為適應調度指揮的需求，提高調度指揮效率及處理突發(fā)事件的工作效率，更準確及時(shí)地進(jìn)行各種資源的調配，增強綜合協(xié)調的指揮能力，在調度所調度大廳設置LED大屏幕顯示系統，作為集中信息顯示的交流平臺，實(shí)現對調度所管轄范圍內的統一調度指揮、綜合監控、管理與協(xié)調。本文通過(guò)對調度所大屏幕顯示系統的設計方案研究，為超大規模大屏幕顯示系統的建設提供參考依據。

 

需求分析

 

調度所大屏幕顯示系統的服務(wù)對象主要為調度大廳內的各工種調度人員、參觀(guān)人員及維護管理人員，為提高綜合協(xié)調的指揮能力，大屏幕顯示系統需支持運輸調度管理系統等相關(guān)應用系統。另外，大屏幕顯示系統還應具備支持視頻監控系統、應急通信、會(huì )議電視接入的能力。大屏幕顯示系統作為集中信息顯示的交流平臺，為實(shí)時(shí)調度指揮、決策及信息反饋等方面都起到重要作用。大屏幕顯示系統應具有以下功能。

 

1.1多種應用系統的集中接入與顯示

 

大屏幕顯示系統作為調度所多種應用系統信息綜合顯示的共享平臺。大屏幕顯示系統應實(shí)現運輸調度管理系統、ＣＴＣ／ＴＤＣＳ 系統、ＰＳＣＡＤＡ 系統的接入，多套視頻監控系統，以及應急通信、會(huì )議電視系統等多種應用系統的集中接入與顯示。根據業(yè)務(wù)應用及管理的需求，大屏幕顯示系統應提供集中管理及按專(zhuān)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  

 

大屏幕顯示系統應能支持大面積、高分辨率顯示，以滿(mǎn)足在同一時(shí)間對多個(gè)應用系統的大信息量、實(shí)時(shí)顯示處理等監控需求。

 

1.3統一顯示與分區顯示

 

整個(gè)顯示系統可作為統一顯示平臺整屏顯示某種信號，同時(shí)，可劃分為多個(gè)功能區進(jìn)行分區分散管理，各功能區將按照功能需要顯示各種信號。

 

1.4 多信號綜合顯示，靈活性高

 

整個(gè)系統支持對多種類(lèi)型信號的顯示的主流操作系統的計算機圖像信號，各種視頻信號，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )途徑可以實(shí)現高分辨率應用畫(huà)面的網(wǎng)絡(luò )信號顯示。各種信號均可以窗口形式在LED全彩顯示屏上任意顯示，并進(jìn)行靈活控制和管理。支持對視頻信號、工作站界面信號以實(shí)時(shí)直通方式顯示控制，切換操作方便、快捷。

 

設計方案

 

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

 

 

圖1 大屏幕顯示系統架構圖

 

2.1顯示屏系統(開(kāi)拓普提供)

 

設計初期，針對調度大廳顯示面積大、顯示信息種類(lèi)多、圖像清晰度要求高等實(shí)際工程特點(diǎn)，結合拼接大屏顯示效果，在充分滿(mǎn)足用戶(hù)運營(yíng)維護管理需求的基礎上，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)，因此調度所調度大廳大屏幕系統采用微間距顯示技術(shù)。根據調度大廳的安裝環(huán)境及布局，工程中采用P1.67的顯示單元或更高清顯示屏。

 

顯示屏的布局設計原則如下。

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

２．安裝空間的寬度和結構，該參數可以確定顯示墻的列數和安裝的結構。

３．安裝空間的縱深尺寸，該參數可以設計調度臺的擺放位置和調度人員的最佳觀(guān)看距離。

 

根據布局設計原則，調度大廳整個(gè)安裝面的高度：９～１０ｍ（從地面到天花吊頂的下沿高度 ）；控制臺擺放完設備的高度 （各調度工種均需配置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，為給調度工作人員提供最佳的觀(guān)看條件，其觀(guān)看區域的位置，宜滿(mǎn)足調度工作人員僅需轉動(dòng)眼睛即可看清所有顯示內容，即調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°。根據房間的高度、整個(gè)大屏幕系統安裝的方式及布局習慣，在屏幕 上 沿 到 吊 頂 下 沿 一 般 預 留 高 度 １０００～２０００ｍｍ ；控制臺全部設備擺放完畢后，考慮到調度人員的觀(guān)看效果，大屏幕顯示系統底座高度至少需要在靜電地板以上距離為１８００～２２００ｍｍ。

 

以北京調度所為例，調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(guān)看視角≤２５°時(shí)為最佳視角，可以計算出控制臺距大屏幕的最近距離 Ｌ ，如圖２所示。

 

 

圖2 視界角度

 

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

 

2.2 控制系統

 

2.2.1 控制方式

 

大屏幕控制系統用于實(shí)現視頻信號的調度管理，根據需要對視頻信號進(jìn)行分配 、切換、處理，對圖像顯示參數進(jìn)行設置和調整，可對輸入信號進(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的拼接控制技術(shù)，按控制方式可分為傳統的集中式控制技術(shù)與分布式控制技術(shù)二大類(lèi)。

 

方案一。傳統的集中式控制技術(shù)通常由一臺控制主機和若干臺擴展機箱組成，控制主機負責整個(gè)系統的管理與控制，擴展機箱主要作用是提供各類(lèi)輸入輸出卡的插槽。集中式控制主機由于 ＰＣＩ總線(xiàn)帶寬、插槽數量和ＣＰＵ 速度的制約，其處理能力受到限制，通常只能控制１００臺以下顯示單元組成的顯示墻，當系統輸入信號的分辨率與數量要求較高時(shí)，所能控制的顯示墻規模還將變小。

 

方案二。分布式控制技術(shù)通常按功能可分為信號處理、信號顯示、控制、數據交換等若干個(gè)功能子系統，各子系統間采用高速網(wǎng)絡(luò )連接，并通過(guò)服務(wù)器實(shí)現整個(gè)系統的統一管理與控制。分布式控制技術(shù)處理能力非常強，通過(guò)相應功能模塊的添加，可使系統不受ＰＣＩ總線(xiàn)帶寬、插槽數量和ＣＰＵ 速度等的制約，能控制更多臺顯示單元組成的顯示墻，系統輸入信號的分辨率與數量理論上也沒(méi)限制。

 

結合調度所信號源數量多、接口類(lèi)型復雜，顯示單元數量多等具體特點(diǎn)，采用分布式控制系統，系統可在以下幾個(gè)方面對調度所大屏幕的顯示需求及功能實(shí)現提出解決措施。調度所大屏幕拼接控制系統主要系統架構如圖３所示。

 

 

圖3 大屏幕拼接控制系統架構圖

 

2.2.2 多種信號源接入

 

調度所需要在大屏幕上顯示的主要有計算機網(wǎng)絡(luò )信號、計算機顯卡信號及視頻信號，根據輸入信號源的不同，信號處理系統分為計算機網(wǎng)絡(luò )信號處理模塊、信號，然后通過(guò)數據交換子系統傳輸到各個(gè)信號顯示模塊。

 

１．計算機網(wǎng)絡(luò )信號。針對調度所多個(gè)應用系統的顯示需求，分別設置運輸調度管理系統、ＣＴＣ系統及ＰＳＣＡＤＡ 系統的應用顯示服務(wù)器，通過(guò)在服務(wù)器上運行顯示應用程序的方法，實(shí)現各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )信號的高分辨率顯示。

２．視頻信號。針對調度所視頻信號的處理要求，采用２ 種方案實(shí)現視頻信號的上屏顯示。一是采用傳統的視頻解碼服務(wù)器和模擬矩陣的方式，對綜合視頻監控系統的視頻信號實(shí)現解碼輸出；二是通過(guò)設置視頻服務(wù)器實(shí)現數字視頻解碼能力，數字視頻信號可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接入大屏幕系統視頻服務(wù)器實(shí)現視頻信號的處理顯示，并通過(guò)數據交換子系統輸出到大屏幕系統顯示，而無(wú)需預先通過(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(huà)面質(zhì)量損耗，保證了更高質(zhì)量的畫(huà)面還原。

３．計算機顯卡信號。針對各應用系統的接入需求，不僅可以通過(guò)各系統與大屏幕顯示系統的接口來(lái)實(shí)現，還可以通過(guò)在調度大廳設置的計算機顯示終端的顯卡信號接口實(shí)現在大屏幕系統上的輸出顯示。通過(guò)設置ＲＧＢ／ＤＶＩ處理器，實(shí)現計算機顯卡信號屏幕顯示的需求。

 

2.2.3 高分辨率顯示為滿(mǎn)足當前與未來(lái)應用需求，

 

實(shí)現鐵路列車(chē)運行實(shí)際與 ＧＩＳ數據的綜合集成顯示應用功能，系統設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，超強核心處理器，可保證復雜的應用與大型數據集計算性能，支持的數據傳輸速率高，支持紋理渲染，滿(mǎn)足高分辨率與畫(huà)質(zhì)的圖像處理能力；支持 ＭＰＥＧ２、Ｈ．２６４、ＭＰＥＧ－４視頻硬件加速，滿(mǎn)足高性能處理能力。

 

2.2.4 高可靠性設計大屏幕控制系統是一個(gè)高度綜合化、模塊化的系統。

作為一個(gè)實(shí)時(shí)分布式拼接顯示系統的基礎平臺，要求其具有結構的開(kāi)放性、規模的可伸縮性、技術(shù)的獨立性、高可靠性與可維護性等特點(diǎn)。實(shí)時(shí)分布式拼接顯示系統分成分布式信號輸入模塊、網(wǎng)絡(luò )傳輸模塊、分布式顯示驅動(dòng)模塊、系統管理模塊等幾大核心軟硬件模塊。

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

在系統軟件方面，采用以下幾方面的容錯機制：①采用模塊化設計理念；②基于固定的ＩＰ地址和端口號的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )媒體數據流數據傳輸；③實(shí)時(shí)檢測每個(gè)節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )帶寬負荷；④利用分散在網(wǎng)絡(luò )中的各個(gè)節點(diǎn)處理傳統拼接顯示系統中的圖像獲取、圖像切割、圖像顯示等功能；⑤系統和互聯(lián)網(wǎng)隔離，對通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )傳播的病毒進(jìn)行了物理隔離。

 

2.2.5 可擴展性設計系統采用的分布式網(wǎng)絡(luò )拼

接架構利用標準網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了大量信號輸入、應用輸入以及支持交互擴展等特性，由于采用分布式網(wǎng)絡(luò )拼接架構以及標準化接口，系統具有承載交互特性、可視化應用呈現需求、大量接入／輸出需求的拼接顯示應用系統的能力。分布式網(wǎng)絡(luò )拼接架構如圖４所示。

 

 

 

當系統的顯示屏幕的數量（４×５）需要增加時(shí)，可先停止系統的多用戶(hù)控制系統支持多用戶(hù)控制，多個(gè)用戶(hù)可以分區控制一套大屏幕系統。只要在局域網(wǎng)內的任何一臺計算機終端上安裝控制端軟件且獲得授權，就可以對大屏幕上顯示內容進(jìn)行調用和控制。

原來(lái)的系統，增加顯示節點(diǎn)數量 （Ｍ×Ｎ），連通顯示節點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )，修改配置界面上的拼接顯示的規模，重新啟動(dòng)系統即可。如圖５所示。

 

 

 

當輸入信號源增加時(shí)，可通過(guò)增加交換傳輸設備的容量即可滿(mǎn)足增加輸入的需求，如圖６所示。

 

 

 

2.2.6系統的多用戶(hù)控制系統支持多用戶(hù)控制，多個(gè)用戶(hù)可以分區控制

一套大屏幕系統。只要在局域網(wǎng)內的任何一臺計算機終端上安裝控制端軟件且獲得授權，就可以對大屏幕上顯示內容進(jìn)行調用和控制。

 

2.3 傳輸系統

 

傳輸系統是指實(shí)現信號源 （需顯示的計算機網(wǎng)絡(luò )信號、計算機顯卡輸出信號和視頻信號）至控制系統、控制系統至顯示屏系統之間的信號傳輸。

 

2.3.1 信號源至控制系統之間

１.  計算機網(wǎng)絡(luò )信號。針對運輸調度管理系統、列調ＣＴＣ系統、電調ＰＳＣＡＤＡ 系統接入的需求，采用計算機網(wǎng)絡(luò )信號接入，可通過(guò)標準的計算機網(wǎng)絡(luò )接口互聯(lián) 。

２． 計算機顯卡輸出信號。針對各類(lèi)需接入應用系統顯示工作站的計算機顯卡信號接口采用標準的ＤＶＩ接口，根據接入應用系統顯示工作站與大屏控制室的距離，在應用工作站與大屏控制室之間敷設光纜，并點(diǎn)對點(diǎn)設置 ＤＶＩ 數字光／電轉換器，實(shí)現 ＤＶＩ 信號的傳輸。

３．視頻信號。針對綜合視頻監控系統接入的需求，采用計算機網(wǎng)絡(luò )信號接入，即綜合視頻監控系統與大屏幕系統局域網(wǎng)之間通過(guò)標準的計算機網(wǎng)絡(luò )接口互聯(lián) 。

 

2.3.2 控制系統至顯示屏系統之間

根據調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超過(guò)１５ｍ，采用數字ＤＶＩ光纖傳輸方案，在各顯示單元與大屏控制室之間敷設光纜，并點(diǎn)對點(diǎn)設置ＤＶＩ數字光／電轉換器，實(shí)現ＤＶＩ信號的傳輸。

 

其他建議

 

大屏幕顯示系統作為集中信息顯示的交流平臺，在實(shí)時(shí)調度指揮、決策及信息反饋等方面都起到重要作用。由于Ktoper 大屏幕顯示系統是一個(gè)綜合化、精細化的系統，為保證該系統能夠正常運行，對周邊安裝環(huán)境有較高的要求。結合工程建設實(shí)際，提出以下建議：

 

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

 

２． 調度大廳空調的出風(fēng)口位置應盡量遠離投影墻，所有出風(fēng)口距離投影墻及屏幕不應少于３ｍ，并且出風(fēng)口不能直接對著(zhù)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露。大屏幕投影墻前方大廳和后面維護通道均應設有良好的空調環(huán)境，以保證室內環(huán)境達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，保證大屏幕投影墻后部的空氣循環(huán)。消防噴頭要遠離投影箱體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內為暗區，燈光不要直接照射到屏幕上，并且盡量不要使用熒光燈。對于調度大廳可能射入的戶(hù)外光線(xiàn) （如窗戶(hù)），應有必要的遮擋措施。顯示單元后部的維修通道應具備必要的照明，并具備單獨的開(kāi)關(guān)。

大屏幕顯示系統的構建及實(shí)施應確保其高安全可靠性。本文對調度大廳大屏幕系統的系統架構、設計特點(diǎn)、難點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，介紹了調度所大屏幕系統的設計方案。為大規模的大屏幕顯示系統的工程設計提供參考和借鑒。

 

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