气象信息远程LED显示屏发布系统设计与实现

摘要：简要概述了气象信息在某小学LED电子显示屏发布系统的设计与实现，介绍LED屏的分类，屏幕使用过程中的操作步骤，二次开发工作需要注意事项的问题。系统发挥了现有设备的功能，有助于解决中小学难于及时掌握天气预报信息和气象知识的问题。

关键词：气象信息；LED屏幕；信息发布

随着LED显示屏技术的不断进步和发展，取代了传统的模式，越来越广泛地应用于国民经济的各个方面，如：公共事业机构、体育运动场馆、车站机场、大型商业中心、各类娱乐场所等地的广告、宣传显示及信息发布。气象部门作为科技进步手段应用最早的领域之一，近年来各地气象部门信息化建设工作不断推进，各类天文观测仪器设备不断投入运行与使用，采集了海量的观测数据，如何充分有效地利用现有的海量观测数据，提高预警预报服务水平，发挥其防灾减灾工作中的重要作用是当前各地政府以及气象部门面临的急需解决的问题。而LED电子显示屏作为一种发展迅速，用于显示文本、图像、视频动画、录像、VCD等视频信号的当前首选的公众显示媒体，可以全天候，长时间工作，其作为天气预报、气象灾害预警信息发布媒体有着非常明显的优势。LED电子屏目前在气象部门（气象服务部门）使用主要有室外和室内两个方面：室外主要用于向社会公众发布气象预警信息、预报服务产品；室内主要用于显示气象观测仪器设备采集到的实时观测数据，根据数据计算出来的天气情况显示各种预警信息。经过对气象服务部门气象信息发布的调研，本文结合湖南省气象局气象服务中心现代化气象事业发展的现状，介绍了室外LED电子显示屏在气象服务部门对中小学中精准气象服务的应用，主要用于向学校发布天气预报信息、预警信息、根据需要播放气象知识视频等。

一、LED电子显示屏技术简介

LED显示屏（LED display）是一种平板显示器，由一个个小的LED模块面板组成，用来显示文字、图像、视频、录像信号等各种信息的设备。LED显示屏能根据用户输入显示相应的文字、数字、视频图形图像等；不仅仅用于室内环境，在室外复杂的环境下也能有较好的显示效果，具有电视墙、液晶显示屏、投影仪等显示设备无法比拟的优点；LED显示屏具有寿命长、视角大、亮度高、功耗小、小型化、工作电压低、耐冲击、性能稳定、易与计算机接口，支持软件丰富等优点等突出优点。LED显示屏分类多种多样，大体按照如下几种方式分类：

（一）按使用环境分为户内、户外及半户外

户内屏面积一般从不到1平方米到十几平方米，室內LED显示屏在室内环境下使用，此类显示屏亮度适中、视角大、混色距离近、重量轻、密度高，适合较近距离观看。户外屏面积一般从几平方米到几十甚至上百平方米，点密度较稀

（多为2500-10000点每平方米），发光亮度在5500-8500cd/平方米（朝向不同，亮度要求不同），可在阳光直射条件下使用，观看距离在几十米以外，屏体具有良好的防风抗雨及防雷能力。半户外屏介于户外及户内两者之间，具有较高的发光亮度，可在非阳光直射户外下使用，屏体有一定的密封，一般在屋檐下或橱窗内。

（二）按颜色分为单色，双基色，三基色

单色是指显示屏只有一种颜色的发光材料，多为单红色，在某些特殊场合也可用黄绿色。双基色LED显示屏由红色和绿色LED灯组成，256级灰度的双基色显示屏可显示65536种颜色。全彩色LED显示屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成，可显示白平衡和16777216种颜色。

（三）按控制或使用方式分同步和异步

同步方式是指 LED 显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少30场/秒的更新速率点点对应地实监视器上的图时映射电脑像，通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。异步方式是指LED屏具有存储及自动播放的能力，在PC机上编辑好的文字及无灰度图片通过串口或其他网络接口传入LED屏，然后由LED屏脱机自动播放，一般没有多灰度显示能力，主要用于显示文字信息，可以多屏联网。

（四）按显示性能可分为

视频显示屏：一般为全彩色显示屏；文本显示屏：一般为单基色显示屏；图文显示屏：一般为双基色显示屏；行情显示屏：一般为数码管或单基色显示屏。

（五）按显示器件可分为

LED数码显示屏、LED点阵图文显示屏、LED视频显示屏、常规型LED显示屏、租赁型LED显示屏。

此外，还有按像素密度或像素直径划分、按照发展方向等分法，这里不一一赘述。

二、系统设计

LED电子显示屏项目实施后，厂商自带有控制显示屏的软件，其用于LED显示屏的参数设定、恢复出厂设置、维护以及发布信息等，一般情况下自带的软件功能能满足多数用户的使用需求。但是由于气象部门采集的最新天气预报等数据是处于不断更新中的，用现有的软件显示远程实时更新的数据无法实现，需要人工不断干预来手动更新数据，操作不现实。因此需要通过使用厂家提供的二次开发包，重新开发数据更新程序来解决数据自动远程更新的问题。本文主要基于湖南省某小学现有的5块LED显示屏设备开发显示屏数据软件，分析研究LED显示屏数据发送系统的开发思路以及具体实现。

LED显示屏安装部署完成后，一般通过串口和网络端口这两种方式之一来进行信息显示更新。用串口远程更新数据显然不易实现，只能考虑用网络端口的方式来远程更新数据。首先在计算机上安装显示屏厂家提供的控制软件，将计算机与显示屏通过网线（RJ45接口）进行连接，通过控制软件配置LED屏各种参数（具体操作见软件说明），实现软件和LED屏的信息传输。通信成功建立后，后续操作根据厂商提供的产品使用的方法和过程总结具体操作流程如下（不同厂商的方法可能不一样）：

step1：建立节目对象。通过屏控制软件，在需要显示的屏上建立节目，节目建立时中可以根据实际需要设定节目的播放模式，如顺序播放，定时定长播放等参数设定，本项目中主要用于播放气象知识视频，因此设定为顺序播放。

step2：配置节目对象的参数。根据需要建立各种节目对象：可以建立的节目对象包括用于显示文本文件的字幕区域、用于显示带格式的文本或图形图像等信息的图文区域、用于显示动画的动画区域、用于显示模拟时钟的表盘区域等。节目对象可以根据实际需要进行灵活组合定制。可以对每个节目对象的显示区域、显示方式、字体的大小、颜色等信息进行分别设置。

step3：显示效果预览。节目对象设定完成后，可以使用控制软件的预览功能显示查看制作的节目显示效果。若发现不满足显示效果，则结束预览，返回编辑状态，继续修改节目对象参数。不断重复预览、编辑的操作，直至达到预期效果。

setp4：建立多个节目时，可重复step2、step3的操作步骤。

step5：通过屏幕控制软件掌握LED电子显示屏发布信息的操作以及显示内容和布局后，二次开发的任务和功能就是通过调用其显示屏的二次开发库，实现自动获取来自湖南省气象局气象服务中心提供的最新天气预报、气象知识视频等数据信息，发送至显示端实时更新显示屏数据。在上述操作步骤中，操作最需要耐心、最繁琐的是step2和step3，需要通过不断地预览、编辑，来确定最佳的屏幕显示內容以及显示方式。此步骤需要极大耐心，建议达到某个效果时备份参数数据，以便调乱后尽快恢复。

为了最大限度地发挥显示屏的功能，一般考虑三个因素：尽可能多的显示数据、显示的美观性、获取信息的便捷性。一般屏幕控制软件还可以提供滚动显示功能，但太频繁的翻屏操作使用户在翻屏过程难以有效掌握的显示数据提供的信息，因此显示内容和美观布局需要综合考虑，平衡这3个因素。具体到本项目来说，该校现有的这几块电子显示屏有一个共同的特点是长度都远大于宽度，这就需要对屏幕显示的内容事先进行合理的布局，从而保证尽量科学地运用电子屏的现有显示区域显示更多的内容，同时考虑显示的美观，用户获取信息的便捷性等。

三、系统实现

气象服务部门一般提供给学校天气预报信息（文本）、气象预警信息（文本）、气象科普信息（文本、视频）等数据。某小学现有5块LED显示屏，均安装在室内，且采购年代较早，主要为单色屏和双基色显示屏，由于屏幕的尺寸大小，其显示卫星云图、雷达等数据效果不佳且没有必要，因此其主要用来显示天气预报信息常规要素。在发送数据至显示屏前必须先从系统中读取天气预报数据信息（也可以是气象服务部门提供的气象知识视频），在获取远程的数据信息时必须考虑数据获取的及时性，同时也需要考虑气象服务部门数据库承受的并发压力，不能太过于频繁的进行数据查询，太过于频繁的操作数据库，加大远程后台数据库服务器压力会影响运行在数据库服务器上的其他业务。因为需要对5个LED显示屏进行信息发布操作，系统开发前考虑过给每个LED屏制定单独的工作程序，独立获取数据、发布数据，但考虑过数据库服务器负载状况后，决定放弃这种操作方式。开发一个独立的数据获取程序来更新气象数据，然后发送至5个不同LED屏（信息展现端），发送方式采用格式化文本进行信息更新，展现端通过扫描监控目录文件信息是否更改来确定是否重新发布数据，通过读入制定目录下文本文件发送至LED屏。信息加工程序发布更新信息时，因为数据库信息更新存在滞后，也不是所有的屏幕数据都能在同一时间进行更新，在扫描当前时刻数据时如果没有超过50%的屏幕数据更新的状况下，不对数据文件进行更新，从而避免LED显示屏上过多出现显示空白现象。

四、应用初步效果

湖南省某小学气象信息实时LED显示屏发布系统目前已批准立项建设，目前正开展项目实施工作。在系统建设前，现有的此LED电子显示屏仅用于领导检查指导工作到访的欢迎、发布重要通知信息等，多数时候处于关闭状态，对LED电子屏的使用没能完全发挥出其价值。通过本项目的研究，部署针对此屏专门开发的接口程序，可以实时显示气象信息、天气预警信息、气象科普知识。大大提高了现有LED屏的使用价值，满足了学校对天气预报、气象知识的渴求。

五、结束语

该系统的建立为中小学学生掌握实时天气预报信息提供了一个很好的途径，同时针对LED电子显示屏的二次开发工作也给后续继续开展此项工作深入研究奠定了很好的基础。学生们不但能够学到基本的气象知识，了解到天气变化的过程及其原因，掌握一些基本的天气观测方法和技能，而且通过气象社团的活动和综合实践调查，可以提高学生的科技意识，引导他们对天气变化和气候异常问题的关注，从而培养他们防治自然灾害的科普知识的兴趣，激发他们探究气象奥秘，把所学到的知识运用到防灾减灾的实践之中。气象部门能通过本系统的设计思路，实现气象知识送到各中小学中，搭建和提供学生了解和学习气象防灾减灾的一个平台，让更多的学校和学生参与到气象知识的探究和防灾减灾能力的培养中来。如何在后续工作中充分发挥本文构想的应用潜力，是后续工作中仍需解决的问题。

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