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详解调度中心大屏幕显示系统的建设方案
更新时间:2017-07-07  浏览次数:

为适应调度指挥的需求,提高调度指挥效率及处理突发事件的工作效率,更准确及时地进行各种资源的调配,增强综合协调的指挥能力,在调度所调度大厅设置大屏幕显示系统,作为集中信息显示的交流平台,实现对调度所管辖范围内的统一调度指挥、综合监控、管理与协调。本文通过对调度所大屏幕显示系统的设计方案研究,为超大规模大屏幕显示系统的建设提供参考依据。


需求分析


调度所大屏幕显示系统的服务对象主要为调度大厅内的各工种调度人员、参观人员及维护管理人员,为提高综合协调的指挥能力,大屏幕显示系统需支 持 运 输 调 度 管 理 系 统等相关应用系统。另外,大屏幕显示系统还应具备支撑视频监控系统、应急通信、会议电视接入的能力。大屏幕显示系统作为集中信息显示的交流平台,为实时调度指挥、决策及信息反馈等方面都起到重要作用。大屏幕显示系统应具有以下功能。


1.1 多种应用系统的集中接入与显示


大屏幕显示系统作为调度所多种应用系统信息综合显示的共享平台。大屏幕显示系统应实现运输调度管理系统、CTC/TDCS 系统、PSCADA 系统的接入,多套视频监控系统,以及应急通信、会议电视系统等多种应用系统的集中接入与显示。根据业务应用及管理的需求,大屏幕显示系统应提供集中管理及按专业管理、控制大屏幕显示的功能及技术手段。


1.2 超大面积高分辨率显示


大屏幕显示系统应能支撑大面积、高分辨率显示,以满足在同一时间对多个应用系统的大信息量、实时显示处理等监控需求。


1.3 统一显示与分区显示


整个显示系统可作为统一显示平台整屏显示某种信号,同时,可划分为多个功能区进行分区分散管理,各功能区将按照功能需要显示各种信号。


1.4 多信号综合显示,灵活性高


整个系统支撑对多种类型信号的显示的主流操作系统的计算机图像信号,各种视频信号,通过网络途径可以实现高分辨率应用画面的网络信号显示。各种信号均可以窗口形式在大屏幕上任意显示,并进行灵活控制和管理。支撑对视频信号、工作站界面信号以实时直通方式显示控制,切换操作方便、快捷。


设计方案


大屏幕显示系统由显示单元、传输系统、控制系统 (含图像处理及显示App)及辅助系统 4 个主要部分组成,如图1所示。


图1.jpg

图 1 大屏幕显示系统架构图


2.1 显示屏系统


设计初期,针对调度大厅显示面积大、显示信息种类多、图像清晰度要求高等实际工程特点,结合拼接大屏显示效果,在充分满足用户运营维护管理需求的基础上,由于DLP显示技术成熟、显示图像清晰,具有无缝拼接等特点,因此调度所调度大厅大屏幕系统采用DLP 显示技术。根据调度大厅的安装环境及布局,工程中采用80英寸的显示单元。


显示屏的布局设计原则如下。

1.安装空间的净高度 (承重地板至吊顶),该参数可以确定显示单元的尺寸和显示墙的行数。

2.安装空间的宽度和结构,该参数可以确定显示墙的列数和安装的结构。

3.安装空间的纵深尺寸,该参数可以设计调度台的摆放位置和调度人员的最佳观看距离。


根据布局设计原则,调度大厅整个安装面的高度:9~10m(从地面到天花吊顶的下沿高度 );控制台摆放完设备的高度 (各调度工种均需配置6~8屏  24" 液晶显示器,采用上下二层叠放方案):1.6m (控制台750~800mm,2个24寸液晶显示器的高度为 800mm)。人的眼睛的高度 1.1~1.2m,为给调度工作人员提供最佳的观看条件,其观看区域的位置,宜满足调度工作人员仅需转动眼睛即可看清所有显示内容,即调度工作人员的纵向视角向上不大于25°、向下不大于35°,横向视角向左不大于35°、向右不大于35°。根据房间的高度、整个大屏幕系统安装的方式及布局习惯,在屏幕 上 沿 到 吊 顶 下 沿 一 般 预 留 高 度 1000~2000mm ;控制台全部设备摆放完毕后,考虑到调度人员的观看效果,大屏幕显示系统底座高度至少需要在静电地板以上距离为1800~2200mm。


以北京调度所为例,调度大厅的显示单元按照4层考虑,底座高度按照 2000mm考虑,大屏观看视角≤25°时为最佳视角,可以计算出控制台距大屏幕的最近距离 L ,如图2所示。


图2.jpg

图2


根据调度大厅的平面布局及大屏幕安装面弧长,考虑到调度大厅内调度台的布置及视角范围有限,调度大厅的显示单元按照4层考虑,安装面弧长按照120°布置。


2.2 控制系统


2.2.1 控制方式


大屏幕控制系统用于实现视频信号的调度管理,根据需要对视频信号进行分配 、切换、处理,对图像显示参数进行设置和调整,可对输入信号进行分割、拼接和全屏等多种形式显示。目前,用于大屏幕显示系统的拼接控制技术,按控制方式可分为传统的集中式控制技术与分布式控制技术二大类。


方案一。传统的集中式控制技术通常由一台控制主机和若干台扩展机箱组成,控制主机负责整个系统的管理与控制,扩展机箱主要作用是提供各类输入输出卡的插槽。集中式控制主机由于 PCI总线带宽、插槽数量和CPU 速度的制约,其处理能力受到限制,通常只能控制100台以下显示单元组成的显示墙,当系统输入信号的分辨率与数量要求较高时,所能控制的显示墙规模还将变小。


方案二。分布式控制技术通常按功能可分为信号处理、信号显示、控制、数据交换等若干个功能子系统,各子系统间采用高速网络连接,并通过服务器实现整个系统的统一管理与控制。分布式控制技术处理能力非常强,通过相应功能模块的添加,可使系统不受PCI总线带宽、插槽数量和CPU 速度等的制约,能控制更多台显示单元组成的显示墙,系统输入信号的分辨率与数量理论上也没限制。


结合调度所信号源数量多、接口类型复杂,显示单元数量多等具体特点,采用分布式控制系统,系统可在以下几个方面对调度所大屏幕的显示需求及功能实现提出解决措施。调度所大屏幕拼接控制系统主要系统架构如图3所示。


图3.jpg

图3 大屏幕拼接控制系统架构图


2.2.2 多种信号源接入


调度所需要在大屏幕上显示的主要有计算机网络信号、计算机显卡信号及视频信号,根据输入信号源的不同,信号处理系统分为计算机网络信号处理模块、信号,然后通过数据交换子系统传输到各个信号显示模块。


1.计算机网络信号。针对调度所多个应用系统的显示需求,分别设置运输调度管理系统、CTC系统及PSCADA 系统的应用显示服务器,通过在服务器上运行显示应用程序的方法,实现各类网络信号的高分辨率显示。

2.视频信号。针对调度所视频信号的处理要求,采用2 种方案实现视频信号的上屏显示。一是采用传统的视频解码服务器和模拟矩阵的方式,对综合视频监控系统的视频信号实现解码输出;二是通过设置视频服务器实现数字视频解码能力,数字视频信号可以直接通过网络接入大屏幕系统视频服务器实现视频信号的处理显示,并通过数据交换子系统输出到大屏幕系统显示,而无需预先通过解码器进行解码,最大程度的避免了在此过程中产生的画面质量损耗,保证了更高质量的画面还原。

3.计算机显卡信号。针对各应用系统的接入需求,不仅可以通过各系统与大屏幕显示系统的接口来实现,还可以通过在调度大厅设置的计算机显示终端的显卡信号接口实现在大屏幕系统上的输出显示。通过设置RGB/DVI处理器,实现计算机显卡信号屏幕显示的需求。


2.2.3 高分辨率显示为满足当前与未来应用需求,


实现铁路列车运行实际与 GIS数据的综合集成显示应用功能,系统设置超高分辨率图像集成显示服务器,服务器配置超高带宽大容量显存,超强核心处理器,可保证复杂的应用与大型数据集计算性能,支撑的数据传输速率高,支撑纹理渲染,满足高分辨率与画质的图像处理能力;支撑 MPEG2、H.264、MPEG-4视频硬件加速,满足高性能处理能力。


2.2.4 高可靠性设计大屏幕控制系统是一个高度综合化、模块化的系统。作为一个实时分布式拼接显示系统的基础平台,要求其具有结构的开放性、规模的可伸缩性、技术的独立性、高可靠性与可维护性等特点。实时分布式拼接显示系统分成分布式信号输入模块、网络传输模块、分布式显示驱动模块、系统管理模块等几大核心软硬件模块。

在系统硬件设备方面,选择高可靠的服务器、网络设备及电源设备,同时采用网络冗余备份、电源冗余备份等手段来充分保障硬件设备运行的稳定可靠。

在系统App方面,采用以下几方面的容错机制:①采用模块化设计理念;②基于固定的IP地址和端口号的方式进行网络媒体数据流数据传输;③实时检测每个节点的网络带宽负荷;④利用分散在网络中的各个节点处理传统拼接显示系统中的图像获取、图像切割、图像显示等功能;⑤系统和互联网隔离,对通过互联网络传播的病毒进行了物理隔离。


2.2.5 可扩展性设计系统采用的分布式网络拼

接架构利用标准网络实现了大量信号输入、应用输入以及支撑交互扩展等特性,由于采用分布式网络拼接架构以及标准化接口,系统具有承载交互特性、可视化应用呈现需求、大量接入/输出需求的拼接显示应用系统的能力。分布式网络拼接架构如图4所示。


图4.jpg


当系统的显示屏幕的数量(4×5)需要增加时,可先停止系统的多用户控制系统支撑多用户控制,多个用户可以分区控制一套大屏幕系统。只要在局域网内的任何一台计算机终端上安装控制端App且获得授权,就可以对大屏幕上显示内容进行调用和控制。

原来的系统,增加显示节点数量 (M×N),连通显示节点网络,修改配置界面上的拼接显示的规模,重新启动系统即可。如图5所示。


图5.jpg


当输入信号源增加时,可通过增加交换传输设备的容量即可满足增加输入的需求,如图6所示。


图6.jpg


2.2.6 系统的多用户控制系统支撑多用户控制,多个用户可以分区控制

一套大屏幕系统。只要在局域网内的任何一台计算机终端上安装控制端App且获得授权,就可以对大屏幕上显示内容进行调用和控制。


2.3 传输系统


传输系统是指实现信号源 (需显示的计算机网络信号、计算机显卡输出信号和视频信号)至控制系统、控制系统至显示屏系统之间的信号传输。


2.3.1 信号源至控制系统之间

1.  计算机网络信号。针对运输调度管理系统、列调CTC系统、电调PSCADA 系统接入的需求,采用计算机网络信号接入,可通过标准的计算机网络接口互联 。

2. 计算机显卡输出信号。针对各类需接入应用系统显示工作站的计算机显卡信号接口采用标准的DVI接口,根据接入应用系统显示工作站与大屏控制室的距离,在应用工作站与大屏控制室之间敷设光缆,并点对点设置 DVI 数字光/电转换器,实现 DVI 信号的传输。

3.视频信号。针对综合视频监控系统接入的需求,采用计算机网络信号接入,即综合视频监控系统与大屏幕系统局域网之间通过标准的计算机网络接口互联 。


2.3.2 控制系统至显示屏系统之间

根据调度所大屏幕显示单元的具体配置,由于各显示单元至大屏幕控制室之间的距离远超过15m,采用数字DVI光纤传输方案,在各显示单元与大屏控制室之间敷设光缆,并点对点设置DVI数字光/电转换器,实现DVI信号的传输。


其他建议


大屏幕显示系统作为集中信息显示的交流平台,在实时调度指挥、决策及信息反馈等方面都起到重要作用。由于大屏幕显示系统是一个综合化、精细化的系统,为保证该系统能够正常运行,对周边安装环境有较高的要求。结合工程建设实际,提出以下建议:


1. 安装设备的地面要求平整,地面承重荷载需满足显示屏、安装钢架及维护人员的重量。建议显示屏所处的调度大厅宜采用格调清新、色调偏冷、简洁明快装修风格。墙面饰板色调明快,适当部位配以吸音材料,墙面哑光为主。显示墙安装完成后,需对投影墙和装修墙的接口处进行收边处理。收边材料应可以拆卸,以方便大屏幕系统今后的维修。


2. 调度大厅空调的出风口位置应尽量远离投影墙,所有出风口距离投影墙及屏幕不应少于3m,并且出风口不能直接对着投影墙及屏幕吹,以避免投影屏幕受冷热不均匀而损坏或结露。大屏幕投影墙前方大厅和后面维护通道均应设有良好的空调环境,以保证室内环境达到投影墙理想工作温度,并使投影墙前后温度保持一致。维修通道中建议使用风机,保证大屏幕投影墙后部的空气循环。消防喷头要远离投影箱体1m 左右,不使用自动喷水喷淋头,宜采用干粉喷雾灭火剂。


3.建议屏幕前面4m内为暗区,灯光不要直接照射到屏幕上,并且尽量不要使用荧光灯。对于调度大厅可能射入的户外光线 (如窗户),应有必要的遮挡措施。显示单元后部的维修通道应具备必要的照明,并具备单独的开关。

大屏幕显示系统的构建及实施应确保其高安全可靠性。本文对调度大厅大屏幕系统的系统架构、设计特点、难点等方面进行分析,先容了调度所大屏幕系统的设计方案。为大规模的大屏幕显示系统的工程设计提供参考和借鉴。


编辑:周锋  铁道第三勘察设计院集团有限企业  工程师

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