小點距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機中的應(yīng)用

賈春宛

小點距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機中的應(yīng)用

賈春宛

（民航重慶空管分局，重慶 401120）

目前，國內(nèi)塔臺模擬機特別是360°全景塔臺模擬機多采用工業(yè)投影儀或激光投影儀實現(xiàn)環(huán)幕顯示，隨著小點距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)合某地塔臺模擬機建設(shè)項目，提出了小點距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機中的應(yīng)用，著重說明了基于小點距LED環(huán)幕設(shè)計與工程實現(xiàn)的重點和難點，總結(jié)了此顯示技術(shù)在塔臺模擬機應(yīng)用的優(yōu)勢和不足。

小點距LED顯示系統(tǒng)；塔臺模擬機；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場機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場多數(shù)建設(shè)了塔臺模擬機系統(tǒng)，塔臺模擬機特別是360°全景塔臺模擬機一般采用工業(yè)投影儀或激光投影儀實現(xiàn)環(huán)幕顯示。隨著小點距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顯示要求，已經(jīng)具備在塔臺模擬機系統(tǒng)中應(yīng)用的條件。本文結(jié)合某地塔臺模擬機建設(shè)項目，提出了小點距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機中工程實現(xiàn)的一種方法。

1 建設(shè)場地與需求

塔臺模擬機室建設(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。塔臺模擬機服務(wù)器部分放置于設(shè)備機房，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際場景，塔臺模擬機設(shè)計為10個席位，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，與塔臺指揮明室實際分布一致。席位沿直線展開，依次為西通報協(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、東通報協(xié)調(diào)席，布局如圖1所示。

塔臺模擬機既應(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

LED顯示屏是由LED燈珠拼成的，一般以兩顆LED燈珠之間的點間距定義產(chǎn)品規(guī)格，比如2顆燈珠之間的點間距是8 mm產(chǎn)品規(guī)格就是P8，點間距是2 mm產(chǎn)品規(guī)格就是P2.0，依次類推。點間距越小，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。小點距LED顯示屏（High Resolution/High Definition LED Display）一般是指LED點間距在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環(huán)幕，每平米像素密度為27萬點，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個顯示單元。根據(jù)經(jīng)驗，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)計為一個直徑為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，整屏點對點分辨率為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360°的環(huán)幕進(jìn)行顯示，也可根據(jù)需求劃分為2個180°弧形屏幕進(jìn)行 顯示。

要實現(xiàn)LED屏幕360°全覆蓋，進(jìn)出門的設(shè)計是難點和重點。為了使塔臺模擬機達(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，通過電機驅(qū)動門的打開和關(guān)閉，電機的驅(qū)動可以實現(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)；電機采用獨立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，也可把電機設(shè)計為斷電后自動釋放，實現(xiàn)手動推開“LED門”。

3 系統(tǒng)組成

小點距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屏的特點進(jìn)行視頻分辨率調(diào)整、圖像的質(zhì)量處理等，DVI光端機主要將視頻信號從設(shè)備機房遠(yuǎn)程傳輸至塔臺模擬機室，為了減少時延，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、控制電腦以及管理軟件等，視頻拼接器主要實現(xiàn)多路視景視頻信號的輸入輸出，實現(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。將塔臺模擬機視景生成單元接入小點距LED顯示系統(tǒng)控制系統(tǒng)即視頻拼接器中，即可實現(xiàn)塔臺模擬機視景的顯示。

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)換器接入控制計算機，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警、自動開關(guān)機等操作?？刂浦鳈C通過控制系統(tǒng)對顯示屏完成分步上電，防止所有屏幕同時加電形成的瞬時大電流對供電系統(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

采用小點距LED顯示系統(tǒng)在塔臺模擬機主要有以下優(yōu)勢：①傳統(tǒng)投影儀運行一定時間后，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，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，具備單點亮度、顏色逐點校正技術(shù)，亮度、色彩顯示均勻一致，實現(xiàn)真正色彩還原，可實現(xiàn)模擬視景的最佳顯示；③單個LED單元采用完整箱體一體化設(shè)計，易于安裝、拆卸和帶電維護(hù)，且?guī)缀鯖]有運行噪聲，可給管制員提供一個良好的培訓(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：①造價相對較高，如果要實現(xiàn)最佳的顯示效果，LED顆粒間距越小越好，造價隨之提高，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〕