曾臺盛， 溫繼昌

(1.泉州師范學(xué)院數(shù)學(xué)與計算機(jī)科學(xué)學(xué)院，福建泉州362000;2.泉州市氣象局，福建泉州362000)

0 引言

利用先進(jìn)的科技手段，為社會大眾提供準(zhǔn)確、及時的氣象信息服務(wù)，是氣象部門義不容辭的責(zé)任.隨著社會經(jīng)濟(jì)生活的日益繁榮，社會公眾以及各行業(yè)對氣象信息服務(wù)的需求日益增加，特別是隨著災(zāi)害性天氣的頻繁發(fā)生，公眾對于氣象信息產(chǎn)品的需求更多，如需要了解實時的雨量等天氣實況、需要了解臺風(fēng)實時狀況、需要了解天氣預(yù)報和預(yù)警信息，各行業(yè)也迫切需要獲得與自身行業(yè)具有針對性強(qiáng)的專業(yè)氣象服務(wù)［5］;另外，隨著通信技術(shù)和媒體的發(fā)展，社會公眾以及各行業(yè)可以獲取氣象信息的手段更多，相應(yīng)的對于獲取氣象信息的及時性的要求更高，除了廣播、電視、報紙、手機(jī)短信之外，氣象顯示屏因其可在公共場所實時在線顯示各種氣象信息而成為當(dāng)今氣象信息服務(wù)的新“寵兒”.

1 氣象顯示屏現(xiàn)狀分析

1.1 目前在用氣象顯示屏概況

氣象顯示屏現(xiàn)雖已成為氣象服務(wù)新貴，但目前也存在著一定的問題，主要表現(xiàn)在自動化程度不高、氣象信息產(chǎn)品不夠豐富、以及缺乏社會用戶的聯(lián)動參與——社會用戶也希望能通過氣象顯示屏發(fā)布相關(guān)信息.

1.1.1 單點(diǎn)固定格式氣象顯示屏

單點(diǎn)固定格式氣象顯示屏如圖1所示，該顯示屏雖然也有實時的天氣實況等信息，但只能顯示單點(diǎn)的實況信息(不能滿足一些用戶如防汛部門需要同時實時顯示轄區(qū)內(nèi)的多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)雨量等氣象信息的需求)，且界面的擴(kuò)展性差，如下圖產(chǎn)品，若要增加能見度、濕度、昨最高溫度、昨累計雨量等信息就不行了;另外僅顯示一行氣象預(yù)報、預(yù)警信息，感官上對于氣象信息的整體瀏覽不是那么直觀.

圖1 單點(diǎn)固定格式氣象顯示屏

圖2 整屏單一內(nèi)容氣象顯示屏

1.1.2 整屏單一內(nèi)容氣象顯示屏

整屏單一內(nèi)容氣象顯示屏如圖2所示，該顯示屏上所發(fā)布的氣象信息產(chǎn)品少，目前國內(nèi)氣象顯示屏所發(fā)布的信息主要局限在一天兩次的天氣預(yù)報和不定時的天氣預(yù)警信息發(fā)送.

氣象信息發(fā)布的自動化程度低也是問題之一，主要表現(xiàn)在發(fā)布的大部分氣象信息采用手工錄入［1－4］.這樣，限制了氣象信息的發(fā)布量，一整天一直僅顯示天氣預(yù)報顯然過于單調(diào)，難以吸引公眾的注意.由于采用的是手工輸入發(fā)送方式，對于一些實時性強(qiáng)的氣象信息，如每小時一次的臺風(fēng)實況、每十分鐘更新一次的氣象自動站實況，就不能自動發(fā)送提供，同時可擴(kuò)展性差，無法進(jìn)行更多的應(yīng)用開發(fā).

1.2 新型氣象顯示屏概況

新型氣象顯示屏如圖3所示，顯示屏的顯示區(qū)域分為兩個區(qū)域:上區(qū)由下往上滾動顯示天氣預(yù)報、臺風(fēng)實時信息，以及由各級用戶利用互聯(lián)網(wǎng)在任何地方編輯輸入的災(zāi)害預(yù)警信息和各類通知公告;下區(qū)由右向左滾動顯示指定的多個氣象觀測點(diǎn)的每十分鐘天氣實況.這些信息均由軟件自動收集生成和自動發(fā)送.

圖3 新型氣象顯示屏

圖4 “泉州氣象顯示屏”系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 新型氣象顯示屏簡介

新型氣象顯示屏系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件平臺組成.系統(tǒng)以電信CDMA無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸通道，通過無線數(shù)據(jù)通信傳輸模塊DTU和顯示控制器實現(xiàn)在顯示屏上顯示氣象信息.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與發(fā)送流程拓?fù)鋱D如圖4所示.

2.1 硬件設(shè)備

氣象顯示屏由氣象顯示屏屏體(LED屏)、顯示屏控制卡和CDMA通信模塊DTU組成.

2.1.1 氣象顯示屏體(LED屏)

氣象顯示屏屏體采用Ф3.75單基色室內(nèi)顯示屏，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1.

表1 氣象顯示屏主要技術(shù)指標(biāo)

2.1.2 顯示屏控制卡

顯示屏控制卡采用型號為SCL2008－N的LED顯示屏控制器，其主要技術(shù)指標(biāo)如下:

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

掃描模式:1/16掃描、1/8掃描、1/4掃描、1/2掃描和靜態(tài)等各類LED驅(qū)動.

通訊方式:RS232/10M以太網(wǎng).

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

存儲容量:FAT16管理的至少4M字節(jié)FLASH非易失性內(nèi)存和4M字節(jié)RAM易失性內(nèi)存，可外擴(kuò)256M的SD卡.

工作溫度:－10℃至+70℃

工作電源:+5V±0.2V，峰值電流650mA，工作電流400mA.

2.1.3 CDMA無線通信模塊DTU

CDMA無線通信模塊實現(xiàn)即插即用串口到顯示屏控制卡串口的透傳.用戶采集到的數(shù)據(jù)通過CDMA和Internet傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心 mServer，配合mServer軟件虛擬串口功能，就可以輕松對串口設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程采集和控制，如圖5所示.

圖5 DTU遠(yuǎn)程采集和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 軟件平臺

軟件平臺由四部分組成:氣象信息自動生成平臺、基于互聯(lián)網(wǎng)的用戶分級與顯示屏管理平臺、基于互聯(lián)網(wǎng)的信息發(fā)布平臺、無線通信的信息自動發(fā)送平臺，如圖6所示.

圖6 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3 氣象信息自動生成平臺

從前面了解到我們把氣象顯示屏分成上下兩部分顯示區(qū)域，即上區(qū)是由下向上滾動顯示“天氣預(yù)報”、“臺風(fēng)實時信息”、“天氣預(yù)警”、“信息通告”、“用戶信息”五部分內(nèi)容，所對應(yīng)的信箱號分別是:12，19，20，21，61，下區(qū)由右向左滾動顯示“各自動氣象觀測站每十分鐘的實況信息”.

因此氣象信息自動生成平臺將定時自動判斷數(shù)據(jù)庫中天氣預(yù)報產(chǎn)品、臺風(fēng)實時位置信息、天氣預(yù)警、天氣實況信息及各類通知公告所對應(yīng)的數(shù)據(jù)表是否有數(shù)據(jù)更新，如果數(shù)據(jù)表有更新，則根據(jù)規(guī)則生成臨時文件，天氣實況信息文件命名規(guī)則為“區(qū)域自動站名.TXT”，其余信息文件的命名規(guī)則為:“N分組名X信箱號.TXT”.

3.1 天氣預(yù)報(12信箱)

該模塊將根據(jù)預(yù)先設(shè)定的定時時間去掃描數(shù)據(jù)庫中“天氣預(yù)報產(chǎn)品”的數(shù)據(jù)表，當(dāng)數(shù)據(jù)有更新時，根據(jù)發(fā)布區(qū)域編碼配置文件生成對應(yīng)的天氣預(yù)報文本文件，如:鯉城“qz00”所要發(fā)布的天氣預(yù)報產(chǎn)品將生成文件名為“N00X12.TXT”.

3.2 臺風(fēng)實時位置信息(19信箱)

該模塊將根據(jù)預(yù)先設(shè)定的定時時間去掃描數(shù)據(jù)庫中“臺風(fēng)實時位置”的數(shù)據(jù)表，當(dāng)數(shù)據(jù)有更新時，根據(jù)發(fā)布區(qū)域編碼配置文件生成臺風(fēng)實時信息的文本，如:鯉城“qz00”所要發(fā)布的天氣預(yù)報產(chǎn)品將生成文件名為“N00X19.TXT”.

3.3 天氣預(yù)警信息、信息通告、用戶信息(20、21、61信箱)

該模塊將根據(jù)預(yù)先設(shè)定的定時時間去掃描數(shù)據(jù)庫中“天氣預(yù)警信息”的數(shù)據(jù)表，當(dāng)數(shù)據(jù)有更新時，系統(tǒng)從“天氣預(yù)警信息”與“各類信息通告”數(shù)據(jù)表中讀取分組名，信箱號，信息內(nèi)容，并把信息內(nèi)容輸出到TXT文件中，文件命名規(guī)則為:“N分組名X信箱號.TXT”，如:鯉城“qz00”發(fā)布天氣預(yù)警信息(信箱號為20)后，系統(tǒng)將把數(shù)據(jù)表中對應(yīng)的信息輸出后生成文件名為“N00X20.TXT”，分組名為“qz00lc00”發(fā)布用戶信息(信箱號為61)后，系統(tǒng)將從數(shù)據(jù)表中對應(yīng)的信息輸出后生成文件名為“N0000X61.TXT”.

3.4 天氣實況信息

可根據(jù)需要選擇顯示屏所在區(qū)域周邊的一個或多個自動氣象觀測站的每十分鐘實況數(shù)據(jù)，將自動氣象觀測站的各個氣象要素進(jìn)行實況的組合輸出.輸出內(nèi)容包含有時間，地點(diǎn)，組合的氣象要素值(如:溫度、濕度、雨量、風(fēng)力風(fēng)向等).單個站的天氣實況信息保存為“自動氣象觀測站站名.TXT”.

3.5 氣象信息匯總

根據(jù)顯示屏的各信息收集模塊生成了以各自信箱號命名的“.TXT”文件，根據(jù)顯示屏的上下顯示模式，我們將顯示屏上下顯示的兩部分內(nèi)容分為以下兩個文件進(jìn)行發(fā)送:1)“N分組號X00.TXT”，文件內(nèi)容發(fā)布到顯示屏的上區(qū)，2)“N分組號X01.TXT”，文件內(nèi)容發(fā)布到顯示屏的下區(qū).

在氣象信息自動生成平臺中定時將“天氣預(yù)報”、“臺風(fēng)實時信息”、“天氣預(yù)警”、“信息通告”、“用戶信息”五部分內(nèi)容匯總到“N分組號X00.TXT”和“N分組號X01.TXT”兩個文本文件中.

4 基于互聯(lián)網(wǎng)的用戶分級與顯示屏管理平臺

4.1 用戶分級管理

用戶分級管理規(guī)則:依實際情況，用戶分為省級用戶、地區(qū)級用戶、縣(市)級用戶，鎮(zhèn)級用戶、村(小區(qū))級用戶或單屏級用戶.所設(shè)計的用戶含管理用戶(省級、地區(qū)級用戶)、災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布用戶(縣級用戶)、各類通知公告發(fā)布用戶(縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村、小區(qū)級用戶).為避免信息間的相互覆蓋，設(shè)計各級用戶有一個或多個不同編碼的操作信箱(信箱編碼定為2位數(shù)字).

管理用戶為系統(tǒng)的最高級別用戶，權(quán)限包含了地理區(qū)域的編碼管理，顯示屏的添加、刪除管理，以及發(fā)布用戶的添加管理.系統(tǒng)設(shè)計管理用戶只有2位字母暨地區(qū)的前兩位縮寫，如福州為“fz”，泉州為“qz”.

地理區(qū)域的編碼管理為整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的地方，由區(qū)域編碼我們可以對顯示屏進(jìn)行編碼，可以對屬于不同區(qū)域的顯示屏進(jìn)行分組，可以對不同分組的顯示屏進(jìn)行不同信息的發(fā)布.區(qū)域編碼使用a～z，0～9等36個字符進(jìn)行編碼，總共為12位.前兩位為管理用戶;3、4位為縣級代碼;5、6位為縣的名字縮寫;7、8位為鄉(xiāng)鎮(zhèn)代碼;9，10位為鄉(xiāng)鎮(zhèn)縮寫;11，12位為村、小區(qū)代碼.

在管理用戶生成時，必須同時規(guī)定該管理用戶可進(jìn)行編組的3、4位編碼范圍，如用戶“qz”管理“00”～“29”，用戶“fz”管理“30”～“59”，理論上總共可以有36*36=1296個的縣級用戶可以錄入預(yù)警信息.例如:qz00即代表鯉城，依次對所屬區(qū)域的組別進(jìn)行設(shè)置.

4.2 顯示屏管理平臺

對每個新產(chǎn)生的顯示屏都應(yīng)在顯示屏管理平臺上進(jìn)行添加，顯示屏的添加操作包含顯示屏的編碼和顯示屏的分組，并根據(jù)分組信息生成該顯示屏的操作用戶.

顯示屏添加時先要選擇顯示屏所在的區(qū)域，若該鄉(xiāng)鎮(zhèn)、社區(qū)不在可選范圍內(nèi)，必須先對鄉(xiāng)鎮(zhèn)和社區(qū)名進(jìn)行添加.選擇完將直接自動生成15位的顯示屏屏號，即“12位區(qū)域編碼”+“3位數(shù)字編碼”，“3位數(shù)字編碼”由數(shù)據(jù)庫中本區(qū)域內(nèi)已有顯示屏編碼自動加 1生成.如:數(shù)據(jù)庫中已編了“qz00lc00jn01001”，則下一塊屏就為“qz00lc00jn01002”，說明在qz00lc00jn01區(qū)域內(nèi)有兩塊顯示屏，即001和002.

在對顯示屏進(jìn)行編碼時，顯示屏屬于哪個組也隨之被確定，如編號為“qz00lc00jn01001”的顯示屏只能屬于“qz00”(縣級分組)、“qz00lc00”(鄉(xiāng)鎮(zhèn)級分組)、“qz00lc00jn01”(村、小區(qū)級分組)、“qz00lc00jn01001”(單屏級分組)等四個組，從中選擇一個作為顯示屏的分組，并根據(jù)分組碼創(chuàng)建這個屏的管理用戶，該管理用戶即可根據(jù)權(quán)限將信息發(fā)布到這個屏上.

圖7 服務(wù)器端軟件

圖8 客戶端軟件

無論選擇哪個組，災(zāi)害預(yù)警信息發(fā)布用戶——“qz00”為必須生成的(數(shù)據(jù)庫中已存在該用戶時不生成，操作信箱為20).另外還需生成與分組代碼相同的用戶，用于發(fā)布各類“信息公告”，其操作信箱為21.當(dāng)然，當(dāng)選擇的分組為縣級分組，該分組操作信箱就有兩個，暨20和21.

同時在“顯示屏添加”中還應(yīng)輸入該顯示屏的通信模塊(DTU)的編號、CDMA手機(jī)卡號及相應(yīng)的安裝地點(diǎn)和備注信息，系統(tǒng)將把顯示屏的完整信息存入數(shù)據(jù)庫中.

5 基于互聯(lián)網(wǎng)的信息發(fā)布平臺

基于互聯(lián)網(wǎng)的信息發(fā)布平臺包括兩部分:天氣預(yù)警信息錄入模塊與各類通知公告錄入模塊.從前面了解到我們把氣象顯示屏分成上下兩部分顯示區(qū)域，即上區(qū)是由下向上滾動顯示“天氣預(yù)報”、“臺風(fēng)實時信息”、“天氣預(yù)警”、“信息通告”、“用戶信息”五部分內(nèi)容，其中“天氣預(yù)報”和“臺風(fēng)實時信息”屬于相對固定的內(nèi)容，由程序到數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的數(shù)據(jù)表自動調(diào)取，而“天氣預(yù)警”、“信息通告”、“用戶信息”則屬于相對靈活、多變的信息，所以應(yīng)該由用戶根據(jù)實際情況進(jìn)行及時發(fā)布.

5.1 天氣預(yù)警信息錄入模塊(20信箱)

根據(jù)用戶分級與顯示屏管理平臺對顯示屏進(jìn)行分級管理和確定分組后，即獲得該分組的用戶名和密碼.各分組用戶在任何地方都可通過互聯(lián)網(wǎng)登陸該模塊，進(jìn)行天氣預(yù)警信息的錄入，提交后系統(tǒng)自動將用戶錄入的預(yù)警信息編入數(shù)據(jù)庫相對應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，并記錄該條信息為20號信箱信息.

5.2 各類通知公告錄入模塊(21、61信箱)

同樣，根據(jù)用戶分級與顯示屏管理平臺對顯示屏進(jìn)行分級管理和確定分組后，即獲得該分組的用戶名和密碼.各分組用戶在任何地方都可通過互聯(lián)網(wǎng)登陸該模塊，進(jìn)行“信息通告(21信箱)”、“用戶信息(61信箱)”的錄入，提交后系統(tǒng)自動將用戶錄入的各類通知公告編入數(shù)據(jù)庫相對應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，并記錄該條信息為21號信箱或者61號信箱的信息.

此平臺采用B/S架構(gòu)，各級用戶可以在任何地方通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限的信息發(fā)布，大大提高了LED信息發(fā)布的互動性，讓用戶輕松的參與到LED信息的發(fā)布，豐富了顯示屏的內(nèi)容.

6 無線通信的信息自動發(fā)送平臺

該平臺是借助于電信的CDMA網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)信息的自動發(fā)送，此平臺包含:服務(wù)器端和客戶端兩部分.

6.1 服務(wù)器端

首先，顯示屏內(nèi)置電信CDMA的通訊模塊(以下簡稱DTU)，在DTU中可以設(shè)置遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心的IP地址，連接的服務(wù)端口，傳輸速率等相關(guān)信息.只要DTU上電，并插上相應(yīng)的CDMA數(shù)據(jù)卡，就可以一直實時在線，當(dāng)發(fā)布中心在對應(yīng)的服務(wù)端口進(jìn)行偵聽，該DTU就能與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行連接.

其次，需在一臺具備固定公網(wǎng)ip地址的服務(wù)器上布設(shè)Server服務(wù)端軟件做為數(shù)據(jù)中心，其通過Internet與各個顯示屏上的DTU進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，通過預(yù)設(shè)的通信端口建立一條獨(dú)有的通道.

Server服務(wù)端軟件負(fù)責(zé)監(jiān)控各顯示屏的在線情況，根據(jù)通信模塊DTU的IEMI編號和地址建立一張DTU通信地址表.

6.2 客戶端

客戶端即信息自動發(fā)送平臺，氣象信息自動生成平臺生成的“N分組號X00.TXT”和“N分組號X01.TXT”兩個文件后通過預(yù)設(shè)的端口給客戶端發(fā)送一個啟動指令，客戶端收到啟動指令后將“N分組號 X00.TXT”和“N 分組號 X01.TXT”兩個文件打包成顯示屏控制卡所能識別的“N分組號X00.dat”和“N分組號X01.dat”并通過服務(wù)端發(fā)送到控制卡的內(nèi)存上，進(jìn)行顯示.

同時客戶端具有監(jiān)控的功能，從服務(wù)端獲取相應(yīng)的信息，能監(jiān)控各顯示屏是否在線、數(shù)據(jù)是否正常發(fā)送、發(fā)送記錄查詢等.

在客戶端中，可靈活設(shè)置服務(wù)器端口和所發(fā)送信息的文件路徑;對顯示屏的分組進(jìn)行增加與修改，使之與所設(shè)置的顯示屏相對應(yīng).

7 結(jié)束語

本文主要研究基于CDMA的氣象顯示屏實時信息發(fā)布系統(tǒng)，系統(tǒng)可滿足用戶實時、直觀了解所需氣象信息的需求.該系統(tǒng)具備如下特點(diǎn):1.實時性強(qiáng)、自動化程度高，整個發(fā)布過程無需人工干涉;2.信息發(fā)布的靈活性強(qiáng)，可自由增減發(fā)布信息欄目，可選擇顯示任意的氣象要素;3.發(fā)送成本低，以數(shù)據(jù)流量計費(fèi)，每月只需50M;4.組網(wǎng)規(guī)模大、擴(kuò)展性強(qiáng)、安裝方便;5.保密性、安全性強(qiáng)，實現(xiàn)用戶分級分組管理，確保系統(tǒng)安全可靠.本系統(tǒng)成本低，應(yīng)用靈活，具有良好的通用性和可靠性，操作簡單，具有較高的應(yīng)用價值.

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