远程控制LED屏播放应急信息的系统与设备

钱威森 徐红

1，江苏省无锡市北塘区政府办公室网络部，无锡 214043 2，江南大学物联网工程学院，无锡 214122

远程控制LED屏播放应急信息的系统与设备

钱威森1徐红2

1，江苏省无锡市北塘区政府办公室网络部，无锡 214043 2，江南大学物联网工程学院，无锡 214122

远程控制LED屏播放城市防灾应急信息的设备和系统，通过多协议多接口的设备将社会各种资源进行整合，花最低的成本建立统一的城市防灾应急信息发布平台，让老百姓在最短时间内获得灾情信息，有效地做好应对和预防，让灾难造成的损失减到最小。对于政府，可以在最小投入的情况下实现具有全覆盖、低成本、高可靠、多手段的城市防灾应急预警系统，将灾难损失降到最小。

引言

近几年来，我国的自然灾害种类繁多，洪涝、冰雪、高温、干旱等极端气候事件每年均有发生，并且呈高发态势；安全生产事故每年都有发生，在短期内难以得到根本性遏制；公共卫生和社会安全事件也时有发生。目前多媒体显示LED屏因其高亮度，广可视角度，低工作电压，低功耗，寿命长等特点[1]，被广泛应用于各个领域，政府部门也纷纷建立起多媒体显示屏，进行防灾应急信息发布。由于专用屏的维护和建立费用较昂贵，导致专用屏幕覆盖率还远远不够，与此相反社会上各种屏幕的数量越来越庞大，如果这么庞大的宣传途径能够在城市发生安全、卫生、交通等紧急事故的时候统一发布信息，在人民生命财产安全的保障上将发挥不可估量的效果。如何能够将众多异构件高速、安全、正确地运行是本文重点研究内容，也是当前国内外正在研究的方向与趋势。

为了便于建立统一的应急信息发布平台，节约成本，克服现有LED屏控制设备的上述不足，本文设计了一种远程控制LED屏播放应急信息的系统和设备，其主要应用在城市应急信息的发布上，在平时LED屏能显示正常设定的内容，当有紧急情况发生，可以在指定区域的LED屏强制显示应急信息内容。

1 硬件设计

本文设计的远程控制LED屏播放应急信息设备，其包括多协议LED屏发布内容括控制台、多接口信号处理模块和反馈信息采集模块[2]。多协议LED屏发布内容控制台包括编码模块和无线信号发射单元，编码模块的信号输入端与应急信息发布审查系统的计算机连接，编码模块的信号输出端与无线信号发射单元连接，编码模块用来将等待发布的字符信息转换成特定无线信号，可以是3G、zigBee、无线短波等中的一种或多种无线信号；信号处理模块包括信号接收模块、解码模块、显示控制模块、LED驱动模块，无线信号发射单元与接收模块之间通过加载有与不同字符信息相对应的地址码的无线信号传输协议信号连接， LED驱动模块与LED屏连接，每个LED屏具有唯一的与特定字符信息相对应的地址码，接收模块用于接收无线信号，解码模块用于对无线信号解码成数字信号，显示控制模块用于将数字信号转换成显示字符信息。反馈信息采集模块主要实现双通道功能，不但能够使LED屏接收发布系统发来的信息，还能在软件平台上监测屏幕工作状态（见图1）。

图1 远程控制LED屏播放应急信息设备结构图

多协议LED屏发布内容控制台包括编码模块和无线信号发射单元，编码模块的信号输入端与应急信息发布审查系统的计算机连接，编码模块的信号输出端与的无线信号发射单元连接，编码模块用来将等待发布的字符信息转换成特定无线信号，可以是3G、zigBee、无线短波、GPRS、GSM、WIFI等中的一种或多种无线信号。

多接口信号处理模块包括信号接收模块、解码模块、显示控制模块、LED驱动模块、LED接入模块，无线信号发射单元与所述接收模块之间通过加载有与不同字符信息相对应的地址码的无线信号传输协议信号连接，LED驱动模块与LED屏连接，每个LED屏具有唯一的与特定字符信息相对应的地址码，接收模块用于接收无线信号，解码模块用于对无线信号解码成数字信号，显示控制模块用于将数字信号转换成显示字符信息。

反馈信息采集模块的设计，实现双通道功能，不但能够接收发布系统发来的信息，还能检测屏幕工作状态，及时反馈给信息发布中心。

2 软件系统设计

一种远程控制LED屏播放应急信息的系统[3-4]，如图2所示，其包括前置通讯服务系统、应急管理系统、核心应用系统和数据接口子系统四个子系统。

2.1 前置通讯系统主要负责和前置设备进行通讯，并记录通讯的详细细节。其中包括：

2.1.1 设备配置子系统：主要完成各种设备的接口参数的定义与参数调试与测试。

2.1.2 设备回馈子系统：主要完成各个终端设备、信号中转设备、信号收发设备的状态接收，并将接收的信号按照预订的处理程序进行初步处理。

2.1.3 信息强插子系统：主要完成任意时间的信号强插处理，该子系统具有最高的安全等级和操作优先级。

2.1.4 收发队列系统：按照信息的等级、信息的属性（接收终端属性、时间属性、优先级属性等）对发布内容进行排序。

2.1.5 收发控制系统：主要完成信息的收发。其中包括：守护进程主要完成收发进程的初始化和可用性和稳定性保障；发送进程完成消息的最终发出；接收进程完成终端回馈消息的接收；容错进程对收发出现故障的收发动作进行记录并按照预定义规则进行高级处理。

2.1.6 收发日志系统：实时记录消息的收发情况，并按照预定义格式进行日志存储。

2.2 应急管理系统主要由应急预案子系统，应急演练子系统和领导演示子系统构成。其中应急预案子系统是应急管理的核心内容。

2.2.1 应急预案子系统，主要实现各种防空防灾情况下应急信息的快速发出所需要的处置过程和内容。包括防空防灾信息种类与等级定义。定义防空防灾的类型和等级信息。

应急信息内容的预定义，主要实现各种防空防灾应急信息的模板，包括声音定义、指令定义、文字内容定义、多媒体信息定义适合于各种应用场合的预定义的应急信息内容。

发布范围定义。根据防空防灾可能发生的情况，预先定义各种方式的发布范围，如所有具有500户以上的居民区域，所有人群聚集区（需移动运营商支持）等相关范围的定义。

2.2.2 应急演练子系统，包括实际演练和模拟演练两种情况。一般情况下，防空警报信息每年会进行一次。因此本子系统主要实现：

真实演练，根据应急信息的发布部门的不同要求，发生相关的声光文字等指令到物理设备中，实现真实环境的演练。

模拟演练，通过软件模拟环境，在指挥中心中进行虚拟演练。与真实演练的不同之处在于，所发送的应急信息通过虚拟软件显示，日志记录为演示，其余和真实环境均相同。

2.2.3 领导演示子系统，该子系统主要通过自动化的模拟一场预定义的演练，配合解说和图文说明，完成项目情况说明和功能性说明。

项目建设说明，flash或视频格式自动播放

项目设备说明，以图片或flash的方式演示各种终端设备

网络说明，以Flash的方式演示网络布局情况

演练过程，自动化的模拟一场演练。

图2 软件平台整体结构功能图

2.3 核心应用系统主要实现登录认证，信息发布、设备核查、地理信息系统、统计报表、数据库建设、数据存储备份与容灾。主要内容包括：

登录认证子系统，该子系统主要实现通过在内网、专网和广域网用户的鉴权登录。登录方式包括：

用户名密码认证登录。其中用户名和密码采用数字加密（对称密钥），并通过SSL通道进行传输。主要用户民防内网用户。

数字证书登录，通过中心发送相关的数字证书文件，进行认证登录。主要用于广域网用户USB key登录。通过政务内网的专用USB key登录硬件，进入软件系统动态口令卡。通过动态口令卡进入系统。

界面集成子系统，该子系统以B/S和C/S相结合的方式实现与前置通讯服务系统、各种接口子系统、应急管理子系统、信息发布核心组成功能子系统的界面集成，其中包括：

设备集成控制界面。所有现有和以后可能会存在的应急信息收发设备通过统一的控制界面进行集中控制。

信息发布集成控制界面。所有信息的发布，不论发布的地点、方式、等级和内容以及具体的发布和审核方式，均通过相同的操作方式发出，不同之处在于发布的具体细节不同。

信息审核集成界面。所有发布的信息，不论其采用声、光、影、指令还是其它可能存在的方式，其审核过程包括：关键字审核；程序自动分级审核；应急信息专员审核；应急信息指挥长审核。

超紧急信息发布。超紧急信息发布是应对在最紧急的情况下，通过具有特殊密码指令的使用人员（仅限内网）在不经过内容审核的情况下，以最高等级直接发布应急信息，应急信息为预定义好，采用一键发布的方式执行。

接口集成界面。接口包括数据流入接口和数据流出接口两种。通过接口集成，实现数据流入流出的参数配置、操作集成、数据内容监控、数据权限监控等，实现数据接口安全、稳定、有效地运行。

用户认证，该子系统主要对登录的用户进行权限认证，认证内容包括：

用户所能发送的内容的认证。具体包括屏蔽关键字，内容长度、类型、显示时间、频次等信息。

用户所能发布的范围的认证。具体包括用户的应急信息所能发布的终端类型、区域范围、每个信息最大能在终端上展现面的数量（即能在多少终端上显示）。

功能界面认证。认证用户有哪些软件界面的操作权限。

时间认证。认证用户信息发布的时间，即登录用户可以在哪些时间段发布指定类型的应急信息。

IP认证。认证用户登录人员的IP范围，进行登录安全保证。

操作审计，该子系统主要对完成对所有操作的审计功能，审计功能采用独立软件设计，所有操作经过独立软件审计结束后发生实际效果，对出现异常的情况进行报警。设计内容主要包括：

来源审计。对所有使用平台的人员的来源进行审计。

时间审计。对所有使用人员的使用时间段，时间长度进行审计。

内容审计。对所进行的具体功能操作，所发送的应急信息的数据量、类型、内容进行审计。

去向审计。对所发送的应急信息的接收目的地进行审计。

上行审计。对终端用户的上传数据进行审计，审计没有问题的才进行转发处置。

报警处置。报警采用三种方式进行：软件界面上的报警指示；桌面终端的报警灯和报警声音；手机短信息。

安全配置，该子系统主要完成功能权限分配、预警类型使用限定等安全配置选项。安全配置的目的地主要包括终端的操控、软件平台的使用、接口的安全配置选项、超级管理员安全配置、超紧急事件安全使用配置等功能。

设备信息子系统，该子系统主要完成各种终端和发射中继器的管理。包括设备的基本信息和驱动配置信息等。

设备接口子系统，设备接口子系统主要完成各种终端设备接口和驱动程程序的安装与配置。

信息审核子系统。该子系统主要完成信息的来源、去向、内容、使用人、类型与终端、显示时间、显示方式、优先等级等应急信息的基本属性的审核，保障所要发出的应急信息是正确的人在正确的时间以正确的方式和途径发送到正确的终端上。信息审核根据发送的具体类型和范围的不同采取四种方式：关键字审核；程序自动分级审核；应急信息专员审核；应急信息指挥长审核。

日志查询系统。该子系统主要完成软件平台的各种日志的记录、归档、查询、统计等功能。

电视墙监控子系统。该子系统主要通过电视墙回显各个终端的运行状态。

统计报表子系统。完成各种应急信息的统计操作与查询。

2.4 数据接口子系统，包括公安人口数据接口、民防工事数据接口、统计报表数据接口、数据上报外部接口和通用服务预留接口。

3 实施过程

为使本文实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面以应急信息发布流程介绍本系统与设备的作用。

图3 信息审查发送阶段流程图

图4 信息传输阶段流程图

图3是本发明信息审查发送阶段流程图，首先由消息发布部门，如气象台，通过远程控制LED屏播放应急信息的系统（以下简称系统）上传需要发布的信息。系统在接收到消息后通过设定的关键词审查发布信息的安全性。在通过系统安全性检查后，信息发布者直接领导审查信息安全性和可靠性。在通过机审和人审的双重审核后，系统管理团队对信息内容和来源再次审查，并按要求划分发布区域。然后将信息送入发布队列。

图4是本发明信息传输阶段流程图，包括：远程控制LED屏播放应急信息设备中控制台中的编码模块，将消息队列中的信息转成无线信号，这里的无线信号可以3G、zigBee、短波等协议格式的信号。远程控制LED屏播放应急信息设备中的控制台中的无线发送模块，将编码后的发布信息通过对应的无线信号协议发送。远程控制LED屏播放应急信息设备中的信号处理模块，接收到信号后，将无线信号解码成数字信号，实现信号解码1；再将数字信号经过处理再次转换成字符信息，实现信号解码2。

图5 信息强行接入阶段流程图

图5是本发明信息强行接入阶段流程图，首先远程控制LED屏播放应急信息设备中的显示控制模块，强行切断LED正常控制，关闭正在显示的内容，并通过LED驱动模块将字符信息传递给LED屏显示。LED屏幕显示接收到信息后，发回信息成功接收码与接收方式；远程控制LED屏播放应急信息设备将反馈消息发回给远程控制LED屏播放应急信息的系统，远程控制LED屏播放应急信息的系统存储对应信息屏接收协议，并在以后发送信息时优先选择存储的最近接收方式。

4 总结

通过信息发布系统的审查，多功能多协议信息发布盒的发送与接收，在不影响屏幕正常功能的前提下，实现多屏的整合。从而达到在应急情况下，统一控制指定区域内屏幕显示内容，同时，利用多协议（3G、zigBee、无线短波等）的方式，可以确保在战时等特殊时期，利用多途径发送应急信息。其中远程控制LED屏播放应急信息的系统里面的设备回馈子系统、登录认证子系统、用户认证子系统、操作审计子系统、安全配置子系统、信息审核子系统等从多角度保证了信息发送的安全性。

[1]葛超,张景春,孙艳彬,孙丽英,朱艺.基于ARM嵌入式系统的LED点阵屏设计[J].液晶与显示，2010;25(5):743～746

[2]高惠瑛,焦双建,刘会婷.城市抗震应急指挥信息系统框架研究[J].世界地震工程，2004;20(2):30～34

[3]周玉清,罗灵军,李静,李宗华,肖勇.城市应急平台中网络地图发布系统的设计与实现[J].城市勘测，2007;6:40～42

[4]城市区级应急信息平台研究与实现[J].计算机与现代化，2011;8:107～112

TN873

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.053

钱威森，本科，中级职称，研究方向：网络信息安全和电子政务协同办公应用；

徐红，硕士研究生，研究方向：模式识别，图像处理。