連接內容產(chǎn)生設備。

從系統自動(dòng)控制的二次開(kāi)發(fā)角度來(lái)說(shuō)，整個(gè)LED屏有屏體接口、控制卡通訊口、控制卡二次開(kāi)發(fā)軟件包、人工操作軟件4個(gè)接入點(diǎn)。屏體接口使用標準電信號，沒(méi)有技術(shù)門(mén)檻，但接口連接復雜，改造施工麻煩;控制卡通訊口沒(méi)有標準協(xié)議，具體協(xié)議可能公開(kāi)也可能保密，存在一定技術(shù)門(mén)欄;二次開(kāi)發(fā)軟件包本身基本公開(kāi)，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(guò)一定技術(shù)手段實(shí)現自動(dòng)工作，特別是對Web操作頁(yè)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(kāi)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )接口。

1．2武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送技術(shù)規劃

因武漢LED顯示屏，屏幕的尺寸、廠(chǎng)家等差異很大，要實(shí)現氣象信息的接入，首先就是要在一定的層次上實(shí)現統一的LED發(fā)送支持接口，實(shí)現內容的遠程發(fā)送控制。對已支持遠程更新的LED屏，只要有對應的協(xié)議或API，即可采用純軟件手段實(shí)現數據的自動(dòng)推送;對只有本地更新的LED屏，需要進(jìn)行通訊手段擴充;對支持局部?jì)热莞碌钠?，可以進(jìn)行氣象信息的自動(dòng)推送;對僅支持整體更新的，必須提供新的人工發(fā)送操作平臺，才能實(shí)現自動(dòng)氣象信息與人工信息的共存，若還使用原有發(fā)送方式，人工內容和自動(dòng)氣象內容將相互沖突，只保留較后一個(gè)。

在整個(gè)LED系統中，在屏體不換這個(gè)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(shí)現控制方式的統一，不同環(huán)節的實(shí)現難易程度和實(shí)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(shí)通訊協(xié)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(dòng)接口規格都有差異，實(shí)際改造實(shí)施較為復雜，而且屏體和屏幕所屬單位也有差別，單一類(lèi)型的卡很難滿(mǎn)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。

保留LED控制卡，統一進(jìn)行通訊方式改造，主要是針對僅支持本地串口和網(wǎng)絡(luò )的卡，通過(guò)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(guò)中間件來(lái)適應不同控制卡協(xié)議的差別，可在統一的通訊渠道層面上提供服務(wù)。這種方式較大困難在于原有控制卡本身的通訊協(xié)議通常是不公開(kāi)的，還需要配置專(zhuān)門(mén)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(xié)議開(kāi)發(fā)接口中間件，在原桌面發(fā)送軟件所在的電腦上部署一個(gè)接收發(fā)布軟件，實(shí)現統一的上層接口，通過(guò)有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)等方式與氣象局連接。這種方式不需要配置專(zhuān)門(mén)的硬件設備，硬件成本較低，但原有電腦的軟硬件環(huán)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(zhuān)用，也存在一點(diǎn)軟件破壞風(fēng)險。

控制通訊渠道而言，短信方式操作簡(jiǎn)單，但屬于非在線(xiàn)的低帶寬高延時(shí)通道，適用于簡(jiǎn)單內容發(fā)送應用，3G、有限寬帶、GPＲS等屬于在線(xiàn)高寬帶、低延時(shí)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(chǎng)合，需要來(lái)回多條短信來(lái)保證送達，遇到高延時(shí)的時(shí)候，效率明顯偏低，所以對氣象信息發(fā)送通道來(lái)說(shuō)，互聯(lián)網(wǎng)方式更為適合。

武漢現有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(diǎn)，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(xié)議開(kāi)發(fā)接口中間件，在原桌面發(fā)送軟件所在的電腦上部署一個(gè)接收發(fā)布軟件，實(shí)現統一的上層接口通過(guò)有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)等方式與氣象局連接方式比較合適。

1．3武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)推送工作模式設想

根據技術(shù)規劃，武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)推送工作模式設想如下。在武漢氣象局設置一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于LED公共顯示屏氣象信息發(fā)布以及顯示屏狀態(tài)監控信息的服務(wù)網(wǎng)站，并通過(guò)防火墻發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上;LED公共顯示屏通過(guò)局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng);各LED公共顯示屏控制軟件通過(guò)API與LED屏通訊，獲取顯示屏狀態(tài)信息和更新信息;控制軟件定時(shí)連接武漢氣象局LED公共顯示屏氣象信息發(fā)布服務(wù)器，監測預報信息等更新情況，一旦發(fā)現有更新，立即下載更新;LED公共顯示屏工作人員可通過(guò)局域網(wǎng)內任意一臺電腦，通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)氣象信息接收軟件信息發(fā)布Web頁(yè)面，設置自己需要發(fā)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(dòng)編排;自動(dòng)節目或人工節目如有變化，接收軟件自動(dòng)將兩者合成為完整的節目數據，更新到LED上，實(shí)現節目的自動(dòng)替換;氣象局服務(wù)器記錄LED公共顯示屏接收軟件連接服務(wù)器的情況，用于實(shí)現對LED公共顯示屏基本狀態(tài)的監視，終端通過(guò)定時(shí)監測控制卡，實(shí)現對LED控制卡及屏幕狀態(tài)的監視。

1．4LED顯示屏內容組合模式設想

因為是對LED公共顯示屏進(jìn)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(yè)務(wù)內容組合:氣象數據接入不影響原始LED自主發(fā)布信息的顯示，在控制卡支持局部節目?jì)热菰黾?、更新等情況下，直接對氣象數據進(jìn)行操作，實(shí)現氣象數據的接入;在控制卡不支持局部節目?jì)热菰黾?、更新的情況下，通過(guò)與本地發(fā)布節目合成為整體節目后再進(jìn)行統一的發(fā)布更新，也能較終實(shí)現氣象數據與自主發(fā)布信息的顯示。物理位置組合:考慮到各LED公共顯示屏的長(cháng)、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(shí)施過(guò)程中能快速自動(dòng)適應屏幕大小實(shí)現氣象數據接入。

2LED公共顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)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(dòng)發(fā)送的建設內容主要涉及到:開(kāi)發(fā)武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送系統軟件平臺;建設LED公共顯示屏的專(zhuān)用氣象產(chǎn)品庫;開(kāi)發(fā)各類(lèi)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(lián)網(wǎng)自動(dòng)接收氣象預報預警等信息并在各終端部署3個(gè)方面。

2．1武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送系統軟件平臺

武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送軟件平臺是基于C/S與B/S混合架構的，主要是在服務(wù)器段產(chǎn)生各類(lèi)氣象信息產(chǎn)品數據，將產(chǎn)品數據存儲，并且在數據更新后及時(shí)將數據發(fā)送至各LED公共顯示屏，并獲取發(fā)送結果。主要具有以下功能。

后臺發(fā)布服務(wù):后臺發(fā)布服務(wù)主要包括數據存儲、產(chǎn)品發(fā)送服務(wù)和異常監控報警3個(gè)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(shí)間等。產(chǎn)品發(fā)送服務(wù)功能包括氣象產(chǎn)品發(fā)送模塊和氣象數據發(fā)布:氣象產(chǎn)品發(fā)送模塊是基于C/S的服務(wù)器程序模塊，主要完成各類(lèi)氣象數據的發(fā)布和記錄發(fā)布結果;氣象數據發(fā)布是指系統定時(shí)檢測數據更新，有數據更新，系統將更新的數據下發(fā)至各個(gè)LED公共顯示屏并且記錄發(fā)布結果，將結果一起存到中間數據庫進(jìn)行存儲。異常監控報警功能是實(shí)現LED公共顯示屏日常運行異常監控，即每隔5min檢測LED公共顯示屏運行情況和氣象數據發(fā)布情況，該功能報警通過(guò)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(gè)管理平臺入口，通過(guò)該平臺入口，管理員和用戶(hù)可以進(jìn)行注冊，獲取基本的操作權限，并填寫(xiě)LED公共顯示屏相關(guān)信息進(jìn)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(hù)管理、設備管理、運行監控、手工發(fā)布、信息查詢(xún)統計等功能。

2．2建設LED公共顯示屏的專(zhuān)用氣象產(chǎn)品庫

LED公共顯示屏氣象產(chǎn)品庫主要包括文字、圖片、視頻等多種形式，是一個(gè)內容豐富且專(zhuān)門(mén)服務(wù)于公共顯示屏的氣象產(chǎn)品庫。既能為各LED公共顯示屏提供一般的氣象產(chǎn)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(gè)性化的氣象產(chǎn)品。

產(chǎn)品生成模塊:該模塊在數據采集傳輸服務(wù)的支持下，從武漢氣象局數據服務(wù)器中獲取不同數據格式的原始數據進(jìn)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(chǎn)品庫中存儲。

氣象產(chǎn)品庫接口:所有的產(chǎn)品庫內容均接入數據應用服務(wù)，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(kāi)發(fā)程序的時(shí)候調用公共顯示屏的氣象產(chǎn)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(wǎng)頁(yè)數據等接口。

2．3開(kāi)發(fā)各類(lèi)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(lián)網(wǎng)接入的LED公共顯示屏所屬單位，能夠自動(dòng)接收氣象數據服務(wù)器生成的氣象產(chǎn)品數據，在不影響自主信息發(fā)布的情況下，能將氣象信息和自主信息進(jìn)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(fā)布接口進(jìn)行節目的發(fā)送，并將發(fā)布結果反饋到服務(wù)器。軟件定義了顯示屏控制卡的節目數據發(fā)送、開(kāi)關(guān)屏幕操作、狀態(tài)讀取等接口規范，對不同種類(lèi)的控制卡通過(guò)插件形式提供支持，上層通過(guò)統一的接口調用實(shí)現各個(gè)功能。

氣象數據接收:軟件通過(guò)定時(shí)讀取Web網(wǎng)頁(yè)數據抓取較新發(fā)布的氣象產(chǎn)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(jìn)行對比，如果有更新，系統自動(dòng)替換至本地化的臨時(shí)存儲數據。在實(shí)際應用中，氣象數據的更新頻率較高，且更新時(shí)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(fā)送變化時(shí)，自動(dòng)更新一個(gè)很小的版本文件，由于實(shí)際數據更新頻率遠低于檢測頻率，大部分情況下客戶(hù)端不需要下載詳細數據即可判定有無(wú)更新，從而減少數據傳輸量。

顯示屏節目發(fā)送:顯示屏節目發(fā)送主要包括節目合成、節目發(fā)送、發(fā)布結果反饋。其中節目合成是在接收到較新的氣象數據之后，系統根據所選擇的模版將較新的氣象數據以及自主發(fā)布的信息內容合成完整的節目文件。節目發(fā)送是調用顯示屏控制卡發(fā)布接口進(jìn)行發(fā)布的。發(fā)布結果反饋是系統在每次發(fā)布節目之后調用服務(wù)器WebService將發(fā)布結果進(jìn)行反饋至服務(wù)器存儲，記錄每一次節目發(fā)布的時(shí)間、發(fā)布內容、發(fā)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(jìn)行屏幕的開(kāi)、關(guān)、節目刪除清空等操作。在關(guān)屏、刪節目等影響較大的操作時(shí)可同時(shí)發(fā)送短信給顯示屏的管理人員，確保溝通順暢。

3LED公共顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送系統建設過(guò)程中雖然涉及到平臺，產(chǎn)品庫和接收軟件，但在建設過(guò)程中我們發(fā)現，關(guān)鍵的技術(shù)點(diǎn)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(gè)方面。

3．1顯示屏控制卡接口集成

由于各類(lèi)型的控制卡的接入方式以及節目發(fā)布方式差異，導致了需要對各類(lèi)型的控制卡進(jìn)行定制開(kāi)發(fā)。

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(jìn)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(dòng)發(fā)送包含的環(huán)節多，相應的出現問(wèn)題的概率也大，從全局來(lái)說(shuō)，幾乎是不可避免，如何確保系統的可靠性，特別是局部問(wèn)題不能影響全局系統的正常運行，出現問(wèn)題能在可以控制的時(shí)間內得到解決，就成為關(guān)鍵之一。

武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送系統自2015年5月開(kāi)始建設，2015年9月投入試應用，試應用期間，首先將武漢區500余塊社區LED顯示屏納入管理，在突發(fā)強對流氣象服務(wù)、國慶氣象服務(wù)和春節黃金周氣象服務(wù)中成為方便社會(huì )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(shí)時(shí)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(wàn)余塊社會(huì )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“較后一公里”的問(wèn)題。武漢LED顯示屏氣象信息自動(dòng)發(fā)送系統相較于以前氣象部門(mén)自購顯示屏等硬件、自建專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )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(kāi)展公共氣象服務(wù)的一種方式。但由于公共顯示屏設備型號多樣，使用時(shí)間長(cháng)短不一，項目前期摸底調查時(shí)間較長(cháng)，后期建設過(guò)程中，LED公共顯示屏網(wǎng)絡(luò )安全設定、設備維護人員培訓等需注意。