作者：周鋒 鐵道第三勘察設計院集團有限公司 工程師

　　為適應調度指揮的需求，提高調度指揮效率及處理突發事件的工作效率，更準確及時地進行各種資源的調配，增強綜合協調的指揮能力，在調度所調度大廳設置大屏幕顯示系統，作為集中信息顯示的交流平臺，實現對調度所管轄范圍內的統一調度指揮、綜合監控、管理與協調。本文通過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對象主要為調度大廳內的各工種調度人員、參觀人員及維護管理人員，為提高綜合協調的指揮能力，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，為實時調度指揮、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、會議電視系統等多種應用系統的集中接入與顯示。根據業務應用及管理的需求，大屏幕顯示系統應提供集中管理及按專業管理、控制大屏幕顯示的功能及技術手段。

　　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，以滿足在同一時間對多個應用系統的大信息量、實時顯示處理等監控需求。

　　１．３ 統一顯示與分區顯示

　　整個顯示系統可作為統一顯示平臺整屏顯示某種信號，同時，可劃分為多個功能區進行分區分散管理，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

　　整個系統支持對多種類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，通過網絡途徑可以實現高分辨率應用畫面的網絡信號顯示。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

　　大屏幕顯示系統由顯示單元、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

　　設計初期，針對調度大廳顯示面積大、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，因此調度所調度大廳大屏幕系統采用ＤＬＰ 顯示技術。根據調度大廳的安裝環境及布局，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。

　　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看距離。

　　根據布局設計原則，調度大廳整個安裝面的高度：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看條件，其觀看區域的位置，宜滿足調度工作人員僅需轉動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

　　根據調度大廳的平面布局及大屏幕安裝面弧長，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現視頻信號的調度管理，根據需要對視頻信號進行分配 、切換、處理，對圖像顯示參數進行設置和調整，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的拼接控制技術，按控制方式可分為傳統的集中式控制技術與分布式控制技術二大類。

　　方案一。傳統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，所能控制的顯示墻規模還將變小。

　　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、數據交換等若干個功能子系統，各子系統間采用高速網絡連接，并通過服務器實現整個系統的統一管理與控制。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，可使系統不受ＰＣＩ總線帶寬、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限制。

　　結合調度所信號源數量多、接口類型復雜，顯示單元數量多等具體特點，采用分布式控制系統，系統可在以下幾個方面對調度所大屏幕的顯示需求及功能實現提出解決措施。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絡信號、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絡信號處理模塊、信號，然后通過數據交換子系統傳輸到各個信號顯示模塊。

　　１．計算機網絡信號。針對調度所多個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器，通過在服務器上運行顯示應用程序的方法，實現各類網絡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 種方案實現視頻信號的上屏顯示。一是采用傳統的視頻解碼服務器和模擬矩陣的方式，對綜合視頻監控系統的視頻信號實現解碼輸出；二是通過設置視頻服務器實現數字視頻解碼能力，數字視頻信號可以直接通過網絡接入大屏幕系統視頻服務器實現視頻信號的處理顯示，并通過數據交換子系統輸出到大屏幕系統顯示，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生的畫面質量損耗，保證了更高質量的畫面還原。

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

　　２．２．３ 高分辨率顯示為滿足當前與未來應用需求，

　　實現鐵路列車運行實際與 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據集計算性能，支持的數據傳輸速率高，支持紋理渲染，滿足高分辨率與畫質的圖像處理能力；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 高可靠性設計大屏幕控制系統是一個高度綜合化、模塊化的系統。作為一個實時分布式拼接顯示系統的基礎平臺，要求其具有結構的開放性、規模的可伸縮性、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分成分布式信號輸入模塊、網絡傳輸模塊、分布式顯示驅動模塊、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，選擇高可靠的服務器、網絡設備及電源設備，同時采用網絡冗余備份、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行網絡媒體數據流數據傳輸；③實時檢測每個節點的網絡帶寬負荷；④利用分散在網絡中的各個節點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系統和互聯網隔離，對通過互聯網絡傳播的病毒進行了物理隔離。

　　２．２．５ 可擴展性設計系統采用的分布式網絡拼

　　接架構利用標準網絡實現了大量信號輸入、應用輸入以及支持交互擴展等特性，由于采用分布式網絡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。分布式網絡拼接架構如圖４所示。

　　當系統的顯示屏幕的數量（４×５）需要增加時，可先停止系統的多用戶控制系統支持多用戶控制，多個用戶可以分區控制一套大屏幕系統。只要在局域網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行調用和控制。

　　原來的系統，增加顯示節點數量 （Ｍ×Ｎ），連通顯示節點網絡，修改配置界面上的拼接顯示的規模，重新啟動系統即可。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 系統的多用戶控制系統支持多用戶控制，多個用戶可以分區控制

　　一套大屏幕系統。只要在局域網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行調用和控制。

　　２．３ 傳輸系統

　　傳輸系統是指實現信號源 （需顯示的計算機網絡信號、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

　　計算機網絡信號。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，采用計算機網絡信號接入，可通過標準的計算機網絡接口互聯 。

　　２． 計算機顯卡輸出信號。針對各類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，并點對點設置 ＤＶＩ 數字光／電轉換器，實現 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，采用計算機網絡信號接入，即綜合視頻監控系統與大屏幕系統局域網之間通過標準的計算機網絡接口互聯 。

　　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，并點對點設置ＤＶＩ數字光／電轉換器，實現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，在實時調度指揮、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是一個綜合化、精細化的系統，為保證該系統能夠正常運行，對周邊安裝環境有較高的要求。結合工程建設實際，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、簡潔明快裝修風格。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環境，以保證室內環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。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。

　　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。

　　大屏幕顯示系統的構建及實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、難點等方面進行分析，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。