作者：周鋒 鐵道第三勘察設計院集團有限公司 工程師

　　為適應調(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，更準確及時地進行各種資源的調(diào)配，增強綜合協(xié)調(diào)的指揮能力，在調(diào)度所調(diào)度大廳設置大屏幕顯示系統(tǒng)，作為集中信息顯示的交流平臺，實現(xiàn)對調(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)。本文通過對調(diào)度所大屏幕顯示系統(tǒng)的設計方案研究，為超大規(guī)模大屏幕顯示系統(tǒng)的建設提供參考依據(jù)。

　　需求分析

　　調(diào)度所大屏幕顯示系統(tǒng)的服務對象主要為調(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 輸 調(diào) 度 管 理 系 統(tǒng)等相關應用系統(tǒng)。另外，大屏幕顯示系統(tǒng)還應具備支持視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應急通信、會議電視接入的能力。大屏幕顯示系統(tǒng)作為集中信息顯示的交流平臺，為實時調(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)應具有以下功能。

　　１．１ 多種應用系統(tǒng)的集中接入與顯示

　　大屏幕顯示系統(tǒng)作為調(diào)度所多種應用系統(tǒng)信息綜合顯示的共享平臺。大屏幕顯示系統(tǒng)應實現(xiàn)運輸調(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)，以及應急通信、會議電視系統(tǒng)等多種應用系統(tǒng)的集中接入與顯示。根據(jù)業(yè)務應用及管理的需求，大屏幕顯示系統(tǒng)應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手段。

　?。保?超大面積高分辨率顯示

　　大屏幕顯示系統(tǒng)應能支持大面積、高分辨率顯示，以滿足在同一時間對多個應用系統(tǒng)的大信息量、實時顯示處理等監(jiān)控需求。

　?。保?統(tǒng)一顯示與分區(qū)顯示

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

　?。保?多信號綜合顯示，靈活性高

　　整個系統(tǒng)支持對多種類型信號的顯示的主流操作系統(tǒng)的計算機圖像信號，各種視頻信號，通過網(wǎng)絡途徑可以實現(xiàn)高分辨率應用畫面的網(wǎng)絡信號顯示。各種信號均可以窗口形式在大屏幕上任意顯示，并進行靈活控制和管理。支持對視頻信號、工作站界面信號以實時直通方式顯示控制，切換操作方便、快捷。

　　設計方案

　　大屏幕顯示系統(tǒng)由顯示單元、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 個主要部分組成，如圖１所示。

　　圖 １ 大屏幕顯示系統(tǒng)架構圖

　　２．１ 顯示屏系統(tǒng)

　　設計初期，針對調(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際工程特點，結合拼接大屏顯示效果，在充分滿足用戶運營維護管理需求的基礎上，由于ＤＬＰ顯示技術成熟、顯示圖像清晰，具有無縫拼接等特點，因此調(diào)度所調(diào)度大廳大屏幕系統(tǒng)采用ＤＬＰ 顯示技術。根據(jù)調(diào)度大廳的安裝環(huán)境及布局，工程中采用８０英寸的顯示單元。

　　顯示屏的布局設計原則如下。

　?。保惭b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)。

　?。玻惭b空間的寬度和結構，該參數(shù)可以確定顯示墻的列數(shù)和安裝的結構。

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

　　根據(jù)布局設計原則，調(diào)度大廳整個安裝面的高度：９～１０ｍ（從地面到天花吊頂?shù)南卵馗叨?）；控制臺擺放完設備的高度 （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７５０～８００ｍｍ，２個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)度工作人員僅需轉動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、整個大屏幕系統(tǒng)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(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

　　根據(jù)調(diào)度大廳的平面布局及大屏幕安裝面弧長，考慮到調(diào)度大廳內(nèi)調(diào)度臺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，安裝面弧長按照１２０°布置。

　　２．２ 控制系統(tǒng)

　?。玻玻?控制方式

　　大屏幕控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)視頻信號的調(diào)度管理，根據(jù)需要對視頻信號進行分配 、切換、處理，對圖像顯示參數(shù)進行設置和調(diào)整，可對輸入信號進行分割、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，按控制方式可分為傳統(tǒng)的集中式控制技術與分布式控制技術二大類。

　　方案一。傳統(tǒng)的集中式控制技術通常由一臺控制主機和若干臺擴展機箱組成，控制主機負責整個系統(tǒng)的管理與控制，擴展機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臺以下顯示單元組成的顯示墻，當系統(tǒng)輸入信號的分辨率與數(shù)量要求較高時，所能控制的顯示墻規(guī)模還將變小。

　　方案二。分布式控制技術通常按功能可分為信號處理、信號顯示、控制、數(shù)據(jù)交換等若干個功能子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)間采用高速網(wǎng)絡連接，并通過服務器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的統(tǒng)一管理與控制。分布式控制技術處理能力非常強，通過相應功能模塊的添加，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，能控制更多臺顯示單元組成的顯示墻，系統(tǒng)輸入信號的分辨率與數(shù)量理論上也沒限制。

　　結合調(diào)度所信號源數(shù)量多、接口類型復雜，顯示單元數(shù)量多等具體特點，采用分布式控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可在以下幾個方面對調(diào)度所大屏幕的顯示需求及功能實現(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)架構如圖３所示。

　　圖３ 大屏幕拼接控制系統(tǒng)架構圖

　?。玻玻?多種信號源接入

　　調(diào)度所需要在大屏幕上顯示的主要有計算機網(wǎng)絡信號、計算機顯卡信號及視頻信號，根據(jù)輸入信號源的不同，信號處理系統(tǒng)分為計算機網(wǎng)絡信號處理模塊、信號，然后通過數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)傳輸?shù)礁鱾€信號顯示模塊。

　?。保嬎銠C網(wǎng)絡信號。針對調(diào)度所多個應用系統(tǒng)的顯示需求，分別設置運輸調(diào)度管理系統(tǒng)、ＣＴＣ系統(tǒng)及ＰＳＣＡＤＡ 系統(tǒng)的應用顯示服務器，通過在服務器上運行顯示應用程序的方法，實現(xiàn)各類網(wǎng)絡信號的高分辨率顯示。

　?。玻曨l信號。針對調(diào)度所視頻信號的處理要求，采用２ 種方案實現(xiàn)視頻信號的上屏顯示。一是采用傳統(tǒng)的視頻解碼服務器和模擬矩陣的方式，對綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號實現(xiàn)解碼輸出；二是通過設置視頻服務器實現(xiàn)數(shù)字視頻解碼能力，數(shù)字視頻信號可以直接通過網(wǎng)絡接入大屏幕系統(tǒng)視頻服務器實現(xiàn)視頻信號的處理顯示，并通過數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)輸出到大屏幕系統(tǒng)顯示，而無需預先通過解碼器進行解碼，最大程度的避免了在此過程中產(chǎn)生的畫面質(zhì)量損耗，保證了更高質(zhì)量的畫面還原。

　?。常嬎銠C顯卡信號。針對各應用系統(tǒng)的接入需求，不僅可以通過各系統(tǒng)與大屏幕顯示系統(tǒng)的接口來實現(xiàn)，還可以通過在調(diào)度大廳設置的計算機顯示終端的顯卡信號接口實現(xiàn)在大屏幕系統(tǒng)上的輸出顯示。通過設置ＲＧＢ／ＤＶＩ處理器，實現(xiàn)計算機顯卡信號屏幕顯示的需求。

　　２．２．３ 高分辨率顯示為滿足當前與未來應用需求，

　　實現(xiàn)鐵路列車運行實際與 ＧＩＳ數(shù)據(jù)的綜合集成顯示應用功能，系統(tǒng)設置超高分辨率圖像集成顯示服務器，服務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(shù)據(jù)集計算性能，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。

　?。玻玻?高可靠性設計大屏幕控制系統(tǒng)是一個高度綜合化、模塊化的系統(tǒng)。作為一個實時分布式拼接顯示系統(tǒng)的基礎平臺，要求其具有結構的開放性、規(guī)模的可伸縮性、技術的獨立性、高可靠性與可維護性等特點。實時分布式拼接顯示系統(tǒng)分成分布式信號輸入模塊、網(wǎng)絡傳輸模塊、分布式顯示驅動模塊、系統(tǒng)管理模塊等幾大核心軟硬件模塊。

　　在系統(tǒng)硬件設備方面，選擇高可靠的服務器、網(wǎng)絡設備及電源設備，同時采用網(wǎng)絡冗余備份、電源冗余備份等手段來充分保障硬件設備運行的穩(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行網(wǎng)絡媒體數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)傳輸；③實時檢測每個節(jié)點的網(wǎng)絡帶寬負荷；④利用分散在網(wǎng)絡中的各個節(jié)點處理傳統(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，對通過互聯(lián)網(wǎng)絡傳播的病毒進行了物理隔離。

　?。玻玻?可擴展性設計系統(tǒng)采用的分布式網(wǎng)絡拼

　　接架構利用標準網(wǎng)絡實現(xiàn)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)絡拼接架構以及標準化接口，系統(tǒng)具有承載交互特性、可視化應用呈現(xiàn)需求、大量接入／輸出需求的拼接顯示應用系統(tǒng)的能力。分布式網(wǎng)絡拼接架構如圖４所示。

　　當系統(tǒng)的顯示屏幕的數(shù)量（４×５）需要增加時，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(nèi)容進行調(diào)用和控制。

　　原來的系統(tǒng)，增加顯示節(jié)點數(shù)量 （Ｍ×Ｎ），連通顯示節(jié)點網(wǎng)絡，修改配置界面上的拼接顯示的規(guī)模，重新啟動系統(tǒng)即可。如圖５所示。

　　當輸入信號源增加時，可通過增加交換傳輸設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(nèi)容進行調(diào)用和控制。

　?。玻?傳輸系統(tǒng)

　　傳輸系統(tǒng)是指實現(xiàn)信號源 （需顯示的計算機網(wǎng)絡信號、計算機顯卡輸出信號和視頻信號）至控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)至顯示屏系統(tǒng)之間的信號傳輸。

　　２．３．１ 信號源至控制系統(tǒng)之間

　　計算機網(wǎng)絡信號。針對運輸調(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，采用計算機網(wǎng)絡信號接入，可通過標準的計算機網(wǎng)絡接口互聯(lián) 。

　?。玻?計算機顯卡輸出信號。針對各類需接入應用系統(tǒng)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(jù)接入應用系統(tǒng)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，并點對點設置 ＤＶＩ 數(shù)字光／電轉換器，實現(xiàn) ＤＶＩ 信號的傳輸。

　?。常曨l信號。針對綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入的需求，采用計算機網(wǎng)絡信號接入，即綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)與大屏幕系統(tǒng)局域網(wǎng)之間通過標準的計算機網(wǎng)絡接口互聯(lián) 。

　?。玻常?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超過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光纜，并點對點設置ＤＶＩ數(shù)字光／電轉換器，實現(xiàn)ＤＶＩ信號的傳輸。

　　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，在實時調(diào)度指揮、決策及信息反饋等方面都起到重要作用。由于大屏幕顯示系統(tǒng)是一個綜合化、精細化的系統(tǒng)，為保證該系統(tǒng)能夠正常運行，對周邊安裝環(huán)境有較高的要求。結合工程建設實際，提出以下建議：

　?。保?安裝設備的地面要求平整，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、簡潔明快裝修風格。墻面飾板色調(diào)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行收邊處理。收邊材料應可以拆卸，以方便大屏幕系統(tǒng)今后的維修。

　?。玻?調(diào)度大廳空調(diào)的出風口位置應盡量遠離投影墻，所有出風口距離投影墻及屏幕不應少于３ｍ，并且出風口不能直接對著投影墻及屏幕吹，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(diào)環(huán)境，以保證室內(nèi)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，不使用自動噴水噴淋頭，宜采用干粉噴霧滅火劑。

　?。常ㄗh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。對于調(diào)度大廳可能射入的戶外光線 （如窗戶），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，并具備單獨的開關。

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