基于小間距LED顯示屏的智慧城市設計方案

□ 文/陳枕鎮(zhèn)

屏顯技術助力智慧城市可視化平臺

智慧城市運行中心是數(shù)字化向更高層次的發(fā)展，核心是體現(xiàn)以人為本、智能運行的理念，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術全面感知城市的運行狀態(tài)，提高人與物、物與物之間交互的明確性、靈活性、執(zhí)行效率和響應速度；對物理現(xiàn)實空間中的各種實體對象更加精確、智能和直觀的控制和展現(xiàn)，提高對各種實體系統(tǒng)的整體優(yōu)化掌控、實現(xiàn)信息虛擬空間和物理現(xiàn)實空間的同步互動；通過海量的信息收集和存儲分析能力，深入挖掘各種系統(tǒng)間的直接或間接聯(lián)系、發(fā)現(xiàn)規(guī)律并提出方法，為更智慧的決策和行動提供支持。

早在2013年，國家多部委就開始分批次開展了國家級智慧城市及專項試點城市建設，截至2017年，已有超500+的智慧城市進行了試點簽約。

以大屏幕為顯示核心的智慧城市數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)城市運行信息的全面整合與共享，建立一個集中的實時協(xié)作環(huán)境，在組織、管理、協(xié)調(diào)、指揮、調(diào)度、運行等方面將為城市提供一個運轉(zhuǎn)高效、安全可靠的指揮調(diào)度工作平臺。全方位展示城市“經(jīng)濟創(chuàng)新、公共安全、人居環(huán)境、民生幸福、政務建設”等多維宏觀態(tài)勢，根據(jù)感知的數(shù)據(jù)對各領域現(xiàn)狀進行分析、生成問題、提出建議并自動形成書面報告；在應急管理層面，可調(diào)用城市范圍內(nèi)的監(jiān)控視頻，前端感知應急事件的態(tài)勢，通過大數(shù)據(jù)分析，自動生成“事態(tài)數(shù)據(jù)模型”。便于指揮調(diào)度人員迅速方便地了解整個管轄區(qū)域的情況，對突發(fā)事件做出及時正確的反應。

在一個現(xiàn)代化、智能化的控制中心，操作人員要面對紛繁復雜的各種信息，大量的信息輸入要接收、顯示、分析與存儲。此時，大屏幕顯示墻就成為各種信息匯總，直觀形象呈現(xiàn)在操作員面前的不可或缺的手段，成為了所有運行操作的焦點。

智慧城市運行中心的“多信號接入、精細化顯示、長時間觀看、高穩(wěn)定性”的需求是運行中心對大屏系統(tǒng)的必然要求。

傳統(tǒng)顯示技術LCD、DLP、投影融合等不同程度地存在拼縫、亮度偏低、易受環(huán)境光線影響、亮度不一致、色彩飽和度低、壽命短等諸多弊端，而LED顯示屏有著無拼縫、色彩飽和度高、色域廣、畫面顯示效果好、壽命長，且對環(huán)境光線要求低等諸多優(yōu)勢，既能滿足高端顯示需求，又符合智慧城市下高度集成化、數(shù)字化的社會發(fā)展趨勢。以小間距LED顯示屏為核心打造的“數(shù)字化、模塊化、集中管理”的智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了“系統(tǒng)集成一體化、數(shù)據(jù)顯示實時化、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡化、維護管理智能化”等一系列需求，將有效推動智慧城市的建設，并且在智慧城市建設大數(shù)據(jù)可視化平臺中起到了不可或缺的作用。

本文結(jié)合艾比森光電股份有些公司在深圳龍崗智慧城市運行中心的LED大屏幕項目進行方案介紹。

方案需求

深圳龍崗智慧城市運行中心大廳寬約28米，高約7.6米，是一個空間很大的巨型指揮大廳。因此必須建設和大廳空間相適應足夠大的顯示面積才能滿足在大廳各個角度清晰的觀看大屏幕上面的具體顯示內(nèi)容。

根據(jù)大廳的空間比例，顯示面積約在25.6m X 6.6m左右。

用戶需求分析

大屏顯示系統(tǒng)要求集高清晰度數(shù)碼顯示技術、無縫拼接技術、多屏圖像處理技術、信號切換技術、網(wǎng)絡技術等的應用綜合為一體，形成一個擁有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先進的大屏顯示系統(tǒng)。

坐席操作人員需求

運行中心大廳含36個業(yè)務坐席、4個人監(jiān)督坐席及2個指揮坐席，每個坐席都采用一機三屏，每個顯示器的信號均能上墻顯示。

說明：至少需要42路本地信號能夠在大屏上墻顯示。

大屏操作人員需求

LED大屏幕能在一臺控制電腦上完成所有操作，并且需和音頻及環(huán)境設備集成在一起，統(tǒng)一在一個軟件內(nèi)完成。

說明：需要一臺上位機（控制電腦）、綜合管理軟件、音頻控制和環(huán)境控制軟件，管理現(xiàn)場的所有影音設備。

觀眾需求

LED大屏幕需要清晰度高、亮度適中及觀看舒適，能在各個角度觀看到清晰的大屏幕內(nèi)容。

說明：需要結(jié)合大屏的尺寸，顯示空間確定顯示屏的形狀、點間距、發(fā)光角度、亮度等一系列相關結(jié)構光學參數(shù)。

維護人員需求

大屏幕主要控制系統(tǒng)需要有信號雙備份和電源雙備份功能，結(jié)構設計需合理，能迅速更換損壞部件，維護方便。

說明：電源、信號雙備份，產(chǎn)品滿足快速維護，每臺設備、信號線路需要有明顯的標記。

網(wǎng)絡信號上屏需求

數(shù)千路網(wǎng)絡監(jiān)控信號隨意調(diào)取，實時上墻。

說明：需要經(jīng)過網(wǎng)絡交換機，通過視頻解碼器對網(wǎng)絡信號進行分配上墻顯示。

本項目建設的LED大屏幕系統(tǒng)需要有高清晰度顯示、支持多信號接入、易操作及易維護等特性。

業(yè)務需求分析

需滿足12個作業(yè)島，42個坐席電腦信號均能上墻顯示。

數(shù)據(jù)運營：總體態(tài)勢、決策支持。

聯(lián)動指揮：業(yè)務系統(tǒng)上墻，指揮員就緒。

應急指揮：業(yè)務系統(tǒng)上墻，指揮員就緒。

事件管理：事件接報就做作業(yè)島，事件分撥員分散在各局。

監(jiān)測預警：業(yè)務系統(tǒng)上墻。系統(tǒng)自動通知。

本項目建設的LED大屏幕系統(tǒng)需要支持場景模式保存、快速切換調(diào)用。

功能開窗口需求

本項目需要滿足靈活開窗口，快速切換和調(diào)用播放內(nèi)容。

（1）總體態(tài)勢

（2）經(jīng)濟

（3）交通

（4）決策門戶

本項目建設的LED大屏幕系統(tǒng)需要支持用戶各類信號源任意調(diào)用,位置隨業(yè)務需要任意改變。

數(shù)據(jù)量估算

根據(jù)現(xiàn)有業(yè)務需求，本項目預估需接入大屏幕的前端視頻源數(shù)量如下：

項目 類型 數(shù)量業(yè)務坐席計算機 DVI/HDMI信號 108監(jiān)督坐席計算機 DVI/HDMI信號 12指揮坐席計算機 DVI/HDMI信號 6視頻監(jiān)控 IP視頻 海量高清播放器 HDMI信號 2高清機頂盒 HDMI信號 1 IOC服務器 4K HDMI信號 2其他區(qū)域共享信號 多媒體系統(tǒng)內(nèi)部 3-5路

基于本項目的顯示和控制信號數(shù)量非常多，信號的篩選及上墻設計成為本項目系統(tǒng)設計的重中之重。為確保信號能被快速準確的拾取，本項目設計提供的信號控制系統(tǒng)，采用所見即所得的流媒體傳輸與控制方式，可將信號源在移動和PC終端進行放大預覽確認后，再以任意拖拽的方式，投放到大屏幕的任意位置。其他的典型應用如總體態(tài)勢運行與監(jiān)測預警、重大事件聯(lián)動指揮及現(xiàn)場視頻回傳、多部委聯(lián)合辦公及多系統(tǒng)上墻、日常監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示等場景，可隨時進行一鍵信號源切換。

保證城市管理中所產(chǎn)生的海量復雜的數(shù)據(jù)進行分層次可視化，通過直觀的視覺呈現(xiàn)形式，實現(xiàn)城市各環(huán)節(jié)運行過程中不同行業(yè)、不同業(yè)務間的大數(shù)據(jù)可視化，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深度挖掘、資源利用，推動決策生成，有力提升了城市管理治理水平。

方案設計

產(chǎn)品選型

分辨率要求

本項目共計42個坐席，其中業(yè)務坐席36個、監(jiān)督坐席4個、指揮坐席2個，需要上墻的電腦信號在36個以上，要全高清顯示所有電腦信號，需P1.2或以下的產(chǎn)品才能滿足業(yè)務要求。

從座位及作業(yè)島設計圖分析可得出，最近一排作業(yè)島與大屏距離7米。人眼的分辨能力是由視網(wǎng)膜上感覺接收器的間距決定的，研究表明，在正常背景亮度和對比度的情況下，人眼的最小分辨角度大約是1'。人眼的視角大約是120°，當集中注意力時約為五分之一，即25°。

由于此項目屏幕較寬，涵蓋的觀眾范圍較廣，在同一水平面上，為了滿足每一個位置的觀眾均能收看到較好的視覺效果，通過適當調(diào)整LED屏幕的外形，來解決這一問題。

如果采用LED弧形屏幕的設計，將原平面屏幕的兩端向內(nèi)側(cè)偏移，能有效提高觀眾觀看屏幕的效果。弧形屏對中心線上的觀眾視覺感受有所提升，對邊緣位置的觀眾來說，對角線處的LED屏幕亮度有一定的提升，有助于保持畫面亮度均勻性。

根據(jù)上述分析，將直面屏與弧形屏的觀看空間做以下分析，如下圖：

可見弧形LED屏幕具有更大的最佳觀看區(qū)域。

為保障17個部門共計達36位的坐席，最遠端坐席的觀看視角不超過25°，且均可清晰的觀察全部大屏幕顯示內(nèi)容，最近端坐席觀看屏幕無顆粒感，本項目經(jīng)嚴謹?shù)默F(xiàn)場測量和數(shù)據(jù)演算，決定采用圓弧半徑超過37.1米的超大弧形拼接，顯示屏的點間距采用1.27mm。

綜上，本項目采用P1.27mm點間距的產(chǎn)品，并且顯示面使用內(nèi)圓弧半徑37.1米的弧形設計，以達到最佳的觀看效果。

整體架構設計

本方案的LED大屏幕顯示系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：CR1.2產(chǎn)品，點間距P1.27mm，尺寸25.62m（長）×6.517m （高）；信號接收控制卡（內(nèi)置屏體）；信號發(fā)送盒；管理系統(tǒng)（主機、高性能顯卡、機架式KVM）等；LED配電系統(tǒng)；拼接器、同步控制器、交換機、線纜等外圍設備。

大屏幕顯示系統(tǒng)主要由信號源、信號處理、信號控制和信號顯示等幾部分組成：

信號源：包括來自坐席工作站攝像頭、高清播放器等各種制式的視頻信號；來自用戶坐席工作站的計算機信號；局域網(wǎng)內(nèi)工作站網(wǎng)絡輸出的顯示信號；遠端IP視頻信號等。

信號處理：在顯示信號之前對信號進行對應的處理，如選擇、切割、放大、窗口化等。

信號控制：LED大屏信號控制由1596張接收卡和110臺發(fā)送盒組成，均為主從熱備份形式，由一臺安裝了大屏幕控制軟件的PC構成，可對大屏幕上顯示的信號進行控制。

信號顯示：由LED顯示單元組成的25.62m（長）×6.517m （高）LED大屏幕，可將處理后的信號在大屏幕上顯示出來。

運行中心LED大屏幕組成及功能

LED顯示屏基本信息

產(chǎn)品型號：CR1.2

點間距：P1.27mm

標準箱體尺寸：610mm×343mm×67mm ；

箱體分辨率：480點（W）×270點（H）

屏體尺寸（長*高）：25.62m * 6.517m。

屏體面積：166.97m2

整屏分辨率：20160*5130像素點。

屏體形狀：曲面內(nèi)弧形。

可開窗數(shù)量

720P（1280*720）：105個、 1080P（1920*1080）：40個、4K（3840*2160）：10個。支持720P、1080P、4K等更多分辨率窗口，混合開窗。

支持倍頻倍線處理、畫面漫游、畫面任意縮放、畫面疊加、畫面裁剪、畫面局部放大、畫面異常校正、無縫切換等功能。

主要功能介紹

接入信號源種類：輸入接口SDI、DP、HDMI、DVI、IP流媒體、VGA等，采用分布式的結(jié)構，如有擴展需求，只需要添置相應數(shù)量的節(jié)點連接至系統(tǒng)即可，無輸入節(jié)點數(shù)量的限制，可實現(xiàn)無限擴展功能。

艾比森CR系列的特點與優(yōu)勢

本項目使用的艾比森CR1.2產(chǎn)品是專門針對控制室等領域開發(fā)的戶內(nèi)高清固裝顯示屏，箱體采用27.5吋16:9比例設計，箱體2x2剛好為55吋，可完美替換55吋LCD拼接墻，實現(xiàn)無縫拼接。

高顯示穩(wěn)定性

艾比森CR系列小間距產(chǎn)品，對電源和接收卡核心部件采用1+1冗余設計，實現(xiàn)真正的兩進兩出電源/信號雙備份，保證了顯示屏永不黑屏。

CR系列箱體內(nèi)部均采用全插拔無線技術，內(nèi)部空間寬敞，簡潔干凈，在強化了散熱效果的同時，還大幅降低了元器件的故障率。同時箱體也根據(jù)空氣對流原理設計，使內(nèi)部熱量能更快的散發(fā)出去，增加了電氣性能的穩(wěn)定性。

節(jié)能環(huán)保

本項目采用的CR1.2產(chǎn)品，平均功耗僅為153W/m2，較常規(guī)55寸LCD液晶高亮拼接單元低25%—35%。同時艾比森的產(chǎn)品在PCBA焊接過程中，采用符合RoHS標準的沉金工藝（無鉛工藝），不僅環(huán)保，還充分保證了PCB的焊接可靠性和抗氧化性，提升產(chǎn)品可靠性。

CR系列產(chǎn)品還具有黑屏、部分黑屏智能節(jié)電功能，使用過程中自動開啟動態(tài)節(jié)能模式，達到高效節(jié)能省電，讓顯示屏的節(jié)能達到進一步深化。下圖一邊箱體開啟智能節(jié)電，另一邊則關閉此功能，從電表上數(shù)字對比可直接得知，開啟智能節(jié)電可降低20%功耗(減少多少功耗與展示圖面相關)，智能節(jié)電的功能能帶給客戶巨大的價值點——對電量和費用的雙重節(jié)省。

高精度拼裝

單屏面積近167m2，累計798個箱體，相當于近200塊55m2液晶拼接墻大??！如此高精度，大面積的弧形安裝，這在國內(nèi)尚屬首例！本次項目最終選型成功的CR1.2產(chǎn)品，也給現(xiàn)場負責人帶來了驚喜！

CR系列不僅具備Precise Align技術，通過16點微調(diào)及XYZ三軸精準調(diào)節(jié)技術，保證了箱體在XYZ三向均可進行拼縫精準微調(diào)，還配置了專業(yè)的軟件，通過快速調(diào)節(jié)拼縫的亮暗線，滿足客戶對拼接的更高需求。

廣色域多級調(diào)節(jié)

由于選用高品質(zhì)的原材料，并采用先進的生產(chǎn)工藝，艾比森的CR系列擁有近110%的廣播級NTSC色域，較高端的OLED液晶顯示屏的色域還要高6%，甚至比常規(guī)的LCD液晶產(chǎn)品高31%。

同時為了滿足用戶在不同季節(jié)的體驗需要，以及不同時間段的環(huán)境光亮度的個性化需求，CR系列還擁有一鍵的色溫調(diào)節(jié)以及亮度調(diào)節(jié)，通過降低亮度使用，在節(jié)省用電的情況下調(diào)整達到最佳的顯示效果，保證了用戶長時間觀看的舒適性。

該項目的投入使用，為城市在經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展時期，統(tǒng)籌社會治理、城市管理、產(chǎn)業(yè)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，打破各行政部門的溝通壁壘，實現(xiàn)整合協(xié)作，最終為城市管理者的決策，提供了重要依據(jù)和保障。