重慶氣象可視化監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱 君，王 浩，蒲曉虎，何 奇

(重慶市氣象信息與技術(shù)保障中心，重慶 410047)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等新一輪信息技術(shù)迅速崛起[1，2]。大屏顯示系統(tǒng)已經(jīng)成為大數(shù)據(jù)分析不可或缺的核心基礎(chǔ)系統(tǒng)[3-5]。

隨著氣象信息化、系統(tǒng)集約化、服務(wù)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速推進(jìn),建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境、整合業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、擴(kuò)能集約共享的基礎(chǔ)設(shè)施資源池和氣象大數(shù)據(jù)平臺(tái)等各項(xiàng)工作業(yè)務(wù)要求逐漸提升,因此急需建立一套具有全流程、一體化和可視化特點(diǎn)的監(jiān)控平臺(tái)，以適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代下氣象綜合觀測(cè)業(yè)務(wù)、氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和氣象服務(wù)的需要[6]。

目前可視化監(jiān)控平臺(tái)的主要顯示方式有：大尺寸液晶顯示屏、投影融合、液晶拼接、DLP拼接和小間距LED[7]等。通過對(duì)比不同顯示方式的亮度、飽和度、壽命、靈活性及性價(jià)比等性能參數(shù)，并結(jié)合重慶市氣象局運(yùn)行監(jiān)控室的實(shí)際情況，該平臺(tái)選用投影分布式融合的方式。投影融合技術(shù)是對(duì)圖形、圖像、視頻等進(jìn)行大范圍、高分辨率顯示的一種有效實(shí)現(xiàn)方式[8]，常應(yīng)用于會(huì)議監(jiān)控、視景仿真、作戰(zhàn)指揮等系統(tǒng)，能保證超大畫面、純真色彩、高分辨率的顯示效果，同時(shí)在增大畫面、提高亮度和分辨率等方面有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)[9]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)控布局

監(jiān)控展示墻體的整體高度為2850 mm，設(shè)定投影區(qū)域的高度為2400 mm，投影墻面采用乳膠漆掛網(wǎng)涂料，光滑平整，利于后期的日常維護(hù)。投影儀采用吊裝正投的方式，距離墻頂部600 mm，投影距離是3000 mm，投影方式如圖1所示。投影區(qū)域的長(zhǎng)度為16，599 mm，結(jié)合投影儀的最大投射畫面公式(1)，選用5臺(tái)投影儀均勻分布的方式進(jìn)行拼接，共有4個(gè)投影融合區(qū)，融合區(qū)的長(zhǎng)度設(shè)置為790 mm，投影分布如圖2所示。

圖1 投影方式

圖2 投影分布

Smax=h×S屏/fmin

(1)

式中，Smax表示最大投射畫面；h表示投射距離；S屏表示液晶片尺寸；fmin表示最小焦距。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

投影分布式融合系統(tǒng)主要由投影幕、投影儀、分布式融合器、融合處理器和后端顯示輸出設(shè)備等組成。其中，圖形工作站、攝像頭、播放器等多源信號(hào)輸入融合處理器，通過串行通信接口或網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)融合處理器信號(hào)源接入、開窗管理、信號(hào)切換、場(chǎng)景管理等功能；融合處理器通過以太網(wǎng)交換機(jī)與分布式融合處理器進(jìn)行互聯(lián)，并把相關(guān)信號(hào)輸入到分布式融合處理器進(jìn)行畫面拼接，最后通過分布式融合處理器傳輸?shù)酵队皟x，實(shí)現(xiàn)畫面的輸出顯示。

投影儀：采用工程激光投影儀，亮度6000流明，對(duì)比度2，500，000∶1，分辨率1920×1200，光源20，000 h免維護(hù)。

鏡頭：采用投射比為0.65～0.78的原裝鏡頭，可以把投射距離拉近到3 m以內(nèi)，達(dá)到減少光源衰耗和身影遮擋的目的。

分布式融合器：采用分布式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，將信號(hào)接入、畫面拼接、融合處理等相關(guān)功能從系統(tǒng)上區(qū)分開，實(shí)現(xiàn)不同功能在各自獨(dú)立的硬件中處理，最大程度提升了設(shè)備的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)幾何校正、色域調(diào)整、融合帶調(diào)整、暗場(chǎng)補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

融合處理器：采用融合拼接處理器，支持≥20通道HDMI信號(hào)輸入，2通道高分輸入，支持HDCP，支持EDID在線編輯，設(shè)備支持最大分辨率3840×2160@60Hz，支持≥5通道HDMI信號(hào)輸出，最大支持輸出分辨率3840×2160@60Hz等。

圖形工作站：采用帶有ECC調(diào)整功能的塔式圖形工作站，配有16 G顯存、單核CPU、2 TB 7200的SATA硬盤、高端專業(yè)顯卡(16 GB顯存)、288 GB/s 顯存帶寬、4×DP+1DVI-D DL輸出口、PCI 3.0總線、2560 CUDA并行計(jì)算處理核心、Pascal GPU架構(gòu)等能力。

以太網(wǎng)交換機(jī)：4個(gè)萬(wàn)兆上聯(lián)口，24個(gè)10/100/1000 M網(wǎng)口，雙電源供電，滿足監(jiān)控室網(wǎng)絡(luò)接入需求。

采用DVI、HDMI、雙絞線等傳輸線，滿足整體需求的4 K畫面，穩(wěn)定傳輸。圖形工作站通過DP轉(zhuǎn)HDMI高清線連接融合處理器；融合處理器通過網(wǎng)絡(luò)線與分布式融合處理器互聯(lián)互通；為了提高信號(hào)傳輸距離和減少信號(hào)衰減，投影儀通過DVI網(wǎng)線傳輸器的方式與分布式融合處理器進(jìn)行互聯(lián)，分別在兩端部署DVI轉(zhuǎn)網(wǎng)線和網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)DVI的轉(zhuǎn)換器，并采用主備雙線部署，提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

2 結(jié)束語(yǔ)

文章利用投影融合技術(shù)，建立可視化監(jiān)控平臺(tái)。可滿足氣象監(jiān)視信息的高清運(yùn)營(yíng)監(jiān)視、信息服務(wù)、決策支持、指揮調(diào)度等多方面任務(wù)的需求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氣象監(jiān)視數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一展示，達(dá)到集中運(yùn)維、統(tǒng)一指揮、快速響應(yīng)的目的，從而滿足氣象綜合業(yè)務(wù)運(yùn)維監(jiān)視、視頻會(huì)議等需求，提高了氣象業(yè)務(wù)設(shè)備及業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)維保障、領(lǐng)導(dǎo)指揮決策的效率，推動(dòng)了氣象業(yè)務(wù)向綜合化、信息化、集約化發(fā)展，提高了氣象業(yè)務(wù)管理的信息化和現(xiàn)代化水平。