為滿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(zāi)減災(zāi)、城市建設(shè)等方面應(yīng)有的積很作用，武漢氣象局早在2004年就在主要景點主要街道建立了氣象預(yù)報LED顯示屏，2009年在各主要社區(qū)、街道建設(shè)了400余塊多媒體氣象顯示屏，但相對于武漢全市3000多個社區(qū)、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(tǒng)一、不規(guī)范、更新不及時、信息不實用、無法統(tǒng)一發(fā)布管理等問題。為了解決這些問題，把權(quán)威、及時、準(zhǔn)確、實用的氣象預(yù)報預(yù)警信息更好傳播，武漢氣象局在2015年開始LED公共顯示屏氣象信息自動發(fā)送系統(tǒng)建設(shè)。

1武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送的建設(shè)思路

1．1武漢LED顯示屏的基本構(gòu)成和系統(tǒng)自動控制開發(fā)考慮

通常一套可獨立工作的LED屏顯示系統(tǒng)可分為:屏體(LED顯示陣列和LED顯示屏體)、LED控制卡(內(nèi)容產(chǎn)生控制)、傳輸通道、內(nèi)容編輯控制器4部分(圖1)。屏體可有多種規(guī)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(nèi)容編輯器產(chǎn)生的文字、圖像等信息，經(jīng)過內(nèi)部處理，轉(zhuǎn)換成屏幕點陣信號，通過08/12接口驅(qū)動屏體。內(nèi)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(nèi)容編輯控制器組成了LED屏的內(nèi)容驅(qū)動部分。驅(qū)動模式總體分為同步和異步兩大類，同步是作為一臺標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動屏幕，不需要始終連接內(nèi)容產(chǎn)生設(shè)備。

從系統(tǒng)自動控制的二次開發(fā)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(fā)軟件包、人工操作軟件4個接入點。屏體接口使用標(biāo)準(zhǔn)電信號，沒有技術(shù)門檻，但接口連接復(fù)雜，改造施工麻煩;控制卡通訊口沒有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，具體協(xié)議可能公開也可能保密，存在一定技術(shù)門欄;二次開發(fā)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(shè)計，可以通過一定技術(shù)手段實現(xiàn)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(fù)雜的效驗碼等防機器人手段，直接就是公開協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口。

1．2武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送技術(shù)規(guī)劃

因武漢LED顯示屏，屏幕的尺寸、廠家等差異很大，要實現(xiàn)氣象信息的接入，首先就是要在一定的層次上實現(xiàn)統(tǒng)一的LED發(fā)送支持接口，實現(xiàn)內(nèi)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(yīng)的協(xié)議或API，即可采用純軟件手段實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(nèi)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(fā)送操作平臺，才能實現(xiàn)自動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(nèi)容和自動氣象內(nèi)容將相互沖突，只保留較后一個。

在整個LED系統(tǒng)中，在屏體不換這個前提下，更換控制卡、內(nèi)容傳輸通道、內(nèi)容編輯控制器均可以實現(xiàn)控制方式的統(tǒng)一，不同環(huán)節(jié)的實現(xiàn)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(xiàn)實通訊協(xié)議及上層應(yīng)用的統(tǒng)一。但由于物理屏體尺寸差異大，控制卡所需的驅(qū)動接口規(guī)格都有差異，實際改造實施較為復(fù)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。

保留LED控制卡，統(tǒng)一進行通訊方式改造，主要是針對僅支持本地串口和網(wǎng)絡(luò)的卡，通過配置相對低成本的改造模塊，調(diào)整為支持遠程更新的卡，如短信或GPＲS卡，在此基礎(chǔ)上通過中間件來適應(yīng)不同控制卡協(xié)議的差別，可在統(tǒng)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)議通常是不公開的，還需要配置專門的硬件設(shè)備，存在一定設(shè)備投資。

保留LED控制卡和原有的基礎(chǔ)傳輸通道，利用其提供的API或通訊協(xié)議開發(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接收發(fā)布軟件，實現(xiàn)統(tǒng)一的上層接口，通過有線互聯(lián)網(wǎng)等方式與氣象局連接。這種方式不需要配置專門的硬件設(shè)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，如果電腦非專用，也存在一點軟件破壞風(fēng)險。

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(nèi)容發(fā)送應(yīng)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(fā)送通道來說，互聯(lián)網(wǎng)方式更為適合。

武漢現(xiàn)有LED公共顯示屏數(shù)量大，相當(dāng)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(chǔ)傳輸通道，利用其提供的API或通訊協(xié)議開發(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接收發(fā)布軟件，實現(xiàn)統(tǒng)一的上層接口通過有線互聯(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推送工作模式設(shè)想

根據(jù)技術(shù)規(guī)劃，武漢LED顯示屏氣象信息自動推送工作模式設(shè)想如下。在武漢氣象局設(shè)置一個專門用于LED公共顯示屏氣象信息發(fā)布以及顯示屏狀態(tài)監(jiān)控信息的服務(wù)網(wǎng)站，并通過防火墻發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上;LED公共顯示屏通過局域網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng);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(tài)信息和更新信息;控制軟件定時連接武漢氣象局LED公共顯示屏氣象信息發(fā)布服務(wù)器，監(jiān)測預(yù)報信息等更新情況，一旦發(fā)現(xiàn)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(wǎng)內(nèi)任意一臺電腦，通過瀏覽器訪問氣象信息接收軟件信息發(fā)布Web頁面，設(shè)置自己需要發(fā)布的信息內(nèi)容，可在系統(tǒng)提供的若干節(jié)目布局、編排模式中直接選擇，不必完全手動編排;自動節(jié)目或人工節(jié)目如有變化，接收軟件自動將兩者合成為完整的節(jié)目數(shù)據(jù)，更新到LED上，實現(xiàn)節(jié)目的自動替換;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，用于實現(xiàn)對LED公共顯示屏基本狀態(tài)的監(jiān)視，終端通過定時監(jiān)測控制卡，實現(xiàn)對LED控制卡及屏幕狀態(tài)的監(jiān)視。

1．4LED顯示屏內(nèi)容組合模式設(shè)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(yè)務(wù)內(nèi)容組合:氣象數(shù)據(jù)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(jié)目內(nèi)容增加、更新等情況下，直接對氣象數(shù)據(jù)進行操作，實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的接入;在控制卡不支持局部節(jié)目內(nèi)容增加、更新的情況下，通過與本地發(fā)布節(jié)目合成為整體節(jié)目后再進行統(tǒng)一的發(fā)布更新，也能較終實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)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、寬參數(shù)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(yīng)屏幕大小實現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)接入。

2LED公共顯示屏氣象信息自動發(fā)送的建設(shè)內(nèi)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(fā)送的建設(shè)內(nèi)容主要涉及到:開發(fā)武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送系統(tǒng)軟件平臺;建設(shè)LED公共顯示屏的專用氣象產(chǎn)品庫;開發(fā)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(lián)網(wǎng)自動接收氣象預(yù)報預(yù)警等信息并在各終端部署3個方面。

2．1武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送系統(tǒng)軟件平臺

武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送軟件平臺是基于C/S與B/S混合架構(gòu)的，主要是在服務(wù)器段產(chǎn)生各類氣象信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲，并且在數(shù)據(jù)更新后及時將數(shù)據(jù)發(fā)送至各LED公共顯示屏，并獲取發(fā)送結(jié)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(shù)據(jù)存儲、產(chǎn)品發(fā)送服務(wù)和異常監(jiān)控報警3個方面功能。數(shù)據(jù)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(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(shù)據(jù)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，主要完成各類氣象數(shù)據(jù)的發(fā)布和記錄發(fā)布結(jié)果;氣象數(shù)據(jù)發(fā)布是指系統(tǒng)定時檢測數(shù)據(jù)更新，有數(shù)據(jù)更新，系統(tǒng)將更新的數(shù)據(jù)下發(fā)至各個LED公共顯示屏并且記錄發(fā)布結(jié)果，將結(jié)果一起存到中間數(shù)據(jù)庫進行存儲。異常監(jiān)控報警功能是實現(xiàn)LED公共顯示屏日常運行異常監(jiān)控，即每隔5min檢測LED公共顯示屏運行情況和氣象數(shù)據(jù)發(fā)布情況，該功能報警通過GIS疊加顯示系統(tǒng)彈框、短信等方式提醒。

監(jiān)控管理平臺:監(jiān)控平臺是指建設(shè)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(quán)限，并填寫LED公共顯示屏相關(guān)信息進行匹配，下載相應(yīng)的氣象數(shù)據(jù)接收軟件以及控制卡接口模塊，主要包括用戶管理、設(shè)備管理、運行監(jiān)控、手工發(fā)布、信息查詢統(tǒng)計等功能。

2．2建設(shè)LED公共顯示屏的專用氣象產(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，是一個內(nèi)容豐富且專門服務(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(jù)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(chǎn)品。

產(chǎn)品生成模塊:該模塊在數(shù)據(jù)采集傳輸服務(wù)的支持下，從武漢氣象局數(shù)據(jù)服務(wù)器中獲取不同數(shù)據(jù)格式的原始數(shù)據(jù)進行處理，生成LED顯示屏所需統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)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(nèi)容均接入數(shù)據(jù)應(yīng)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發(fā)程序的時候調(diào)用公共顯示屏的氣象產(chǎn)品，適合因各種原因?qū)е虏环奖慊虿辉敢鈿庀缶终隙中枰尤霘庀笮畔ED公共顯示屏，主要提供Jason、網(wǎng)頁數(shù)據(jù)等接口。

2．3開發(fā)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(lián)網(wǎng)接入的LED公共顯示屏所屬單位，能夠自動接收氣象數(shù)據(jù)服務(wù)器生成的氣象產(chǎn)品數(shù)據(jù)，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行組合，生成顯示屏可用的節(jié)目文件，調(diào)用顯示屏控制卡的發(fā)布接口進行節(jié)目的發(fā)送，并將發(fā)布結(jié)果反饋到服務(wù)器。軟件定義了顯示屏控制卡的節(jié)目數(shù)據(jù)發(fā)送、開關(guān)屏幕操作、狀態(tài)讀取等接口規(guī)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(tǒng)一的接口調(diào)用實現(xiàn)各個功能。

氣象數(shù)據(jù)接收:軟件通過定時讀取Web網(wǎng)頁數(shù)據(jù)抓取較新發(fā)布的氣象產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并將接收的氣象數(shù)據(jù)保存在本地，與本地存儲的數(shù)據(jù)進行對比，如果有更新，系統(tǒng)自動替換至本地化的臨時存儲數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中，氣象數(shù)據(jù)的更新頻率較高，且更新時間不定，為了保證數(shù)據(jù)更新的響應(yīng)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(shù)據(jù)發(fā)送變化時，自動更新一個很小的版本文件，由于實際數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)即可判定有無更新，從而減少數(shù)據(jù)傳輸量。

顯示屏節(jié)目發(fā)送:顯示屏節(jié)目發(fā)送主要包括節(jié)目合成、節(jié)目發(fā)送、發(fā)布結(jié)果反饋。其中節(jié)目合成是在接收到較新的氣象數(shù)據(jù)之后，系統(tǒng)根據(jù)所選擇的模版將較新的氣象數(shù)據(jù)以及自主發(fā)布的信息內(nèi)容合成完整的節(jié)目文件。節(jié)目發(fā)送是調(diào)用顯示屏控制卡發(fā)布接口進行發(fā)布的。發(fā)布結(jié)果反饋是系統(tǒng)在每次發(fā)布節(jié)目之后調(diào)用服務(wù)器WebService將發(fā)布結(jié)果進行反饋至服務(wù)器存儲，記錄每一次節(jié)目發(fā)布的時間、發(fā)布內(nèi)容、發(fā)布結(jié)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(guān)、節(jié)目刪除清空等操作。在關(guān)屏、刪節(jié)目等影響較大的操作時可同時發(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發(fā)送技術(shù)關(guān)鍵點

武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送系統(tǒng)建設(shè)過程中雖然涉及到平臺，產(chǎn)品庫和接收軟件，但在建設(shè)過程中我們發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵的技術(shù)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(yīng)和系統(tǒng)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(jié)目發(fā)布方式差異，導(dǎo)致了需要對各類型的控制卡進行定制開發(fā)。

3．2顯示屏顯示布局自適應(yīng)

為了能高效的完成部署和運行，系統(tǒng)軟件需要考慮進行顯示屏的界面自適應(yīng)控制。

3．3運行可靠性

LED公共顯示屏氣象信息自動發(fā)送包含的環(huán)節(jié)多，相應(yīng)的出現(xiàn)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(tǒng)的可靠性，特別是局部問題不能影響全局系統(tǒng)的正常運行，出現(xiàn)問題能在可以控制的時間內(nèi)得到解決，就成為關(guān)鍵之一。

武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送系統(tǒng)自2015年5月開始建設(shè)，2015年9月投入試應(yīng)用，試應(yīng)用期間，首先將武漢區(qū)500余塊社區(qū)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(jié)黃金周氣象服務(wù)中成為方便社會公眾快速獲取天氣預(yù)警信息、氣象災(zāi)害防御指引、氣象預(yù)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(tǒng)，很好的解決了氣象信息向基層群眾縱深傳遞“較后一公里”的問題。武漢LED顯示屏氣象信息自動發(fā)送系統(tǒng)相較于以前氣象部門自購顯示屏等硬件、自建專用網(wǎng)絡(luò)方式投入小、建設(shè)成本低、后期維護壓力小，是探索利用政府現(xiàn)有資源開展公共氣象服務(wù)的一種方式。但由于公共顯示屏設(shè)備型號多樣，使用時間長短不一，項目前期摸底調(diào)查時間較長，后期建設(shè)過程中，LED公共顯示屏網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)定、設(shè)備維護人員培訓(xùn)等需注意。