基于CDMA的气象显示屏实时信息服务系统①

曾台盛， 温继昌

(1.泉州师范学院数学与计算机科学学院，福建泉州362000;2.泉州市气象局，福建泉州362000)

0 引言

利用先进的科技手段，为社会大众提供准确、及时的气象信息服务，是气象部门义不容辞的责任.随着社会经济生活的日益繁荣，社会公众以及各行业对气象信息服务的需求日益增加，特别是随着灾害性天气的频繁发生，公众对于气象信息产品的需求更多，如需要了解实时的雨量等天气实况、需要了解台风实时状况、需要了解天气预报和预警信息，各行业也迫切需要获得与自身行业具有针对性强的专业气象服务［5］;另外，随着通信技术和媒体的发展，社会公众以及各行业可以获取气象信息的手段更多，相应的对于获取气象信息的及时性的要求更高，除了广播、电视、报纸、手机短信之外，气象显示屏因其可在公共场所实时在线显示各种气象信息而成为当今气象信息服务的新“宠儿”.

1 气象显示屏现状分析

1.1 目前在用气象显示屏概况

气象显示屏现虽已成为气象服务新贵，但目前也存在着一定的问题，主要表现在自动化程度不高、气象信息产品不够丰富、以及缺乏社会用户的联动参与——社会用户也希望能通过气象显示屏发布相关信息.

1.1.1 单点固定格式气象显示屏

单点固定格式气象显示屏如图1所示，该显示屏虽然也有实时的天气实况等信息，但只能显示单点的实况信息(不能满足一些用户如防汛部门需要同时实时显示辖区内的多个乡镇雨量等气象信息的需求)，且界面的扩展性差，如下图产品，若要增加能见度、湿度、昨最高温度、昨累计雨量等信息就不行了;另外仅显示一行气象预报、预警信息，感官上对于气象信息的整体浏览不是那么直观.

图1 单点固定格式气象显示屏

图2 整屏单一内容气象显示屏

1.1.2 整屏单一内容气象显示屏

整屏单一内容气象显示屏如图2所示，该显示屏上所发布的气象信息产品少，目前国内气象显示屏所发布的信息主要局限在一天两次的天气预报和不定时的天气预警信息发送.

气象信息发布的自动化程度低也是问题之一，主要表现在发布的大部分气象信息采用手工录入［1－4］.这样，限制了气象信息的发布量，一整天一直仅显示天气预报显然过于单调，难以吸引公众的注意.由于采用的是手工输入发送方式，对于一些实时性强的气象信息，如每小时一次的台风实况、每十分钟更新一次的气象自动站实况，就不能自动发送提供，同时可扩展性差，无法进行更多的应用开发.

1.2 新型气象显示屏概况

新型气象显示屏如图3所示，显示屏的显示区域分为两个区域:上区由下往上滚动显示天气预报、台风实时信息，以及由各级用户利用互联网在任何地方编辑输入的灾害预警信息和各类通知公告;下区由右向左滚动显示指定的多个气象观测点的每十分钟天气实况.这些信息均由软件自动收集生成和自动发送.

图3 新型气象显示屏

图4 “泉州气象显示屏”系统网络拓扑结构图

2 新型气象显示屏简介

新型气象显示屏系统由硬件设备和软件平台组成.系统以电信CDMA无线网络为数据传输通道，通过无线数据通信传输模块DTU和显示控制器实现在显示屏上显示气象信息.系统结构与发送流程拓扑图如图4所示.

2.1 硬件设备

气象显示屏由气象显示屏屏体(LED屏)、显示屏控制卡和CDMA通信模块DTU组成.

2.1.1 气象显示屏体(LED屏)

气象显示屏屏体采用Ф3.75单基色室内显示屏，其主要技术指标见表1.

表1 气象显示屏主要技术指标

2.1.2 显示屏控制卡

显示屏控制卡采用型号为SCL2008－N的LED显示屏控制器，其主要技术指标如下:

控制范围:4032×128，2048×256，1024×512，2048 ×128，1024 ×256，512 ×512.

扫描模式:1/16扫描、1/8扫描、1/4扫描、1/2扫描和静态等各类LED驱动.

通讯方式:RS232/10M以太网.

串口 通 讯 速 率:2400、4800、9600、19200、38400、57600 和115200

存储容量:FAT16管理的至少4M字节FLASH非易失性内存和4M字节RAM易失性内存，可外扩256M的SD卡.

工作温度:－10℃至+70℃

工作电源:+5V±0.2V，峰值电流650mA，工作电流400mA.

2.1.3 CDMA无线通信模块DTU

CDMA无线通信模块实现即插即用串口到显示屏控制卡串口的透传.用户采集到的数据通过CDMA和Internet传输到数据中心 mServer，配合mServer软件虚拟串口功能，就可以轻松对串口设备进行远程采集和控制，如图5所示.

图5 DTU远程采集和控制系统结构图

2.2 软件平台

软件平台由四部分组成:气象信息自动生成平台、基于互联网的用户分级与显示屏管理平台、基于互联网的信息发布平台、无线通信的信息自动发送平台，如图6所示.

图6 系统功能结构图

3 气象信息自动生成平台

从前面了解到我们把气象显示屏分成上下两部分显示区域，即上区是由下向上滚动显示“天气预报”、“台风实时信息”、“天气预警”、“信息通告”、“用户信息”五部分内容，所对应的信箱号分别是:12，19，20，21，61，下区由右向左滚动显示“各自动气象观测站每十分钟的实况信息”.

因此气象信息自动生成平台将定时自动判断数据库中天气预报产品、台风实时位置信息、天气预警、天气实况信息及各类通知公告所对应的数据表是否有数据更新，如果数据表有更新，则根据规则生成临时文件，天气实况信息文件命名规则为“区域自动站名.TXT”，其余信息文件的命名规则为:“N分组名X信箱号.TXT”.

3.1 天气预报(12信箱)

该模块将根据预先设定的定时时间去扫描数据库中“天气预报产品”的数据表，当数据有更新时，根据发布区域编码配置文件生成对应的天气预报文本文件，如:鲤城“qz00”所要发布的天气预报产品将生成文件名为“N00X12.TXT”.

3.2 台风实时位置信息(19信箱)

该模块将根据预先设定的定时时间去扫描数据库中“台风实时位置”的数据表，当数据有更新时，根据发布区域编码配置文件生成台风实时信息的文本，如:鲤城“qz00”所要发布的天气预报产品将生成文件名为“N00X19.TXT”.

3.3 天气预警信息、信息通告、用户信息(20、21、61信箱)

该模块将根据预先设定的定时时间去扫描数据库中“天气预警信息”的数据表，当数据有更新时，系统从“天气预警信息”与“各类信息通告”数据表中读取分组名，信箱号，信息内容，并把信息内容输出到TXT文件中，文件命名规则为:“N分组名X信箱号.TXT”，如:鲤城“qz00”发布天气预警信息(信箱号为20)后，系统将把数据表中对应的信息输出后生成文件名为“N00X20.TXT”，分组名为“qz00lc00”发布用户信息(信箱号为61)后，系统将从数据表中对应的信息输出后生成文件名为“N0000X61.TXT”.

3.4 天气实况信息

可根据需要选择显示屏所在区域周边的一个或多个自动气象观测站的每十分钟实况数据，将自动气象观测站的各个气象要素进行实况的组合输出.输出内容包含有时间，地点，组合的气象要素值(如:温度、湿度、雨量、风力风向等).单个站的天气实况信息保存为“自动气象观测站站名.TXT”.

3.5 气象信息汇总

根据显示屏的各信息收集模块生成了以各自信箱号命名的“.TXT”文件，根据显示屏的上下显示模式，我们将显示屏上下显示的两部分内容分为以下两个文件进行发送:1)“N分组号X00.TXT”，文件内容发布到显示屏的上区，2)“N分组号X01.TXT”，文件内容发布到显示屏的下区.

在气象信息自动生成平台中定时将“天气预报”、“台风实时信息”、“天气预警”、“信息通告”、“用户信息”五部分内容汇总到“N分组号X00.TXT”和“N分组号X01.TXT”两个文本文件中.

4 基于互联网的用户分级与显示屏管理平台

4.1 用户分级管理

用户分级管理规则:依实际情况，用户分为省级用户、地区级用户、县(市)级用户，镇级用户、村(小区)级用户或单屏级用户.所设计的用户含管理用户(省级、地区级用户)、灾害预警信息发布用户(县级用户)、各类通知公告发布用户(县、乡、镇、村、小区级用户).为避免信息间的相互覆盖，设计各级用户有一个或多个不同编码的操作信箱(信箱编码定为2位数字).

管理用户为系统的最高级别用户，权限包含了地理区域的编码管理，显示屏的添加、删除管理，以及发布用户的添加管理.系统设计管理用户只有2位字母暨地区的前两位缩写，如福州为“fz”，泉州为“qz”.

地理区域的编码管理为整个系统最关键的地方，由区域编码我们可以对显示屏进行编码，可以对属于不同区域的显示屏进行分组，可以对不同分组的显示屏进行不同信息的发布.区域编码使用a～z，0～9等36个字符进行编码，总共为12位.前两位为管理用户;3、4位为县级代码;5、6位为县的名字缩写;7、8位为乡镇代码;9，10位为乡镇缩写;11，12位为村、小区代码.

在管理用户生成时，必须同时规定该管理用户可进行编组的3、4位编码范围，如用户“qz”管理“00”～“29”，用户“fz”管理“30”～“59”，理论上总共可以有36*36=1296个的县级用户可以录入预警信息.例如:qz00即代表鲤城，依次对所属区域的组别进行设置.

4.2 显示屏管理平台

对每个新产生的显示屏都应在显示屏管理平台上进行添加，显示屏的添加操作包含显示屏的编码和显示屏的分组，并根据分组信息生成该显示屏的操作用户.

显示屏添加时先要选择显示屏所在的区域，若该乡镇、社区不在可选范围内，必须先对乡镇和社区名进行添加.选择完将直接自动生成15位的显示屏屏号，即“12位区域编码”+“3位数字编码”，“3位数字编码”由数据库中本区域内已有显示屏编码自动加 1生成.如:数据库中已编了“qz00lc00jn01001”，则下一块屏就为“qz00lc00jn01002”，说明在qz00lc00jn01区域内有两块显示屏，即001和002.

在对显示屏进行编码时，显示屏属于哪个组也随之被确定，如编号为“qz00lc00jn01001”的显示屏只能属于“qz00”(县级分组)、“qz00lc00”(乡镇级分组)、“qz00lc00jn01”(村、小区级分组)、“qz00lc00jn01001”(单屏级分组)等四个组，从中选择一个作为显示屏的分组，并根据分组码创建这个屏的管理用户，该管理用户即可根据权限将信息发布到这个屏上.

图7 服务器端软件

图8 客户端软件

无论选择哪个组，灾害预警信息发布用户——“qz00”为必须生成的(数据库中已存在该用户时不生成，操作信箱为20).另外还需生成与分组代码相同的用户，用于发布各类“信息公告”，其操作信箱为21.当然，当选择的分组为县级分组，该分组操作信箱就有两个，暨20和21.

同时在“显示屏添加”中还应输入该显示屏的通信模块(DTU)的编号、CDMA手机卡号及相应的安装地点和备注信息，系统将把显示屏的完整信息存入数据库中.

5 基于互联网的信息发布平台

基于互联网的信息发布平台包括两部分:天气预警信息录入模块与各类通知公告录入模块.从前面了解到我们把气象显示屏分成上下两部分显示区域，即上区是由下向上滚动显示“天气预报”、“台风实时信息”、“天气预警”、“信息通告”、“用户信息”五部分内容，其中“天气预报”和“台风实时信息”属于相对固定的内容，由程序到数据库中对应的数据表自动调取，而“天气预警”、“信息通告”、“用户信息”则属于相对灵活、多变的信息，所以应该由用户根据实际情况进行及时发布.

5.1 天气预警信息录入模块(20信箱)

根据用户分级与显示屏管理平台对显示屏进行分级管理和确定分组后，即获得该分组的用户名和密码.各分组用户在任何地方都可通过互联网登陆该模块，进行天气预警信息的录入，提交后系统自动将用户录入的预警信息编入数据库相对应的数据表中，并记录该条信息为20号信箱信息.

5.2 各类通知公告录入模块(21、61信箱)

同样，根据用户分级与显示屏管理平台对显示屏进行分级管理和确定分组后，即获得该分组的用户名和密码.各分组用户在任何地方都可通过互联网登陆该模块，进行“信息通告(21信箱)”、“用户信息(61信箱)”的录入，提交后系统自动将用户录入的各类通知公告编入数据库相对应的数据表中，并记录该条信息为21号信箱或者61号信箱的信息.

此平台采用B/S架构，各级用户可以在任何地方通过互联网进行相应权限的信息发布，大大提高了LED信息发布的互动性，让用户轻松的参与到LED信息的发布，丰富了显示屏的内容.

6 无线通信的信息自动发送平台

该平台是借助于电信的CDMA网络来实现信息的自动发送，此平台包含:服务器端和客户端两部分.

6.1 服务器端

首先，显示屏内置电信CDMA的通讯模块(以下简称DTU)，在DTU中可以设置远端数据中心的IP地址，连接的服务端口，传输速率等相关信息.只要DTU上电，并插上相应的CDMA数据卡，就可以一直实时在线，当发布中心在对应的服务端口进行侦听，该DTU就能与数据中心进行连接.

其次，需在一台具备固定公网ip地址的服务器上布设Server服务端软件做为数据中心，其通过Internet与各个显示屏上的DTU进行联络，通过预设的通信端口建立一条独有的通道.

Server服务端软件负责监控各显示屏的在线情况，根据通信模块DTU的IEMI编号和地址建立一张DTU通信地址表.

6.2 客户端

客户端即信息自动发送平台，气象信息自动生成平台生成的“N分组号X00.TXT”和“N分组号X01.TXT”两个文件后通过预设的端口给客户端发送一个启动指令，客户端收到启动指令后将“N分组号 X00.TXT”和“N 分组号 X01.TXT”两个文件打包成显示屏控制卡所能识别的“N分组号X00.dat”和“N分组号X01.dat”并通过服务端发送到控制卡的内存上，进行显示.

同时客户端具有监控的功能，从服务端获取相应的信息，能监控各显示屏是否在线、数据是否正常发送、发送记录查询等.

在客户端中，可灵活设置服务器端口和所发送信息的文件路径;对显示屏的分组进行增加与修改，使之与所设置的显示屏相对应.

7 结束语

本文主要研究基于CDMA的气象显示屏实时信息发布系统，系统可满足用户实时、直观了解所需气象信息的需求.该系统具备如下特点:1.实时性强、自动化程度高，整个发布过程无需人工干涉;2.信息发布的灵活性强，可自由增减发布信息栏目，可选择显示任意的气象要素;3.发送成本低，以数据流量计费，每月只需50M;4.组网规模大、扩展性强、安装方便;5.保密性、安全性强，实现用户分级分组管理，确保系统安全可靠.本系统成本低，应用灵活，具有良好的通用性和可靠性，操作简单，具有较高的应用价值.

［1］李迎春，张佑生.GSM短消息在无线数据采集与监控中的应用［J］.计算机工程与应用，2004，(03):213－215.

［2］申屠南瑛，裘国华，夏哲雷，金宁.远程分布式多LED显示屏控制系统研究［J］.中国计量学院学报，2005，(01):47－50.

［3］杨保亮，罗冠鑫，张翼.基于GPRS的大屏幕LED显示系统的设计和实现［J］.微型机与应用，2011，(19):91－94.

［4］李彬，任波.基于无线通讯的LED大屏幕显示系统的实现与设计.工业控制计算机，2007，(3):8 －10.

［5］张加春.雨量自动采集与Web图像制作技术［J］.气象科技，2009，(1):119 －121.