小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機(jī)中的應(yīng)用

賈春宛

小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機(jī)中的應(yīng)用

賈春宛

（民航重慶空管分局，重慶 401120）

目前，國內(nèi)塔臺模擬機(jī)特別是360°全景塔臺模擬機(jī)多采用工業(yè)投影儀或激光投影儀實(shí)現(xiàn)環(huán)幕顯示，隨著小點(diǎn)距LED顯示屏技術(shù)的發(fā)展，特別是1.9 mm以下間距屏幕產(chǎn)品，其像素密度已經(jīng)接近甚至超過投影儀。結(jié)合某地塔臺模擬機(jī)建設(shè)項(xiàng)目，提出了小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機(jī)中的應(yīng)用，著重說明了基于小點(diǎn)距LED環(huán)幕設(shè)計(jì)與工程實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，總結(jié)了此顯示技術(shù)在塔臺模擬機(jī)應(yīng)用的優(yōu)勢和不足。

小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)；塔臺模擬機(jī)；屏幕；像素

目前，為了滿足民航空中交通管理單位塔臺管制員及各機(jī)場機(jī)坪塔臺管制員等培訓(xùn)要求，國內(nèi)各空中交通管理單位以及機(jī)場多數(shù)建設(shè)了塔臺模擬機(jī)系統(tǒng)，塔臺模擬機(jī)特別是360°全景塔臺模擬機(jī)一般采用工業(yè)投影儀或激光投影儀實(shí)現(xiàn)環(huán)幕顯示。隨著小點(diǎn)距LED顯示屏技術(shù)的發(fā)展, 特別是1.9 mm以下間距的屏幕產(chǎn)品，不存在大屏幕LED拼接顯示系統(tǒng)的拼縫黑線現(xiàn)象，且其像素密度也已經(jīng)接近甚至超過投影儀，近距離觀看，顯示畫面細(xì)膩平滑，可以滿足塔臺模擬機(jī)顯示要求，已經(jīng)具備在塔臺模擬機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用的條件。本文結(jié)合某地塔臺模擬機(jī)建設(shè)項(xiàng)目，提出了小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機(jī)中工程實(shí)現(xiàn)的一種方法。

1 建設(shè)場地與需求

塔臺模擬機(jī)室建設(shè)場地為國內(nèi)某單位原管制大廳，地面至屋頂橫梁高度為4.5 m，大廳為長21.75 m、寬16.6 m的空間。塔臺模擬機(jī)服務(wù)器部分放置于設(shè)備機(jī)房，位于樓下 一層。

根據(jù)建設(shè)需求，為了1∶1還原該地塔臺指揮明室的實(shí)際場景，塔臺模擬機(jī)設(shè)計(jì)為10個(gè)席位，各席位操作臺為圓形布局，內(nèi)沿直徑為6 m，外沿直徑約為8 m。圓形操作臺兩側(cè)分別為東、西塔臺各管制席位，中間為帶班主任席，與塔臺指揮明室實(shí)際分布一致。席位沿直線展開，依次為西通報(bào)協(xié)調(diào)席、西地面管制席、西塔臺管制席位1、西塔臺管制席2、西備用管制席、帶班主任席、東備用管制席、東塔臺管制席、東地面協(xié)調(diào)席、東通報(bào)協(xié)調(diào)席，布局如圖1所示。

塔臺模擬機(jī)既應(yīng)具備塔臺指揮明室全席位開放模擬能力，即東、西塔臺同時(shí)開放情況下的360°全視景模擬，也應(yīng)該具備塔臺指揮明室分席位開放模擬能力，即單獨(dú)開放東塔臺管制席位或者西塔臺管制席位情況下的180°視景模擬。因此，培訓(xùn)場景要求塔臺模擬機(jī)顯示系統(tǒng)必須采用環(huán)幕且可以根據(jù)培訓(xùn)場景靈活控制顯示。

圖1 席位布局圖

2 環(huán)幕設(shè)計(jì)

LED顯示屏是由LED燈珠拼成的，一般以兩顆LED燈珠之間的點(diǎn)間距定義產(chǎn)品規(guī)格，比如2顆燈珠之間的點(diǎn)間距是8 mm產(chǎn)品規(guī)格就是P8，點(diǎn)間距是2 mm產(chǎn)品規(guī)格就是P2.0，依次類推。點(diǎn)間距越小，像素密度越高，單位面積一次性可顯示信息容量越多，適合觀看的距離越近。小點(diǎn)距LED顯示屏（High Resolution/High Definition LED Display）一般是指LED點(diǎn)間距在P2.5及以下的LED顯示屏。隨著制造技術(shù)的提高，LED顯示屏的分辨率已經(jīng)大幅提升，最先進(jìn)產(chǎn)品已經(jīng)可以達(dá)到P1.0以下。

綜合考慮建設(shè)成本及顯示效果，選擇P1.9規(guī)格的LED屏幕作為塔臺模擬機(jī)環(huán)幕，每平米像素密度為27萬點(diǎn)，足以顯示高清畫質(zhì)視頻，顯示效果基本與1 080P投影儀一致。單個(gè)LED顯示單元尺寸為400 mm（W）×300 mm（H），分辨率為208（W）×156（H），按照1 080P的顯示要求，垂直方向至少需要7個(gè)顯示單元。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，LED顯示屏最小的觀看距離即顯示平滑圖像的距離一般等于像素點(diǎn)間距（mm）×1 000/1 000，P1.9規(guī)格LED顯示屏幕最佳視覺效果應(yīng)在距離屏幕2～3 m外。結(jié)合現(xiàn)場場地情況，LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)直徑為13 m的360°圓形內(nèi)弧屏幕，屏幕展開長40.82 m，高2.1 m，總顯示面積85.68 m2，整屏點(diǎn)對點(diǎn)分辨率為21 216×1 092。整屏可分為12組顯示窗口，通過拼接處理器進(jìn)行畫面拼接融合，可整屏拼接為一個(gè)360°的環(huán)幕進(jìn)行顯示，也可根據(jù)需求劃分為2個(gè)180°弧形屏幕進(jìn)行 顯示。

要實(shí)現(xiàn)LED屏幕360°全覆蓋，進(jìn)出門的設(shè)計(jì)是難點(diǎn)和重點(diǎn)。為了使塔臺模擬機(jī)達(dá)到最佳模擬效果，優(yōu)選方案是將LED顯示單元和門集成在一起，4×7共28組LED顯示單元組成門的背面，門正面由LED顯示單元安裝龍骨包封而成，這樣形成了1.6 m×2.1 m的弧形“LED門”。如果采用手動機(jī)械開關(guān)，一方面28組LED顯示單元質(zhì)量達(dá)180 kg以上，無論采用推拉式還是合頁式，開關(guān)均極為不易；另一方面，由于無法精確控制開關(guān)精度，開關(guān)過程極易造成LED顯示模組損壞，關(guān)閉后的位置或者合頁也必然影響整體顯示效果。綜合以上因素，“LED門”采用電動開合的方式，通過電機(jī)驅(qū)動門的打開和關(guān)閉，電機(jī)的驅(qū)動可以實(shí)現(xiàn)“LED門”的精確定位，既保證了屏幕的嚴(yán)絲合縫，又保護(hù)屏幕不受損傷。在模擬機(jī)室內(nèi)和進(jìn)門口分別設(shè)置一組控制開關(guān)，包括“打開”“關(guān)閉”“停止”等按鈕。為了防止開關(guān)過程中出現(xiàn)意外情況，必須同時(shí)制定一定的安全保護(hù)措施，首先在門出入兩側(cè)設(shè)置紅外探測裝置，在開關(guān)過程中，如有人意外闖入，則電機(jī)自動停止，防止夾傷；其次在門上方設(shè)置紅色警燈，在開關(guān)過程中，紅色警燈閃爍并發(fā)出告警音，聲光提示門的狀態(tài)；電機(jī)采用獨(dú)立UPS提供不間斷電源，在外部電源突然中斷的情況下，保證可以正常開關(guān)門，也可把電機(jī)設(shè)計(jì)為斷電后自動釋放，實(shí)現(xiàn)手動推開“LED門”。

3 系統(tǒng)組成

小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)由室內(nèi)全彩LED顯示屏、后臺播放控制系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)及安裝結(jié)構(gòu)等四部分構(gòu)成，如圖2所示。全彩色LED顯示屏包括室內(nèi)全彩色LED顯示單元箱體、LED控制器、DVI光端機(jī)等，其中LED控制器是小間距LED顯示屏的前端控制系統(tǒng)，用于HDMI等常用的數(shù)字視頻接口的視頻接入，并針對小間距LED屏的特點(diǎn)進(jìn)行視頻分辨率調(diào)整、圖像的質(zhì)量處理等，DVI光端機(jī)主要將視頻信號從設(shè)備機(jī)房遠(yuǎn)程傳輸至塔臺模擬機(jī)室，為了減少時(shí)延，中間傳輸介質(zhì)一般采用光纜。后臺播放控制系統(tǒng)包括視頻拼接器、交換機(jī)、控制電腦以及管理軟件等，視頻拼接器主要實(shí)現(xiàn)多路視景視頻信號的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)分屏和多窗口顯示，每路輸入視頻都可在顯示屏幕上的任意位置進(jìn)行大小調(diào)整和定位，顯示方式不受任何限制。將塔臺模擬機(jī)視景生成單元接入小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)控制系統(tǒng)即視頻拼接器中，即可實(shí)現(xiàn)塔臺模擬機(jī)視景的顯示。

圖2 系統(tǒng)圖

低壓配電系統(tǒng)包括80 kW配電柜1臺，20 kW分線箱4臺用于LED顯示屏分組集中供電。每臺配電柜集成PLC（可編程邏輯控制器）智能控制系統(tǒng)，通過RS485聯(lián)網(wǎng)，采用網(wǎng)線引接至控制室，經(jīng)過RS485/ RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換器接入控制計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警、自動開關(guān)機(jī)等操作?？刂浦鳈C(jī)通過控制系統(tǒng)對顯示屏完成分步上電，防止所有屏幕同時(shí)加電形成的瞬時(shí)大電流對供電系統(tǒng)造成沖擊。

LED顯示單元安裝結(jié)構(gòu)采用內(nèi)徑6.5 m的鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其中豎向桁架柱與地面用化學(xué)螺栓錨固，所有桁架柱再連接在一起，使用不同長度的鋁合金型材、采用專用的固定連接件拼接形成LED屏幕的大框架，鋁合金外框與桁架柱通過抱箍形式固定，最后將安裝固定LED 屏幕單元的豎桿通過螺栓與鋁合金外框固定。LED屏幕后側(cè)設(shè)置寬0.7 m的檢修通道，檢修通道外側(cè)通過外包鋁板封閉裝飾。塔臺模擬機(jī)室內(nèi)架空設(shè)置，地面鋪設(shè)高約1 m的防靜電地板，操作臺設(shè)專用地架。進(jìn)門處設(shè)置專用鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，用于安裝電動門軌道、電機(jī)及其配套線路等。在底座適當(dāng)位置設(shè)置消防逃生出口。

4 優(yōu)勢與不足

采用小點(diǎn)距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機(jī)主要有以下優(yōu)勢：①傳統(tǒng)投影儀運(yùn)行一定時(shí)間后，燈泡亮度下降，需要定期更換，而LED顯示系統(tǒng)屏幕亮度均勻，可根據(jù)需要靈活調(diào)整，不受各種燈光光線的干擾，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，可連續(xù)工作24 h以上；②LED顯示屏具備 3 000∶1以上高對比度，顯示圖像色彩柔和逼真，層次感和立體感強(qiáng)，具備單點(diǎn)亮度、顏色逐點(diǎn)校正技術(shù)，亮度、色彩顯示均勻一致，實(shí)現(xiàn)真正色彩還原，可實(shí)現(xiàn)模擬視景的最佳顯示；③單個(gè)LED單元采用完整箱體一體化設(shè)計(jì)，易于安裝、拆卸和帶電維護(hù)，且?guī)缀鯖]有運(yùn)行噪聲，可給管制員提供一個(gè)良好的培訓(xùn)環(huán)境。較之吊掛的投影儀，顯示屏幕單元維護(hù)維修便利，采用模塊化結(jié)構(gòu)，單個(gè)屏幕單元或者LED塊更換非常便捷；④系統(tǒng)融合了多屏幕拼接技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)等，圖像顯示與控制更加智能化。

主要不足體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①造價(jià)相對較高，如果要實(shí)現(xiàn)最佳的顯示效果，LED顆粒間距越小越好，造價(jià)隨之提高，因此需要在顯示效果和投資之間平衡。②LED顯示屏天然存在一定的藍(lán)光，管制員長久使用容易造成眼睛疲勞。一般要配置一定數(shù)量的抗藍(lán)光眼鏡，盡量減少對眼睛的損傷。③安裝部署相對復(fù)雜，需要注意結(jié)構(gòu)安全，且由于是封閉空間，需要特別考慮消防安全，應(yīng)設(shè)置專用的應(yīng)急逃生出口。

2095－6835（2020）24－0135－02

TP391.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.050

賈春宛（1983—），男，大學(xué)本科，工程師，民航重慶空管分局技術(shù)保障部副主任，主要從事民航空中交通管理通信、導(dǎo)航、監(jiān)視等設(shè)備技術(shù)保障工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕