為適應(yīng)調(diào)度指揮的需求，提高調(diào)度指揮效率及處理突發(fā)事件的工作效率，更準(zhǔn)確及時(shí)地進(jìn)行各種資源的調(diào)配，增強(qiáng)綜合協(xié)調(diào)的指揮能力，在調(diào)度所調(diào)度大廳設(shè)置LED大屏幕顯示系統(tǒng)，作為集中信息顯示的交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度所管轄范圍內(nèi)的統(tǒng)一調(diào)度指揮、綜合監(jiān)控、管理與協(xié)調(diào)。本文通過(guò)對(duì)調(diào)度所大屏幕顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案研究，為超大規(guī)模大屏幕顯示系統(tǒng)的建設(shè)提供參考依據(jù)。

 

需求分析

 

調(diào)度所大屏幕顯示系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象主要為調(diào)度大廳內(nèi)的各工種調(diào)度人員、參觀人員及維護(hù)管理人員，為提高綜合協(xié)調(diào)的指揮能力，大屏幕顯示系統(tǒng)需支持運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)等相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)。另外，大屏幕顯示系統(tǒng)還應(yīng)具備支持視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急通信、會(huì)議電視接入的能力。大屏幕顯示系統(tǒng)作為集中信息顯示的交流平臺(tái)，為實(shí)時(shí)調(diào)度指揮、決策及信息反饋等方面都起到重要作用。大屏幕顯示系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能。

 

1.1多種應(yīng)用系統(tǒng)的集中接入與顯示

 

大屏幕顯示系統(tǒng)作為調(diào)度所多種應(yīng)用系統(tǒng)信息綜合顯示的共享平臺(tái)。大屏幕顯示系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)、ＣＴＣ／ＴＤＣＳ 系統(tǒng)、ＰＳＣＡＤＡ 系統(tǒng)的接入，多套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以及應(yīng)急通信、會(huì)議電視系統(tǒng)等多種應(yīng)用系統(tǒng)的集中接入與顯示。根據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用及管理的需求，大屏幕顯示系統(tǒng)應(yīng)提供集中管理及按專業(yè)管理、控制大屏幕顯示的功能及技術(shù)手段。

 

1.2 超大面積高分辨率顯示  

 

大屏幕顯示系統(tǒng)應(yīng)能支持大面積、高分辨率顯示，以滿足在同一時(shí)間對(duì)多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的大信息量、實(shí)時(shí)顯示處理等監(jiān)控需求。

 

1.3統(tǒng)一顯示與分區(qū)顯示

 

整個(gè)顯示系統(tǒng)可作為統(tǒng)一顯示平臺(tái)整屏顯示某種信號(hào)，同時(shí)，可劃分為多個(gè)功能區(qū)進(jìn)行分區(qū)分散管理，各功能區(qū)將按照功能需要顯示各種信號(hào)。

 

1.4 多信號(hào)綜合顯示，靈活性高

 

整個(gè)系統(tǒng)支持對(duì)多種類型信號(hào)的顯示的主流操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖像信號(hào)，各種視頻信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)途徑可以實(shí)現(xiàn)高分辨率應(yīng)用畫面的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)顯示。各種信號(hào)均可以窗口形式在LED全彩顯示屏上任意顯示，并進(jìn)行靈活控制和管理。支持對(duì)視頻信號(hào)、工作站界面信號(hào)以實(shí)時(shí)直通方式顯示控制，切換操作方便、快捷。

 

設(shè)計(jì)方案

 

大屏幕顯示系統(tǒng)由顯示屏、傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng) （含圖像處理及顯示軟件）及輔助系統(tǒng) ４ 個(gè)主要部分組成，如圖１所示。

 

 

圖1 大屏幕顯示系統(tǒng)架構(gòu)圖

 

2.1顯示屏系統(tǒng)(開(kāi)拓普提供)

 

設(shè)計(jì)初期，針對(duì)調(diào)度大廳顯示面積大、顯示信息種類多、圖像清晰度要求高等實(shí)際工程特點(diǎn)，結(jié)合拼接大屏顯示效果，在充分滿足用戶運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理需求的基礎(chǔ)上，由于小間距LED顯示屏技術(shù)成熟、顯示圖像清晰，具有無(wú)縫拼接等特點(diǎn)，因此調(diào)度所調(diào)度大廳大屏幕系統(tǒng)采用微間距顯示技術(shù)。根據(jù)調(diào)度大廳的安裝環(huán)境及布局，工程中采用P1.67的顯示單元或更高清顯示屏。

 

顯示屏的布局設(shè)計(jì)原則如下。

１．安裝空間的凈高度 （承重地板至吊頂），該參數(shù)可以確定顯示單元的尺寸和顯示墻的行數(shù)。

２．安裝空間的寬度和結(jié)構(gòu)，該參數(shù)可以確定顯示墻的列數(shù)和安裝的結(jié)構(gòu)。

３．安裝空間的縱深尺寸，該參數(shù)可以設(shè)計(jì)調(diào)度臺(tái)的擺放位置和調(diào)度人員的最佳觀看距離。

 

根據(jù)布局設(shè)計(jì)原則，調(diào)度大廳整個(gè)安裝面的高度：９～１０ｍ（從地面到天花吊頂?shù)南卵馗叨?/span> ）；控制臺(tái)擺放完設(shè)備的高度 （各調(diào)度工種均需配置６～８屏  ２４" 液晶顯示器，采用上下二層疊放方案）：１．６ｍ （控制臺(tái)７５０～８００ｍｍ，２個(gè)２４寸液晶顯示器的高度為 ８００ｍｍ）。人的眼睛的高度 １．１～１．２ｍ，為給調(diào)度工作人員提供最佳的觀看條件，其觀看區(qū)域的位置，宜滿足調(diào)度工作人員僅需轉(zhuǎn)動(dòng)眼睛即可看清所有顯示內(nèi)容，即調(diào)度工作人員的縱向視角向上不大于２５°、向下不大于３５°，橫向視角向左不大于３５°、向右不大于３５°。根據(jù)房間的高度、整個(gè)大屏幕系統(tǒng)安裝的方式及布局習(xí)慣，在屏幕 上 沿 到 吊 頂 下 沿 一 般 預(yù) 留 高 度 １０００～２０００ｍｍ ；控制臺(tái)全部設(shè)備擺放完畢后，考慮到調(diào)度人員的觀看效果，大屏幕顯示系統(tǒng)底座高度至少需要在靜電地板以上距離為１８００～２２００ｍｍ。

 

以北京調(diào)度所為例，調(diào)度大廳的顯示單元按照４層考慮，底座高度按照 ２０００ｍｍ考慮，大屏觀看視角≤２５°時(shí)為最佳視角，可以計(jì)算出控制臺(tái)距大屏幕的最近距離 Ｌ ，如圖２所示。

 

 

圖2 視界角度

 

根據(jù)調(diào)度大廳的平面布局及大屏幕安裝面弧長(zhǎng)，考慮到調(diào)度大廳內(nèi)調(diào)度臺(tái)的布置及視角范圍有限，調(diào)度大廳的顯示單元按照４層考慮，安裝面弧長(zhǎng)按照１２０°布置。

 

2.2 控制系統(tǒng)

 

2.2.1 控制方式

 

大屏幕控制系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的調(diào)度管理，根據(jù)需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行分配 、切換、處理，對(duì)圖像顯示參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整，可對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分割、拼接和全屏等多種形式顯示。目前，用于大屏幕顯示系統(tǒng)的拼接控制技術(shù)，按控制方式可分為傳統(tǒng)的集中式控制技術(shù)與分布式控制技術(shù)二大類。

 

方案一。傳統(tǒng)的集中式控制技術(shù)通常由一臺(tái)控制主機(jī)和若干臺(tái)擴(kuò)展機(jī)箱組成，控制主機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理與控制，擴(kuò)展機(jī)箱主要作用是提供各類輸入輸出卡的插槽。集中式控制主機(jī)由于 ＰＣＩ總線帶寬、插槽數(shù)量和ＣＰＵ 速度的制約，其處理能力受到限制，通常只能控制１００臺(tái)以下顯示單元組成的顯示墻，當(dāng)系統(tǒng)輸入信號(hào)的分辨率與數(shù)量要求較高時(shí)，所能控制的顯示墻規(guī)模還將變小。

 

方案二。分布式控制技術(shù)通常按功能可分為信號(hào)處理、信號(hào)顯示、控制、數(shù)據(jù)交換等若干個(gè)功能子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間采用高速網(wǎng)絡(luò)連接，并通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理與控制。分布式控制技術(shù)處理能力非常強(qiáng)，通過(guò)相應(yīng)功能模塊的添加，可使系統(tǒng)不受ＰＣＩ總線帶寬、插槽數(shù)量和ＣＰＵ 速度等的制約，能控制更多臺(tái)顯示單元組成的顯示墻，系統(tǒng)輸入信號(hào)的分辨率與數(shù)量理論上也沒(méi)限制。

 

結(jié)合調(diào)度所信號(hào)源數(shù)量多、接口類型復(fù)雜，顯示單元數(shù)量多等具體特點(diǎn)，采用分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可在以下幾個(gè)方面對(duì)調(diào)度所大屏幕的顯示需求及功能實(shí)現(xiàn)提出解決措施。調(diào)度所大屏幕拼接控制系統(tǒng)主要系統(tǒng)架構(gòu)如圖３所示。

 

 

圖3 大屏幕拼接控制系統(tǒng)架構(gòu)圖

 

2.2.2 多種信號(hào)源接入

 

調(diào)度所需要在大屏幕上顯示的主要有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、計(jì)算機(jī)顯卡信號(hào)及視頻信號(hào)，根據(jù)輸入信號(hào)源的不同，信號(hào)處理系統(tǒng)分為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理模塊、信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)傳輸?shù)礁鱾€(gè)信號(hào)顯示模塊。

 

１．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。針對(duì)調(diào)度所多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的顯示需求，分別設(shè)置運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)、ＣＴＣ系統(tǒng)及ＰＳＣＡＤＡ 系統(tǒng)的應(yīng)用顯示服務(wù)器，通過(guò)在服務(wù)器上運(yùn)行顯示應(yīng)用程序的方法，實(shí)現(xiàn)各類網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的高分辨率顯示。

２．視頻信號(hào)。針對(duì)調(diào)度所視頻信號(hào)的處理要求，采用２ 種方案實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的上屏顯示。一是采用傳統(tǒng)的視頻解碼服務(wù)器和模擬矩陣的方式，對(duì)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)解碼輸出；二是通過(guò)設(shè)置視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)字視頻解碼能力，數(shù)字視頻信號(hào)可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入大屏幕系統(tǒng)視頻服務(wù)器實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的處理顯示，并通過(guò)數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)輸出到大屏幕系統(tǒng)顯示，而無(wú)需預(yù)先通過(guò)解碼器進(jìn)行解碼，最大程度的避免了在此過(guò)程中產(chǎn)生的畫面質(zhì)量損耗，保證了更高質(zhì)量的畫面還原。

３．計(jì)算機(jī)顯卡信號(hào)。針對(duì)各應(yīng)用系統(tǒng)的接入需求，不僅可以通過(guò)各系統(tǒng)與大屏幕顯示系統(tǒng)的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)在調(diào)度大廳設(shè)置的計(jì)算機(jī)顯示終端的顯卡信號(hào)接口實(shí)現(xiàn)在大屏幕系統(tǒng)上的輸出顯示。通過(guò)設(shè)置ＲＧＢ／ＤＶＩ處理器，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)顯卡信號(hào)屏幕顯示的需求。

 

2.2.3 高分辨率顯示為滿足當(dāng)前與未來(lái)應(yīng)用需求，

 

實(shí)現(xiàn)鐵路列車運(yùn)行實(shí)際與 ＧＩＳ數(shù)據(jù)的綜合集成顯示應(yīng)用功能，系統(tǒng)設(shè)置超高分辨率圖像集成顯示服務(wù)器，服務(wù)器配置超高帶寬大容量顯存，超強(qiáng)核心處理器，可保證復(fù)雜的應(yīng)用與大型數(shù)據(jù)集計(jì)算性能，支持的數(shù)據(jù)傳輸速率高，支持紋理渲染，滿足高分辨率與畫質(zhì)的圖像處理能力；支持 ＭＰＥＧ２、Ｈ．２６４、ＭＰＥＧ－４視頻硬件加速，滿足高性能處理能力。

 

2.2.4 高可靠性設(shè)計(jì)大屏幕控制系統(tǒng)是一個(gè)高度綜合化、模塊化的系統(tǒng)。

作為一個(gè)實(shí)時(shí)分布式拼接顯示系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，要求其具有結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性、規(guī)模的可伸縮性、技術(shù)的獨(dú)立性、高可靠性與可維護(hù)性等特點(diǎn)。實(shí)時(shí)分布式拼接顯示系統(tǒng)分成分布式信號(hào)輸入模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、分布式顯示驅(qū)動(dòng)模塊、系統(tǒng)管理模塊等幾大核心軟硬件模塊。

在系統(tǒng)硬件設(shè)備方面，選擇高可靠的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及電源設(shè)備，同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)冗余備份、電源冗余備份等手段來(lái)充分保障硬件設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定可靠。

在系統(tǒng)軟件方面，采用以下幾方面的容錯(cuò)機(jī)制：①采用模塊化設(shè)計(jì)理念；②基于固定的ＩＰ地址和端口號(hào)的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)媒體數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)傳輸；③實(shí)時(shí)檢測(cè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)帶寬負(fù)荷；④利用分散在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)處理傳統(tǒng)拼接顯示系統(tǒng)中的圖像獲取、圖像切割、圖像顯示等功能；⑤系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)隔離，對(duì)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳播的病毒進(jìn)行了物理隔離。

 

2.2.5 可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的分布式網(wǎng)絡(luò)拼

接架構(gòu)利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了大量信號(hào)輸入、應(yīng)用輸入以及支持交互擴(kuò)展等特性，由于采用分布式網(wǎng)絡(luò)拼接架構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)化接口，系統(tǒng)具有承載交互特性、可視化應(yīng)用呈現(xiàn)需求、大量接入／輸出需求的拼接顯示應(yīng)用系統(tǒng)的能力。分布式網(wǎng)絡(luò)拼接架構(gòu)如圖４所示。

 

 

 

當(dāng)系統(tǒng)的顯示屏幕的數(shù)量（４×５）需要增加時(shí)，可先停止系統(tǒng)的多用戶控制系統(tǒng)支持多用戶控制，多個(gè)用戶可以分區(qū)控制一套大屏幕系統(tǒng)。只要在局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)終端上安裝控制端軟件且獲得授權(quán)，就可以對(duì)大屏幕上顯示內(nèi)容進(jìn)行調(diào)用和控制。

原來(lái)的系統(tǒng)，增加顯示節(jié)點(diǎn)數(shù)量 （Ｍ×Ｎ），連通顯示節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，修改配置界面上的拼接顯示的規(guī)模，重新啟動(dòng)系統(tǒng)即可。如圖５所示。

 

 

 

當(dāng)輸入信號(hào)源增加時(shí)，可通過(guò)增加交換傳輸設(shè)備的容量即可滿足增加輸入的需求，如圖６所示。

 

 

 

2.2.6系統(tǒng)的多用戶控制系統(tǒng)支持多用戶控制，多個(gè)用戶可以分區(qū)控制

一套大屏幕系統(tǒng)。只要在局域網(wǎng)內(nèi)的任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)終端上安裝控制端軟件且獲得授權(quán)，就可以對(duì)大屏幕上顯示內(nèi)容進(jìn)行調(diào)用和控制。

 

2.3 傳輸系統(tǒng)

 

傳輸系統(tǒng)是指實(shí)現(xiàn)信號(hào)源 （需顯示的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、計(jì)算機(jī)顯卡輸出信號(hào)和視頻信號(hào)）至控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)至顯示屏系統(tǒng)之間的信號(hào)傳輸。

 

2.3.1 信號(hào)源至控制系統(tǒng)之間

１.  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。針對(duì)運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)、列調(diào)ＣＴＣ系統(tǒng)、電調(diào)ＰＳＣＡＤＡ 系統(tǒng)接入的需求，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入，可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口互聯(lián) 。

２． 計(jì)算機(jī)顯卡輸出信號(hào)。針對(duì)各類需接入應(yīng)用系統(tǒng)顯示工作站的計(jì)算機(jī)顯卡信號(hào)接口采用標(biāo)準(zhǔn)的ＤＶＩ接口，根據(jù)接入應(yīng)用系統(tǒng)顯示工作站與大屏控制室的距離，在應(yīng)用工作站與大屏控制室之間敷設(shè)光纜，并點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)置 ＤＶＩ 數(shù)字光／電轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn) ＤＶＩ 信號(hào)的傳輸。

３．視頻信號(hào)。針對(duì)綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入的需求，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入，即綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與大屏幕系統(tǒng)局域網(wǎng)之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口互聯(lián) 。

 

2.3.2 控制系統(tǒng)至顯示屏系統(tǒng)之間

根據(jù)調(diào)度所大屏幕顯示單元的具體配置，由于各顯示單元至大屏幕控制室之間的距離遠(yuǎn)超過(guò)１５ｍ，采用數(shù)字ＤＶＩ光纖傳輸方案，在各顯示單元與大屏控制室之間敷設(shè)光纜，并點(diǎn)對(duì)點(diǎn)設(shè)置ＤＶＩ數(shù)字光／電轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)ＤＶＩ信號(hào)的傳輸。

 

其他建議

 

大屏幕顯示系統(tǒng)作為集中信息顯示的交流平臺(tái)，在實(shí)時(shí)調(diào)度指揮、決策及信息反饋等方面都起到重要作用。由于Ktoper 大屏幕顯示系統(tǒng)是一個(gè)綜合化、精細(xì)化的系統(tǒng)，為保證該系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，對(duì)周邊安裝環(huán)境有較高的要求。結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際，提出以下建議：

 

１． 安裝設(shè)備的地面要求平整，地面承重荷載需滿足顯示屏、安裝鋼架及維護(hù)人員的重量。建議顯示屏所處的調(diào)度大廳宜采用格調(diào)清新、色調(diào)偏冷、簡(jiǎn)潔明快裝修風(fēng)格。墻面飾板色調(diào)明快，適當(dāng)部位配以吸音材料，墻面啞光為主。顯示墻安裝完成后，需對(duì)投影墻和裝修墻的接口處進(jìn)行收邊處理。收邊材料應(yīng)可以拆卸，以方便大屏幕系統(tǒng)今后的維修。

 

２． 調(diào)度大廳空調(diào)的出風(fēng)口位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離投影墻，所有出風(fēng)口距離投影墻及屏幕不應(yīng)少于３ｍ，并且出風(fēng)口不能直接對(duì)著投影墻及屏幕吹，以避免投影屏幕受冷熱不均勻而損壞或結(jié)露。大屏幕投影墻前方大廳和后面維護(hù)通道均應(yīng)設(shè)有良好的空調(diào)環(huán)境，以保證室內(nèi)環(huán)境達(dá)到投影墻理想工作溫度，并使投影墻前后溫度保持一致。維修通道中建議使用風(fēng)機(jī)，保證大屏幕投影墻后部的空氣循環(huán)。消防噴頭要遠(yuǎn)離投影箱體１ｍ 左右，不使用自動(dòng)噴水噴淋頭，宜采用干粉噴霧滅火劑。

 

３．建議屏幕前面４ｍ內(nèi)為暗區(qū)，燈光不要直接照射到屏幕上，并且盡量不要使用熒光燈。對(duì)于調(diào)度大廳可能射入的戶外光線 （如窗戶），應(yīng)有必要的遮擋措施。顯示單元后部的維修通道應(yīng)具備必要的照明，并具備單獨(dú)的開(kāi)關(guān)。

大屏幕顯示系統(tǒng)的構(gòu)建及實(shí)施應(yīng)確保其高安全可靠性。本文對(duì)調(diào)度大廳大屏幕系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、難點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，介紹了調(diào)度所大屏幕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。為大規(guī)模的大屏幕顯示系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

 

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