錢威森 徐紅

1，江蘇省無錫市北塘區(qū)政府辦公室網(wǎng)絡部，無錫 214043 2，江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院，無錫 214122

遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)與設備

錢威森1徐紅2

1，江蘇省無錫市北塘區(qū)政府辦公室網(wǎng)絡部，無錫 214043 2，江南大學物聯(lián)網(wǎng)工程學院，無錫 214122

遠程控制LED屏播放城市防災應急信息的設備和系統(tǒng)，通過多協(xié)議多接口的設備將社會各種資源進行整合，花最低的成本建立統(tǒng)一的城市防災應急信息發(fā)布平臺，讓老百姓在最短時間內獲得災情信息，有效地做好應對和預防，讓災難造成的損失減到最小。對于政府，可以在最小投入的情況下實現(xiàn)具有全覆蓋、低成本、高可靠、多手段的城市防災應急預警系統(tǒng)，將災難損失降到最小。

引言

近幾年來，我國的自然災害種類繁多，洪澇、冰雪、高溫、干旱等極端氣候事件每年均有發(fā)生，并且呈高發(fā)態(tài)勢；安全生產事故每年都有發(fā)生，在短期內難以得到根本性遏制；公共衛(wèi)生和社會安全事件也時有發(fā)生。目前多媒體顯示LED屏因其高亮度，廣可視角度，低工作電壓，低功耗，壽命長等特點[1]，被廣泛應用于各個領域，政府部門也紛紛建立起多媒體顯示屏，進行防災應急信息發(fā)布。由于專用屏的維護和建立費用較昂貴，導致專用屏幕覆蓋率還遠遠不夠，與此相反社會上各種屏幕的數(shù)量越來越龐大，如果這么龐大的宣傳途徑能夠在城市發(fā)生安全、衛(wèi)生、交通等緊急事故的時候統(tǒng)一發(fā)布信息，在人民生命財產安全的保障上將發(fā)揮不可估量的效果。如何能夠將眾多異構件高速、安全、正確地運行是本文重點研究內容，也是當前國內外正在研究的方向與趨勢。

為了便于建立統(tǒng)一的應急信息發(fā)布平臺，節(jié)約成本，克服現(xiàn)有LED屏控制設備的上述不足，本文設計了一種遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)和設備，其主要應用在城市應急信息的發(fā)布上，在平時LED屏能顯示正常設定的內容，當有緊急情況發(fā)生，可以在指定區(qū)域的LED屏強制顯示應急信息內容。

1 硬件設計

本文設計的遠程控制LED屏播放應急信息設備，其包括多協(xié)議LED屏發(fā)布內容括控制臺、多接口信號處理模塊和反饋信息采集模塊[2]。多協(xié)議LED屏發(fā)布內容控制臺包括編碼模塊和無線信號發(fā)射單元，編碼模塊的信號輸入端與應急信息發(fā)布審查系統(tǒng)的計算機連接，編碼模塊的信號輸出端與無線信號發(fā)射單元連接，編碼模塊用來將等待發(fā)布的字符信息轉換成特定無線信號，可以是3G、zigBee、無線短波等中的一種或多種無線信號；信號處理模塊包括信號接收模塊、解碼模塊、顯示控制模塊、LED驅動模塊，無線信號發(fā)射單元與接收模塊之間通過加載有與不同字符信息相對應的地址碼的無線信號傳輸協(xié)議信號連接， LED驅動模塊與LED屏連接，每個LED屏具有唯一的與特定字符信息相對應的地址碼，接收模塊用于接收無線信號，解碼模塊用于對無線信號解碼成數(shù)字信號，顯示控制模塊用于將數(shù)字信號轉換成顯示字符信息。反饋信息采集模塊主要實現(xiàn)雙通道功能，不但能夠使LED屏接收發(fā)布系統(tǒng)發(fā)來的信息，還能在軟件平臺上監(jiān)測屏幕工作狀態(tài)（見圖1）。

圖1 遠程控制LED屏播放應急信息設備結構圖

多協(xié)議LED屏發(fā)布內容控制臺包括編碼模塊和無線信號發(fā)射單元，編碼模塊的信號輸入端與應急信息發(fā)布審查系統(tǒng)的計算機連接，編碼模塊的信號輸出端與的無線信號發(fā)射單元連接，編碼模塊用來將等待發(fā)布的字符信息轉換成特定無線信號，可以是3G、zigBee、無線短波、GPRS、GSM、WIFI等中的一種或多種無線信號。

多接口信號處理模塊包括信號接收模塊、解碼模塊、顯示控制模塊、LED驅動模塊、LED接入模塊，無線信號發(fā)射單元與所述接收模塊之間通過加載有與不同字符信息相對應的地址碼的無線信號傳輸協(xié)議信號連接，LED驅動模塊與LED屏連接，每個LED屏具有唯一的與特定字符信息相對應的地址碼，接收模塊用于接收無線信號，解碼模塊用于對無線信號解碼成數(shù)字信號，顯示控制模塊用于將數(shù)字信號轉換成顯示字符信息。

反饋信息采集模塊的設計，實現(xiàn)雙通道功能，不但能夠接收發(fā)布系統(tǒng)發(fā)來的信息，還能檢測屏幕工作狀態(tài)，及時反饋給信息發(fā)布中心。

2 軟件系統(tǒng)設計

一種遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)[3-4]，如圖2所示，其包括前置通訊服務系統(tǒng)、應急管理系統(tǒng)、核心應用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)四個子系統(tǒng)。

2.1 前置通訊系統(tǒng)主要負責和前置設備進行通訊，并記錄通訊的詳細細節(jié)。其中包括：

2.1.1 設備配置子系統(tǒng)：主要完成各種設備的接口參數(shù)的定義與參數(shù)調試與測試。

2.1.2 設備回饋子系統(tǒng)：主要完成各個終端設備、信號中轉設備、信號收發(fā)設備的狀態(tài)接收，并將接收的信號按照預訂的處理程序進行初步處理。

2.1.3 信息強插子系統(tǒng)：主要完成任意時間的信號強插處理，該子系統(tǒng)具有最高的安全等級和操作優(yōu)先級。

2.1.4 收發(fā)隊列系統(tǒng)：按照信息的等級、信息的屬性（接收終端屬性、時間屬性、優(yōu)先級屬性等）對發(fā)布內容進行排序。

2.1.5 收發(fā)控制系統(tǒng)：主要完成信息的收發(fā)。其中包括：守護進程主要完成收發(fā)進程的初始化和可用性和穩(wěn)定性保障；發(fā)送進程完成消息的最終發(fā)出；接收進程完成終端回饋消息的接收；容錯進程對收發(fā)出現(xiàn)故障的收發(fā)動作進行記錄并按照預定義規(guī)則進行高級處理。

2.1.6 收發(fā)日志系統(tǒng)：實時記錄消息的收發(fā)情況，并按照預定義格式進行日志存儲。

2.2 應急管理系統(tǒng)主要由應急預案子系統(tǒng)，應急演練子系統(tǒng)和領導演示子系統(tǒng)構成。其中應急預案子系統(tǒng)是應急管理的核心內容。

2.2.1 應急預案子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)各種防空防災情況下應急信息的快速發(fā)出所需要的處置過程和內容。包括防空防災信息種類與等級定義。定義防空防災的類型和等級信息。

應急信息內容的預定義，主要實現(xiàn)各種防空防災應急信息的模板，包括聲音定義、指令定義、文字內容定義、多媒體信息定義適合于各種應用場合的預定義的應急信息內容。

發(fā)布范圍定義。根據(jù)防空防災可能發(fā)生的情況，預先定義各種方式的發(fā)布范圍，如所有具有500戶以上的居民區(qū)域，所有人群聚集區(qū)（需移動運營商支持）等相關范圍的定義。

2.2.2 應急演練子系統(tǒng)，包括實際演練和模擬演練兩種情況。一般情況下，防空警報信息每年會進行一次。因此本子系統(tǒng)主要實現(xiàn)：

真實演練，根據(jù)應急信息的發(fā)布部門的不同要求，發(fā)生相關的聲光文字等指令到物理設備中，實現(xiàn)真實環(huán)境的演練。

模擬演練，通過軟件模擬環(huán)境，在指揮中心中進行虛擬演練。與真實演練的不同之處在于，所發(fā)送的應急信息通過虛擬軟件顯示，日志記錄為演示，其余和真實環(huán)境均相同。

2.2.3 領導演示子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)主要通過自動化的模擬一場預定義的演練，配合解說和圖文說明，完成項目情況說明和功能性說明。

項目建設說明，flash或視頻格式自動播放

項目設備說明，以圖片或flash的方式演示各種終端設備

網(wǎng)絡說明，以Flash的方式演示網(wǎng)絡布局情況

演練過程，自動化的模擬一場演練。

圖2 軟件平臺整體結構功能圖

2.3 核心應用系統(tǒng)主要實現(xiàn)登錄認證，信息發(fā)布、設備核查、地理信息系統(tǒng)、統(tǒng)計報表、數(shù)據(jù)庫建設、數(shù)據(jù)存儲備份與容災。主要內容包括：

登錄認證子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)主要實現(xiàn)通過在內網(wǎng)、專網(wǎng)和廣域網(wǎng)用戶的鑒權登錄。登錄方式包括：

用戶名密碼認證登錄。其中用戶名和密碼采用數(shù)字加密（對稱密鑰），并通過SSL通道進行傳輸。主要用戶民防內網(wǎng)用戶。

數(shù)字證書登錄，通過中心發(fā)送相關的數(shù)字證書文件，進行認證登錄。主要用于廣域網(wǎng)用戶USB key登錄。通過政務內網(wǎng)的專用USB key登錄硬件，進入軟件系統(tǒng)動態(tài)口令卡。通過動態(tài)口令卡進入系統(tǒng)。

界面集成子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)以B/S和C/S相結合的方式實現(xiàn)與前置通訊服務系統(tǒng)、各種接口子系統(tǒng)、應急管理子系統(tǒng)、信息發(fā)布核心組成功能子系統(tǒng)的界面集成，其中包括：

設備集成控制界面。所有現(xiàn)有和以后可能會存在的應急信息收發(fā)設備通過統(tǒng)一的控制界面進行集中控制。

信息發(fā)布集成控制界面。所有信息的發(fā)布，不論發(fā)布的地點、方式、等級和內容以及具體的發(fā)布和審核方式，均通過相同的操作方式發(fā)出，不同之處在于發(fā)布的具體細節(jié)不同。

信息審核集成界面。所有發(fā)布的信息，不論其采用聲、光、影、指令還是其它可能存在的方式，其審核過程包括：關鍵字審核；程序自動分級審核；應急信息專員審核；應急信息指揮長審核。

超緊急信息發(fā)布。超緊急信息發(fā)布是應對在最緊急的情況下，通過具有特殊密碼指令的使用人員（僅限內網(wǎng)）在不經(jīng)過內容審核的情況下，以最高等級直接發(fā)布應急信息，應急信息為預定義好，采用一鍵發(fā)布的方式執(zhí)行。

接口集成界面。接口包括數(shù)據(jù)流入接口和數(shù)據(jù)流出接口兩種。通過接口集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流入流出的參數(shù)配置、操作集成、數(shù)據(jù)內容監(jiān)控、數(shù)據(jù)權限監(jiān)控等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口安全、穩(wěn)定、有效地運行。

用戶認證，該子系統(tǒng)主要對登錄的用戶進行權限認證，認證內容包括：

用戶所能發(fā)送的內容的認證。具體包括屏蔽關鍵字，內容長度、類型、顯示時間、頻次等信息。

用戶所能發(fā)布的范圍的認證。具體包括用戶的應急信息所能發(fā)布的終端類型、區(qū)域范圍、每個信息最大能在終端上展現(xiàn)面的數(shù)量（即能在多少終端上顯示）。

功能界面認證。認證用戶有哪些軟件界面的操作權限。

時間認證。認證用戶信息發(fā)布的時間，即登錄用戶可以在哪些時間段發(fā)布指定類型的應急信息。

IP認證。認證用戶登錄人員的IP范圍，進行登錄安全保證。

操作審計，該子系統(tǒng)主要對完成對所有操作的審計功能，審計功能采用獨立軟件設計，所有操作經(jīng)過獨立軟件審計結束后發(fā)生實際效果，對出現(xiàn)異常的情況進行報警。設計內容主要包括：

來源審計。對所有使用平臺的人員的來源進行審計。

時間審計。對所有使用人員的使用時間段，時間長度進行審計。

內容審計。對所進行的具體功能操作，所發(fā)送的應急信息的數(shù)據(jù)量、類型、內容進行審計。

去向審計。對所發(fā)送的應急信息的接收目的地進行審計。

上行審計。對終端用戶的上傳數(shù)據(jù)進行審計，審計沒有問題的才進行轉發(fā)處置。

報警處置。報警采用三種方式進行：軟件界面上的報警指示；桌面終端的報警燈和報警聲音；手機短信息。

安全配置，該子系統(tǒng)主要完成功能權限分配、預警類型使用限定等安全配置選項。安全配置的目的地主要包括終端的操控、軟件平臺的使用、接口的安全配置選項、超級管理員安全配置、超緊急事件安全使用配置等功能。

設備信息子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)主要完成各種終端和發(fā)射中繼器的管理。包括設備的基本信息和驅動配置信息等。

設備接口子系統(tǒng)，設備接口子系統(tǒng)主要完成各種終端設備接口和驅動程程序的安裝與配置。

信息審核子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要完成信息的來源、去向、內容、使用人、類型與終端、顯示時間、顯示方式、優(yōu)先等級等應急信息的基本屬性的審核，保障所要發(fā)出的應急信息是正確的人在正確的時間以正確的方式和途徑發(fā)送到正確的終端上。信息審核根據(jù)發(fā)送的具體類型和范圍的不同采取四種方式：關鍵字審核；程序自動分級審核；應急信息專員審核；應急信息指揮長審核。

日志查詢系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要完成軟件平臺的各種日志的記錄、歸檔、查詢、統(tǒng)計等功能。

電視墻監(jiān)控子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要通過電視墻回顯各個終端的運行狀態(tài)。

統(tǒng)計報表子系統(tǒng)。完成各種應急信息的統(tǒng)計操作與查詢。

2.4 數(shù)據(jù)接口子系統(tǒng)，包括公安人口數(shù)據(jù)接口、民防工事數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)計報表數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)上報外部接口和通用服務預留接口。

3 實施過程

為使本文實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面以應急信息發(fā)布流程介紹本系統(tǒng)與設備的作用。

圖3 信息審查發(fā)送階段流程圖

圖4 信息傳輸階段流程圖

圖3是本發(fā)明信息審查發(fā)送階段流程圖，首先由消息發(fā)布部門，如氣象臺，通過遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）上傳需要發(fā)布的信息。系統(tǒng)在接收到消息后通過設定的關鍵詞審查發(fā)布信息的安全性。在通過系統(tǒng)安全性檢查后，信息發(fā)布者直接領導審查信息安全性和可靠性。在通過機審和人審的雙重審核后，系統(tǒng)管理團隊對信息內容和來源再次審查，并按要求劃分發(fā)布區(qū)域。然后將信息送入發(fā)布隊列。

圖4是本發(fā)明信息傳輸階段流程圖，包括：遠程控制LED屏播放應急信息設備中控制臺中的編碼模塊，將消息隊列中的信息轉成無線信號，這里的無線信號可以3G、zigBee、短波等協(xié)議格式的信號。遠程控制LED屏播放應急信息設備中的控制臺中的無線發(fā)送模塊，將編碼后的發(fā)布信息通過對應的無線信號協(xié)議發(fā)送。遠程控制LED屏播放應急信息設備中的信號處理模塊，接收到信號后，將無線信號解碼成數(shù)字信號，實現(xiàn)信號解碼1；再將數(shù)字信號經(jīng)過處理再次轉換成字符信息，實現(xiàn)信號解碼2。

圖5 信息強行接入階段流程圖

圖5是本發(fā)明信息強行接入階段流程圖，首先遠程控制LED屏播放應急信息設備中的顯示控制模塊，強行切斷LED正?？刂疲P閉正在顯示的內容，并通過LED驅動模塊將字符信息傳遞給LED屏顯示。LED屏幕顯示接收到信息后，發(fā)回信息成功接收碼與接收方式；遠程控制LED屏播放應急信息設備將反饋消息發(fā)回給遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)，遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)存儲對應信息屏接收協(xié)議，并在以后發(fā)送信息時優(yōu)先選擇存儲的最近接收方式。

4 總結

通過信息發(fā)布系統(tǒng)的審查，多功能多協(xié)議信息發(fā)布盒的發(fā)送與接收，在不影響屏幕正常功能的前提下，實現(xiàn)多屏的整合。從而達到在應急情況下，統(tǒng)一控制指定區(qū)域內屏幕顯示內容，同時，利用多協(xié)議（3G、zigBee、無線短波等）的方式，可以確保在戰(zhàn)時等特殊時期，利用多途徑發(fā)送應急信息。其中遠程控制LED屏播放應急信息的系統(tǒng)里面的設備回饋子系統(tǒng)、登錄認證子系統(tǒng)、用戶認證子系統(tǒng)、操作審計子系統(tǒng)、安全配置子系統(tǒng)、信息審核子系統(tǒng)等從多角度保證了信息發(fā)送的安全性。

[1]葛超,張景春,孫艷彬,孫麗英,朱藝.基于ARM嵌入式系統(tǒng)的LED點陣屏設計[J].液晶與顯示，2010;25(5):743～746

[2]高惠瑛,焦雙建,劉會婷.城市抗震應急指揮信息系統(tǒng)框架研究[J].世界地震工程，2004;20(2):30～34

[3]周玉清,羅靈軍,李靜,李宗華,肖勇.城市應急平臺中網(wǎng)絡地圖發(fā)布系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].城市勘測，2007;6:40～42

[4]城市區(qū)級應急信息平臺研究與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化，2011;8:107～112

TN873

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.053

錢威森，本科，中級職稱，研究方向：網(wǎng)絡信息安全和電子政務協(xié)同辦公應用；

徐紅，碩士研究生，研究方向：模式識別，圖像處理。