面向大数据应用的某应急指挥中心“智慧显控”一体化设计暨设备选型建议

　　长春希达电子技术有限公司

　　高级解决方案工程师 卓荣

　　2021-12-21

　　目录

　　1 背景分析3

　　1.1 指挥中心概述3

　　1.2 大数据带来的指挥管理体系变革 3

　　1.3 传统的大屏显控方案难以满足大数据指挥的高要求 4

　　1.4 新型指挥中心“智慧显控”建设思路 5

　　2 建设方案建设 7

　　2.1 系统架构设计 7

　　2.1.1 系统整体架构 7

　　2.1.2 网络架构 8

　　2.1.3 数据处理架构图 10

　　2.2 “智慧显控”资源协作平台 10

　　2.2.1 平台构成 10

　　2.2.2 平台主要功能 14

　　2.2.3 配套硬件设备 20

　　2.3 应急指挥显示大屏子系统 23

　　2.3.1 大屏显示技术选型 23

　　2.3.2 应急指挥显示大屏设计 26

　　2.3.3 显示单元设备选型 32

　　2.4 全融合信号调度子系统 37

　　2.4.1 信号调度系统选型分析 37

　　2.4.2 系统架构 38

　　2.4.3 主要功能 40

　　2.4.4 节点规划 41

　　2.5 大屏应用规划 41

　　2.5.1 屏幕分区应用规划 41

　　2.5.2 GIS“一张图”监测 42

　　2.5.3 数字孪生“一张屏”指挥 43

　　背景分析

　　指挥中心概述

　　指挥中心建设就是要对各种事件进行集中受理，有效调度各种信息资源，科学决策和统一指挥，对于提高快速反应能力，解决各种突发事件具有重要的意义。

　　指挥中心是决策数据的汇聚中心、决策调度的研判中心、跨部门业务处置的协作中心。指挥中心对内要保证各部门各司其职、各负其责，优势互补、团结协作; 对外要主动协调，加强联动机制建设，建立多边区域协作机制等，确保工作的有序运作、良性 互动、全面发展。

　　典型的指挥中心信息化建设往往包括弱电智能化设施和业务数字化系统等两大类。弱电智能化包括大屏显示系统(及配套信号处理设备)、视频通信(会议)系统、音频扩声系统等基础设施。业务数字化包括接处警系统、指挥调度系统、决策辅助系统等应用系统。

　　大数据带来的指挥管理体系变革

　　大数据条件下，信息系统间无缝链接，云计算提供的巨大计算能力，极大缩短指挥层级，指挥中心的业务结构由“树状”变为“网状”，改变了指挥体系“树干、树枝、树叶”编成的组织形态，为精简优化指挥体系提供了必要条件。“网状”指挥结构中，指挥所设置更加灵活机动，指挥员可以在指挥网内任意节点实施指挥决策。一个指挥单元被打垮，所属各分队仍可借“网”与上级或其他作战单元联系，避免出现“树状”指挥结构中“打断一枝、瘫痪一片”的指挥弊端，有效提高指挥效能。

　　在指挥中心内要求各职能单元深度融合。职能单元融合的关键在于信息的充分共享和高效流转，使得整个体系在认知与行动两方面达到协调一致。而依靠传统信息技术却很难实现，大数据的发展应用为实现这一目标提供了保证。首先，大数据把类型众多的数据整合到一起，提供高度共享的数据池，保证获取信息的一致性。其次，按照大数据要求，建立明确的数据结构和统一的数据交换标准，各系统间信息交换会更加顺畅，各力量、各要素之间互联、互通、互操作更加良好，为最终形成自同步、自适应的一体化联合作战创造条件。

　　指挥大屏作为核心的交互展示支撑设施，是大数据指挥体系的显示窗口和交互平台。智慧型的指挥大屏不仅需要将大规模、高纬度、多类型的指挥数据以可视化形式完美的展示出来,更需要遵循大数据治理和共享的理念，实现所有要素的资源池化管理，最终达到“一屏统揽、一键统调、一网通用”的应用目标。

　　传统的大屏显控方案难以满足大数据指挥的高要求

　　传统的大屏显控系统建设往往还停留在满足信号分区的看监控逻辑，以全屏放大方式进行大数据结果展示，带来如下普遍性问题：

　　单屏信息量少，只能显示业务局部的信息;

　　各系统调度采用不同的控制系统调度，无法跨业务、跨平台调度，决策指挥效率低;

　　各系统信息共享、分发繁琐，不能有效支持远程决策和信息联动的需求;

　　各业务系统独立呈现，信息数据彼此无关联性，存在信息孤岛问题，不能以事件为中心快速确认跨业务的资源和状态;

　　应用系统面向日常操作人员，界面层次多，信息复杂，不适应指挥决策多人协同的应用模式;

　　难以满足业务综合展示与汇报中多业务集成与远程操作控制;

　　新型指挥中心“智慧显控”建设思路

　　综上所述，在新型指挥中心建设过程中，需要构建一套符合“规范化梳理、标准化采集、场景式融合、订阅式服务”资源调度理念的“智慧显控”一体化管理和应用体系。

　　首先，实现对指挥中心中关键的视频监控信号及桌面电脑等光电信号的汇聚管理。将各种信息资源网络化采集到显控平台云服务的资源池中，并对所接入资源池的信号、信息、数据进行统一管理，通过统一的操控界面，实现在任意地点、任意屏幕(拼接大屏、电脑屏幕、移动终端屏幕)间的调度、投放和协同，实现全可视化的操作，包括信号可视化、屏幕信息可视化、操作过程可视化，从而实现跨网络、跨系统、跨平台的综合信息可视化汇聚和共享应用。

　　其次，实现对指挥中心所有设备的统一控制，通过一套系统管理显示系统、音频系统、会议系统、窗帘灯光等周边设备，在一个统一的、直观的显示界面下，各个类显示系统通过网络做到信号源互通、图像共享，为应急协同指挥，提升整体响应效率提供支撑。

　　第三，建立指挥大厅的数据连接和渲染交互能力，借助大数据采集和信息可视化技术，实现对多渠道、多网络、多系统的异构数据进行标准化采集，再讲汇聚的数据按照数据类别和业务目的进行关键指标梳理，通过丰富的二维、三维动画图文、图形、图像可视化设计，所有信息均可以直观、准确的图形、图表和图文进行浏览，对外提供标准的W3C访问接口，可根据应用请求进行实时数据更新和图形渲染。

　　建设方案建设

　　系统架构设计

　　系统整体架构

　　基础接入层

　　基础接入层包括是指从数据共享交换平台、视频监控系统等业务系统所采集汇聚的各类数据资源，按照类型可以分为GIS、视频、结构化数据和文件等不同类型。

　　平台服务层

　　平台服务层以“智慧显控”资源协作平台为核心，包含公共服务和调度服务两个部分。

　　公共服务层主要包含机构管理、用户管理、信号流管理、文件管理、数据接口管理、数据组件管理、屏幕资源管理、场景管理、布局管理等。

　　调度服务层实现数据获取及分发、指令消息、各类信号系统的接入而定制的统一接口服务。

　　终端应用层

　　智能终端是指同指挥调度相关联的终端设备，包括COB大屏、电子沙盘、触摸交互一体机、操作台电脑和控制平板等。

　　应用展示是结合日常值班、会议研讨、突发事件处置等业务场景下的主题渲染和内容展示。

　　网络架构

　　网络拓扑

　　为满足指挥中心显控调度需求，新建调度控制网，作为支撑音视频分布式调度和桌面KVM共享协作的支撑网络。指挥中心内的信号输入节点、信号输出节点、信令控制节点、KVM控制节点，以及外部的视频监控信号等均通过调度控制网进行传输。

　　针对结构化数据、非结构化的文档文件等数据类的应用，通过业务网进行传输。

　　网络安全保障

　　网络结构安全

　　网络结构的安全是网络安全的前提和基础，选用主要网络设备时需要考虑业务处理能力的高峰数据流量，要考虑冗余空间满足业务高峰期需要;网络各个部分的带宽要保证接入网络和核心网络满足业务高峰期需要;按照业务系统服务的重要次序定义带宽分配的优先级，在网络拥堵时优先保障重要主机;合理规划路由，业务终端与业务服务器之间建立安全路径;绘制与当前运行情况相符的网络拓扑结构图;根据各部门的工作职能、重要性和所涉及信息的重要程度等因素，划分不同的网段或VLAN。保存有重要业务系统及数据的重要网段不能直接与外部系统连接，需要和其他网段隔离，单独划分区域。

　　网络安全审计

　　实现对用户的网络行为、网络传输内容进行监控;实现对网络行为进行统计分析和事后取证;对网络潜在威胁者予以威慑。对网络系统中的网络设备运行状况、网络流量、用户行为等进行日志记录，能根据记录数据进行分析，并生成审计报表。审计记录包括：事件的日期和时间、用户、事件类型、事件是否成功及其他与审计相关的信息。

　　跨安全域数据交换

　　在指挥中心内，调度控制网和业务网之间物理隔离，确保信息安全性。通过将业务网主机的桌面和鼠标键盘信号进行编码后接入调度控制网，实现在确保数据不连通情况下的画面控制。

　　针对业务应用方面，各相关单位应急相关系统主要承载在政务外网，那么跨安全域的信息交换包括从互联网到政务外网的数据交换，从各类专网(如气象专网、国土专网等)到政务外网的数据交换，以上数据的交换均通过数据安全单向传输设备进行单向控制和单向数据导入到业务网。

　　数据处理架构图

　　根据各业务模块的数据处理流程，“智慧显控”资源协作平台的数据处理包括图像采集汇聚、数据汇聚、全要素融合处理、分发控制、应用展示等核心环节。

　　“智慧显控”资源协作平台

　　平台构成

　　资源协作平台由一平台二端三套件组成，分别为一平台即资源协作平台，两端分别是应用门户端、控制端，三套件分别为多维数据接入套件、大数据可视化引擎套件、全要素资源编播调度套件。

　　资源协作平台支持集群部署，快速构建规模任意的云平台，提供视频、文件、应用、数据、指令等资源的接入，跨地域调度一体化的控制在内应用服务。资源协作平台可实现在网全部设备管理、联动、共享，支持多级权限管理。平台架构支持自动负载均衡与冗余备份，可弹性扩展系统，满足不同规模及安全需要。

　　门户端提供应用资源的呈现和融合渲染，为用户显示终端提供个性化的门户桌面，创建各类云端应用的入口形成超级应用桌面，也能通过菜单和入口快速调用应用程序。

　　(桌面门户端)

　　控制端通过PC和平板能调度各种资源在终端显示，也能通过控制端和不同的显示终端，资源大小和位置同步显示在控制端。

　　(控制端)

　　多维数据接入套件具备完整的结构化数据接入和处理能力，支持标准的 JDBC 接口，能直接对接各种主流关系型数据库系统，包括 Oracle、SQL Server、 MySQL、PostgreSQL、国产人大金仓、达梦等。支持文本数据(Excel、CSV)的直接导入分析。支持 hadoop-hive、华为等大数据平台数据源接入。多维数据接入套件同时具备针对RGB/SDI/HDMI/CVBS信号源、多应用窗口信号源、IP音视频信号的接入和转发。

　　大数据可视化引擎套件能支持各种显示屏及终端的各类可视化场景的开发，支持拖拽式设计，提供各类可视组件和模板，支持编辑工具和样式配置，支持多种交互方式，提供数据的钻取和复杂交互效果，支持组件间和页面的联动，支持各类行业组件的自定义开发，并支持组件的复用，支持文件、实时信号、IP信号、数据组件、3D模型、GIS地图等全场景的支持，提供API、Socket、MySQL、ORACLE、CSV等多种数据源的支持。

　　(可视化场景编辑工具)

　　全要素编播调度套件能支持各种显示屏1*1、1*2、2*2、3*3、3*4等默认布局，内置各类容器组件、基础修饰资源、工具组件，无需专用的开发能力，能快速拖拽各种组件和多媒体资源，变成显示布局进行发布显示。

　　(显示布局编辑工具)

　　全要素编播调度套件能支持针对各种不同的控制场所和场景，能拖拽各种控制组件，构建一个个性化的控制界面，通过控制界面能调度信号、文件和设备，能组合各种模式和流程实现快速的控制。

　　(中控布局编辑工具)

　　平台主要功能

　　资源统一接入管理

　　结构化数据接入

　　提供图形化工具实现对结构化数据的接入，数据库定时执行 SQL 的准实时数据提取、定时通过调用第三方接口获取准实时数据、通过接口实时接收第三方接口实时发送的数据。能通过页面配置的方式完成实时数据模型创建过程以及数据对接。系统支持自定义计算字段，提供不少于 30 个的计算函数，包括：总体标准偏差、 样本标准偏差、总体方差、样本方差、幂运算、IF 条件、CASE 条件、空值判断等以组成复杂的计算函数。

　　信号采集接入类型

　　系统IP音视频信号可以通过流媒体采集组件接入系统，系统可同时支持音频和视频的接入和转发。

　　会议系统接入

　　目前针对视频会议系统的对接包括光电信号对接、协议对接和SDK对接这三类。光电信号对接为直接连接会议终端，不需要厂商配合，兼容所有硬件会议系统厂商，如宝利通、华为等。针对协议对接采用H.323和SIP等标准协议同会议平台进行对接，可以实现各类常规操作。SDK对接则是通过对厂商SDK的调用和集成，能够实现厂商平台和终端上的所有功能。考虑到系统稳定性和可落地下等方面因素，建议采用光电信号方式对接。

　　视频监控系统接入

　　对接方案

　　针对视频监控系统的对接支撑物理接口光电信号直连、监控主机直连、国标协议对接和SDK对接等方式。

　　物理接口光电信号直连支持包括直接连接监控厂商的硬件解码器并将信号接入处理系统进行统一管理，通过光电信号直连方式连接情况下，通过对国标等协议的融合，可同步平台权限范围内的所有视频资源并根据应用的需要实时调用实时上墙。

　　监控主机直连是将监控电脑当作一个信号接入信号处理系统进行统一管理，同时配合主机控制管理模块，可实现一个工作人员通过一套键盘鼠标控制多个监控系统。

　　国标协议对接为采用国标GB28181和Onvif等国际标准实现同监控平台的对接，可同步平台权限范围内的所有视频资源并根据应用的需要实时调用实时上墙。采用国标协议对接一般建议配置专用硬件设备，如各监控厂商的硬件解码器或者第三方的标准化转码器。针对协议对接，一般还需要获取与视频信号相对应的视频坐标点数据，获取视频矢量数据包含视频类型信息，区分视频类型球机、枪机。

　　通过SDK方式对接，一般是由平台集成监控厂商SDK后获取厂商平台摄像头名称和分组列表并进行调用，SDK对接一般需要针对每个厂商逐步进行。

　　国标协议对接

　　本期计划采用GB28181国标协议对接的具体要求，平台已经实现同海康、大华和宇视等厂商的协议对接。

　　场景可视化编播配置

　　数据可视化引擎可视化场景应用的关键支撑，数据可视化引擎为大屏应用提供开发工具和运行环境，可以创建各类可视化大屏应用，提供多种布局、组件，能够在模板的基础上通过配置的方式实现可视化前端应用，能够和各类常见数据库进行连接，满足数据可视化展示场景的需求。

　　同时数据可视化引擎需充分考虑大屏系统应有的高稳定高可用、快速响应、灵活可扩展、全方位安全保证的技术能力。

　　可视化引擎系统层以三大技术模块支撑，可视化服务后台、用户编辑界面和大屏Web应用。可视化服务后台包含了数据中心，即数据源管理和布局样式管理的后台服务。工作人员编辑界面则支持图形化编辑的应用管理、数据管理和应用编辑器操作。

　　可视化场景应用管理

　　支持用户自由创建可视化页面(即指由数据可视化组件配置而成的可视化场景应用)。

　　平台引用设计领域的图层、画布理念，以所见即所得式的形式，通过可视化界面对组件色彩、比例、字体等样式进行自定义编辑，无需使用人员具备复杂的编程能力，只需要通过鼠标将可视化组件自由拖拽、组成，即可创造出专业的可视化应用

　　数据可视化引擎内置1920*1080、1366*768、1024*768等常用分辨率，可直接选择使用，同时支持使用者根据实际展示场景，在编辑页面自定义分辨率大小。

　　支持快速对可视化项目进行全屏预览。

　　画布编辑器

　　支持对画布及组件自由进行缩放或控制，大屏配置过程中，画布区域支持一键控制大屏显示区域且适应当前可视窗口。

　　图层管理

　　通过界面点选拖拽方式，选取系统内置组件进行大屏搭建，一个组件即对应一个图层，大屏根据图层当前所在上下层级排布顺序进行展示。

　　组件交互事件配置

　　组件分类下拥有可交互组件，支持对组件事件进行定义，通过事件方式对大屏或组件进行状态操作，如单击组件控制对话框或其他内容的显示、隐藏等。

　　支持配置组件交互动作，可通过配置项定义组件间显示、隐藏操作，如可定义点击某tab控件后大屏中心区域弹出对话框展示详情模块，再次触发关闭或定时关闭等，满足对应各种交互场景诉求。

　　数据源对接、管理

　　支持MySQL、Oracle、SQL Server 关系型数据库连接，且支持对相应连接进行编辑管理。

　　支持常见类型API数据获取，且支持对相应连接进行编辑管理。

　　支持API类型数据源管理功能，可定义好API 对应Base URL(主域)并对其进行管理，大屏组件编辑数据源时可直接引用对应API Base URL 随后仅编辑对应请求方式、路径、参数即可。

　　支持CSV静态数据导入。

　　可视化场景发布

　　支持将可视化项目对外「公开分享」，网络环境互通的情况下，目标用户无需登录系统可直接查看分享出的可视化项目。

　　支持将可视化项目对外「加密分享」，网络环境互通的情况下，目标群体需根据设定好的访问密码，方可查看分享出的可视化项目。

　　支持将当前环境大屏下载、导出形成大屏文件包，并可提供给其他环境复用。

　　支持将本产品其他环境设计或配置好的可视化场景应用快速导入当前产品环境，且包含大屏内数据源及其他资源配置信息，以提升大屏开发效率。

　　流媒体标准化转码和分发

　　平台通过标准化转码处理器实现对IP视频码流的标准化处理，支持对信号进行标注处理，可兼容各种不同编码格式的IP视频接入显示，支持对非H.264、MPEG4格式的码流强制转码为标准格式，支持对提供Windows版SDK或者协议文档的IP信号源进行二次开发接入处理，单台能力不低于18路1080p@30 H.264。

　　转码处理器在标准流媒体转码基础上，支持对信号画面的标注，实现会商研讨交互等协作功能。

　　转码处理器支持以集群方式实现能力扩展，支持动态添加或删去，支持任务负载均衡。

　　可视化流程调度

　　系统支持对各类应用流程进行预案配置和管理，具体功能包括：

　　流程/预案资源管理

　　支持流程/预案资源同步，支持流程/预案资源列表查询，支持流程/预案资源增删改查，支持流程/预案资源保存，支持流程/预案资源目录管理。

　　流程/预案控制

　　流程/预案集成：集成模式和延时操作, 能够按照指定的顺序和间隔时间来控制控制室内所有的显示屏设备、环境设备和计算机的应用程序、文档等。

　　流程步骤可视化

　　根据需求，进行预案化配置，绑定模式和步骤形成流程化控制界面，并支持对每个流程步骤增加对应图片及讲解词。

　　多种方式控制流程/预案

　　流程自动启动后，支持自动播放、停止、暂停和恢复。

　　支持手动和定时启动，定时执行。

　　基础应用支撑模块

　　用户管理

　　管理员可以通过管理中心的操作菜单进入用户管理界面，实现对用户信息的添加、修改和删除功能。

　　角色管理

　　角色是一组权限相同的用户，通过角色对用户权限进行管理更加方便。

　　管理员可以通过管理中心进入角色管理，在角色管理功能模块中，可以实现对对角色的添加、修改和删除功能。

　　系统日志

　　提供调试级别的系统日志和功能逻辑的业务日志，日志格式包括操作时间、操作人员、归属模块、操作内容或异常信息、归属IP和备注等。

　　配套硬件设备

　　资源管理服务器

　　根据类似业务量和环境，建议最少配置一台统一资源管理服务器作为平台数据存储和服务的处理单元，可以采用物理机或者云平台虚拟机，建议配置如下：

　　(1) 处理器：性能不低于两颗英特尔至强银牌 4210 2.2G, 10C/20T, 9.6GT/s, 13.75M 缓存。

　　(2) 内存：性能等不低于2条8GB RDIMM, 2666MT/s，支持内存保护技术。

　　(3) 硬盘及阵列卡：存储容量不低于8TB。如物理机配置，建议4*2TB SAS硬盘，配置磁盘阵列卡，支持RAID0,1,10。

　　(4) 网卡：配置1块2*GE以太电口卡，可灵活配置为2*10GE光口网卡。

　　调度管理服务器

　　根据类似业务量和环境，建议最少配置一台调度管理服务器作为平台的信令调度单元，可以采用物理机或者云平台虚拟机，建议配置如下：

　　(1) 处理器：性能不低于两颗英特尔至强银牌 4210 2.2G, 10C/20T, 9.6GT/s, 13.75M 缓存。

　　(2) 内存：性能等不低于2条8GB RDIMM, 2666MT/s，支持内存保护技术。

　　(3) 硬盘及阵列卡：配置高速存储硬盘，实际可用容量为1TB以上。如物理机配置，建议2*800G SSD硬盘，配置磁盘阵列卡，支持RAID0,1,10。

　　(4) 网卡：配置1块2*GE以太电口卡，可灵活配置为2*10GE光口网卡。

　　单向安全数据交换网关

　　在指挥中心的应用中往往存在的数据安全性和调度灵活性的矛盾。一方面，必须确保指挥中心的数据安全做到信息不外泄，要求保证指挥调度网、业务网和互联网等不同安全等级网络间物理隔离互相不连通。另一方面，要进行大数据层分析和研判，又必须汇聚跨网络跨系统的数据。传统的网闸等设备无法满足合规性要求，光闸又存在吞吐率低、不支持流式数据等问题。

　　通过采用单向安全数据交换网关，借助于单向可见光传输技术，实现在合法合规并确保安全的情况下，实现对文件、视频流等信息类型的并行传输，并且将传输速率提升到1Gbps，满足指挥调度的场景化应用需求。单向安全数据交换网关在两个不同密级且需要进行数据交换的场景中进行使用，如政务外网和指挥调度私网，指挥调度私网和IOT网(一般是基于城域网的VPN网)。

　　流媒体服务器

　　流媒体服务器实现对IP视频码流的标准化处理，对信号进行标注处理，兼容各种不同编码格式的IP视频接入显示，对非H.264、MPEG4格式的码流强制转码为标准格式，对提供Windows版SDK或者协议文档的IP信号源进行二次开发接入处理，单台能力不低于18路1080p@30 H.264。

　　流媒体服务器支持以集群方式实现能力扩展，动态添加或删去，任务负载均衡。直播、推流功能，实现平台资源推流到门户，门户实时资源推流到资源池共享。RTMP协议输出、HTTP-FLV协议输出、HLS协议输出、RTSP协议输出。

　　大屏高分渲染服务器

　　大屏渲染服务器是针对超高分辨率下应用程序开发、运行而设计制造的专业图形工作站。满足服务监控大厅海量信息高分呈现的要求。

　　(1)计算能力

　　不低于CPU Intel Sandy Bridge微架构和32mn工艺;单CPU中集成内核：每CPU包含8枚内核，16线程;

　　降低CPU多核心间数据交换的延迟：CPU内部采用环形总线(Ring Bus)连接各个CPU核心和L3缓存;在双CPU之间使用两条最高速率不低于8.0GT/s的QPI互联，降低多核心之间数据交换的延迟;

　　提升外设间数据传输效率：CPU内集成4路内存通道;CPU中直接集成PCI-E3.0接口，CPU与外设间传输率不低于8GT/s。

　　指令扩展集，提升浮点运算能力：支持intel Advanced Vector Extensions (Intel AVX)扩展指令集。浮点运算单元扩展到256bits。

　　(2) 超高分辨率的显示输出

　　显示部分采用NVIDIA的GPU架构(Kepler)，部署超高分辨率应用程序：每输出通道不低于3840x3840分辨率输出;多显卡之间支持硬件帧同步，保证超高分辨率输出下的图像同步，避免撕裂。

　　全景抗锯齿：提供最高 64 倍速 FSAA ，大幅减少视觉伪像或「锯齿」现象 。

　　包含Shader Model 5.0的GPU曲面细分引擎：在不牺牲性能的情况下即可呈现出影院级画质的环境与场景。

　　16K 纹理和渲染处理：能够从 16K x 16K 的表面采集纹理并对这些表面进行渲染，有利于那些需要最高分辨率和最高图像质量的处理任务。

　　兼容性 ：Shader Model5、OpenGL 4.3、OpenCL 1.1、Microsoft DirectX 11。

　　应急指挥显示大屏子系统

　　大屏显示技术选型

　　目前市面上主流的大屏幕拼接显示技术分为：DLP拼接显示技术、小间距LED拼接显示技术和LCD液晶拼接显示技术，因此以下三种拼接显示技术进行比较选型：

　　LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶拼接显示技术：采用液晶屏作为拼接单元，配套图像控制器构成的大屏幕显示系统。

　　DLP(Digital Lighting Progress)拼接显示技术：在背投单元内部设置一部投影机，光源发出的图像经透镜放大后通过镜片反射投影到屏幕背面，就是背投，由多块背投单元以及配套图像控制器构成的大屏幕显示系统。

　　小间距LED(Light Emitting Diode)拼接显示技术：由多块小间距LED显示屏以及与之对应的图像控制器构成的大屏幕显示系统。目前市场主流的小间距LED产品根据封装工艺又分为SMD和COB两大类。

　　由于LCD液晶拼接缝较大，最小仅能做到2mm左右,不能满足运行中心精细化的图像显示要求，因此以下主要对DLP拼接显示技术和小间距LED显示技术(SMD和COB封装工艺)进行比较选型。

　　DLP拼接技术

　　DLP(Digital Lighting Progress)的技术原理很简单，在背投单元内部设置一部投影机，光源发出的图像经透镜放大后通过镜片反射投影到屏幕背面，就是背投。

　　优点：单位平方米内显示分辨率高，近距离观看不影响画面显示效果。亮度柔和，长时间观看舒适度好。

　　缺点：拼接缝隙虽然能够达到0.3mm左右，对文字图像的屏蔽很小，基本没什么影响，但还是能够看得到拼接缝隙。拼接显示单元体积较大，所需安装部署场地较大，结合实际场地需要在大屏幕后方留出足够的维护空间。背投容易受环境光影响，产生屏幕反光。

　　基于SMD的LED拼接技术

　　基于SMD的LED拼接技术，是采用表贴技术，先把灯芯封装成灯管，再用高温回流焊把灯管通过金属介质焊接在PCB板上，再封装形成显示单元，最后拼接成大屏。

　　优点：高亮度情况下，图像高对比度、高色彩还原能力显示效果优。拼接缝隙能够达到0.01mm左右，基本看不到拼接缝隙。体积小所需场地空间小，大屏幕后方所需维护空间很小，必要时可支持贴墙安装。

　　缺点：基于SMD的小间距LED采用点光源设计且亮度高，长时间观看舒适度。降低输出亮度会损失灰度，影响显示效果。制造过程的高温回流焊和表面防护能力差，导致死灯几率高，整体故障率较高。

　　基于倒装COB的LED拼接技术

　　基于倒装COB的LED拼接技术，将发光芯片以倒置无焊线方式固定在PCB板上，再封装形成显示单元，最后拼接成大屏。倒装COB封装技术是由我国主导的技术，被列入国家科技部“十三五”重大课题项目。

　　优点：除了具备SMD小间距图像效果好、视觉无拼缝、前维护贴墙安装等优势外，还实现了面光源显示，可满足长时间观看需求;同时表面防护性较好，可达到IP65级别;解决了传统SMD死灯率高和故障率高的问题。

　　缺点：新技术处于普及的初步阶段，成本较高;单元拼接容易造成拼接区域的亮暗线等问题，需要结合校正控制等技术，确保显示一致性。

　　SMD小间距、COB小间距和DLP拼接显示方案对比

　　综合以上分析，从技术先进性、产品的适用性、整体可靠性和可用性等方面综合评估，推荐采用基于倒装COB的LED小间距产品作为本次系统建设的优选产品。

　　应急指挥显示大屏设计

　　根据《视频显示系统工程技术规范》(GB 50464-2008)、《视频显示系统工程测量规范》(GB/T50525-2010)以及《电影院建筑设计规范 JGJ58-2008》标准，我们在设计LED拼接大屏尺寸时应重点考虑以下几点：

　　点间距：满足现场较高清晰度的图像显示，根据LED点距与视距的关系合理选配拼接屏的LED像素点间距规格产品;

　　视角：依据现场坐席布局，满足与会人员在观看LED拼接大屏上所显示的图文信息时应拥有较好的可视角度范围、较佳的视觉距离，其值应符合相关国标设计规范要求;

　　屏幕尺寸：根据现场实际空间尺寸布局来合理设计LED拼接屏的整体尺寸，宽高比例、安装高度等。

　　点间距和视距设计分析

　　当前主流的LED小间距显示屏的点间距分别有P1.8mm，P1.5mm，P1.2mm，P0.9m，P0.7mm等。LED显示屏根据可视距离的不同需使用不用型号间距的LED显示屏，具体点间距和视距分析如下：

　　人眼观看远处相邻两个物体时，当人眼无法分辨出是两个物体时的视角通常为1.5′视角即为人眼的最大分辨力，所处的位置与物体的距离为最大视距。

　　而对于LED显示产品而言，观众要观看平滑的图像，因此观众对于屏幕相邻像素点的分辨力，就是观看屏幕的最小视距。即前排坐席应该在最小视距以外，人眼的最大分辨能力，通常为1′视角。

　　图中d代表像素间距，L代表视距，角即为1′视角，通过三角函数计算：

　　L =d/2/tg(θ/2)=2200d

　　LED显示屏采用的是空间混色法，像素之间具有光融合作用，最小视距实际落在最大分辨能力的黄金分割点上 ，因此

　　推荐视距L1=L/0.618

　　根据以上公式得出如下几款产品的最小视距和建议视距：

　　LED显示产品视距分析表

　　整屏视角和尺寸设计分析

　　整屏视角设计

　　根据人体工程学研究，人眼的视角极限大约为垂直方向150度，水平方向230度。人眼视觉在10度是敏感区，10～20度可以正确识别信息，20～30度对动态东西比较敏感，当图像的垂直方向视角为20度，水平方向的视角为35度时，就会有非常好的视觉临场感，而且也不因为频繁转动眼球造成疲倦。

　　水平面内视野分析

　　垂直面内视野分析

　　根据运行中心日常应用情况，原则上建议在主操作区上，针对大屏关键显示区域的水平视角不超过75度，垂直视角不超过40度;针对整屏显示区域的水平视角不超过120度。在两侧最边缘工作位上，针对大屏关键显示区域的水平视角最小不低于30度，垂直视角不超过40度。

　　整屏尺寸设计

　　以17000mm(宽)*8000mm(深)*4600mm(高)的指挥中心空间为例，为充分利用空间尺寸，结合在运行中心的大屏展示特性和日常工作监测观看的应用习惯，建议做如下设计：

　　水平尺寸和视角设计：在现有空间环境下根据相关设计规范，在主操作区约4.16m视距下，为确保水平视角不超过75度，建议屏幕宽度约为12.2米。

　　垂直尺寸和视角设计：在现有空间环境下根据相关设计规范，在主操作区约4.16m视距下，为确保垂直视角不超过40度，大屏幕的底边距离的高度应符合视线无遮挡的要求，观众坐在座位上眼睛距地面的高度宜取值在1100mm左右同时也是视频会商系统主视角摄像机的最佳高度。综合上述垂直视角因素，大屏幕底边距离地面高度应≥1.2m，大屏幕上边缘距离地面高度4.6m，因此大屏、最大高度建议约为3.4米。

　　大数据一张图指挥应用分析

　　应急指挥中心大屏主要用于日常监测、应急指挥和节假日保障等情况下，因此基于GIS基础的应用是不可或缺的。为充分发挥大屏“横向到边、纵向到底”的全局化的精准调度支撑要求，原则上本期屏幕设计需要满足在整屏一张图情况下，完整展示总长为48KM的南北纵向城市主干道，且在不进行放大情况下可以看到十字路口等关键区域标识并展示关键监控和诱导设备的点位。

　　根据以上目标，参考地图地面分辨率和比例尺的关系(如下图，以天地图为例)，在13级地图的情况下，可基本满足在屏幕上较为清晰展示收费站、服务区等关键区域信息点的地图瓦片图。同时，为确保整屏可以完整展示48km城市主干道，那么该区域需要的分辨率约为2512px。

　　根据以上测算，同时参考日常应用，需要在顶部设置预警滚动字体区域显示值班态势等信息，在地图上叠加实时预警信息等辅助显示区域，LED显示屏的垂直分辨率建议达到3600px。根据本期大屏3.4M尺寸设计，本次推荐配置为LED大屏的点间距最低配置为P0.8-P0.9规格产品，整屏分辨率≥12800*3600。同时需要配置专门针对大屏及高分GIS应用的渲染服务器，以满足点对点渲染要求，确保整屏显示效果。

　　显示单元设备选型

　　显示单元设备性能要求

　　为了保障大屏幕显示系统的可靠性、先进性，并且可实施、方便维护等需求，本期提供的设备满足以下性能要求：

　　图像显示性能

　　LED显示屏可实现亮度、对比度、色度调节、视觉修正，支持视频降噪、运动补偿、色彩变换等功能。

　　LED显示屏像素光强、模块亮度均匀度≥98%，显示画面纯净完整，亮度、色度逐点可调。

　　LED显示屏刷新率为图像每秒钟显示数据被重复的次数，高速的刷新频率可完全适应高速摄影机和高清电视转播需要，显示屏的刷新率3840Hz，帧率60Hz可与电脑同步刷新，摄取画面稳定无波纹无黑屏，应对动态显示画面，图像边缘清晰，将图像信息准确真实地还原。色温从3000到10000K宽幅的色温可调。

　　LED显示屏具备低亮高灰技术，LED屏在30%亮度的情况下，灰度等级保持良好，图像画面细节清晰可见，色彩均匀、正常。

　　LED显示屏具备蓝光过滤功能，确保在室内低亮度环境下长时间观看不损伤眼睛。

　　LED 显示屏、各LED 显示单元及相邻单元的色度不均匀性均不大于0.01。

　　LED显示屏拼接后光滑平整，更耐撞耐磨，没有灯脚裸露问题，可以擦拭清洁，维护简单便捷。

　　LED显示屏具有高色域覆盖率。色域覆盖率是表征一款显示屏对色彩的还原能力，常用其三基色构成的三角形区域面积相对NTSC色域范围面积的百分比描述;LED小间距屏幕应达到100%N制色域覆盖率。

　　防护性能

　　LED显示屏幕单元应采用一体化设计，在显示单元表面采用膜压防护技术，屏幕安装平整度好，显示屏证明和背面防护均达到IP65标准。

　　LED显示屏箱体具备良好的通风散热、防腐、防潮、防霉、防震、防尘、抗电磁干扰等功能，适用于多种使用环境，可通过直接医用酒精喷洒消毒。

　　控制驱动电路具有良好的、完备的保护功能。具体包括：过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护、断路保护、过热保护、意外掉电保护、防高温设计等。

　　可靠性

　　大屏幕显示系统控制信号和供电电源采用冗余设计，防止发生故障时无法正常工作;

　　显示单元之间的控制信号、电源线路采用环路连接，中间任何一处发生故障不会对整屏的显示效果产生影响。

　　LED整屏拼接配置

　　希达公司倒装小间距 COB LED显示产品，全系列产品配套高品质倒装 RGB 发光芯片，采用希达先进的COB 封装技术 以及专利校正技术，呈现良好的显示 效果。箱体采用 16：9 标准比例设计，可完美匹配主流标准视频源。

　　以本项目为例，整屏由200套显示单元以20(列)×10(行)的方式拼接而成。规格如下：

　　每个显示单元面积：609.6 mm (宽) ×342.9 mm (高) = 0.209㎡

　　整屏面积：609.6 mm (宽) ×20 ×342.9 mm (高) ×10

　　= 12192mm (宽) × 3429mm (高)

　　≈ 41.81㎡

　　单元性能参数如下：

　　LED控制器配置

　　通过LED控制器对LED显示屏进行连接控制。目前LED控制器有各种类型，包含单独发送功能、拼接发送二合一等功能，需要结合实际情况进行配置。采用希达LT系列发送控制器，设备参数如下：

　　支持HDMI 和DVI视频信号的输入及LOOP输出;

　　输入分辨率：最大1920*1200像素，支持分辨率任意设置;

　　单卡最大带载面积：230万像素，最宽可达4096点，或最高可达2560点;

　　6路千兆网口输出，支持上下、左右及混合型任意拼接;

　　双USB2.0高速通讯接口，用于电脑调试和卡间级联;

　　支持多发送器任意拼接级联，严格同步;

　　支持百兆网口控制;

　　支持亮度和色温调节;

　　支持低亮高灰;

　　支持HDCP。

　　LED显示屏配电柜

　　配电柜根据LED显示屏的平方数进行配套设计，LED显示屏的每平方米600W的峰值功耗进行设计，同时考虑适当冗余，因此本期建议采用的配电柜功率不低于30KW。因LED显示屏由大量开关电源供电，容性负载，在屏体启动时，瞬间电流极大，易对电网形成冲击，造成用电设备的损坏，因此本项目配备带分布逐级上电功能的配电柜。根据项目实际需要可以选用具有远程控制功能或带有PLC控制功能的配电柜，具有PLC控制功能的配电柜更加智能化，并可使用软件远程操作LED显示屏及屏内空调、风机等设备的开关，实现对整套系统的无人值守管理。

　　产品视图

　　产品特点

　　1、可靠的工业结构柜体内关键器件全部采用国际知名品牌器件制作(如施耐德、西门子等)，控制器采用高可靠的PLC控制器，即使电脑损坏或通讯中断，整套系统也能独立运行，确保整套系统的万无一失

　　2、多样的控制模式，支持远程客户端软件控制、现场手动应急控制

　　3、可靠的电力保护，采用分步逐级上电的模式

　　4、便捷的计划任务管理可设定多个定时开关的计划任务

　　5、清晰的电源检测可对前端屏体的电源数据进行近端和远端的实施监测。

　　全融合信号调度子系统

　　信号调度系统选型分析

　　与传统的高清视频矩阵、拼接控制器架构相比，分布式管理系统具备以下优势：

　　分布式系统的各个节点仅通过双绞线就能够实现连接，并且节点设备体积易于安装能够在源端设备或显示设备就近安装，与传统架构相比节省了大量的音频、视频线缆，布线简单且节省线缆投资;

　　在整个运行中心的整体系统中，分布式管理系统的某个输入/输出节点出现故障并不影响其他设备信号显示及控制系统的正常运行，所有输入/输出节点均支持现场快速更换，系统可自动识别新的处理器设备并投入运行，使故障维护时间缩到最短，与传统架构图像由矩阵和拼控设备集中处理的方式相比，分布式管理系统具备更高的可靠性;

　　分布式管理系统节点能够根据输入输出源端设备、显示设备的数量任意扩展，并且节点设备支持任意信号类型、设备即插即用，与传统架构的固定最大输入输出路数、固定信号源类型的方式相比，分布式系统扩展能力更强、信号接入更加方便灵活。分布式管理系统所有的视频信号源，包括RGB信号，视频信号，高清视频信号，音频信号等，均被编码为统一的码流格式，在以太网上传输，所有影像码流通过以太网交换机实现与显示输出节点灵活连接，并且分布式管理系统管理软件集成了集中控制功能、音视频传输切换功能、大屏拼接处理功能和KVM坐席协作管理功能，使得系统在兼容性方面、系统协同功能、各类信号管理控制功能等都比传统架构更完备。

　　分布式管理系统功能强大，分布式交互系统满足可视化、互联互通、系统对接等的需求，分布式坐席协作系统简单快捷的操作体验，大大降低操作人员工作强度，提升指挥决策效率，并且实施和维护简便。

　　综上所述，本项目建议采用分布式管理系统实现运行中心图像信号、音频信号、控制信号的处理和管理控制。

　　系统架构

　　前端采集部分：系统支持各类型信号的接入，如：指挥大厅内的桌面媒体盒、以及能接入本地音视频系统的DVI信号或HDMI信号等。为减少压缩损失，达到4:4:4的高保真还原能力，要求采用无损压缩算法技术进行信号采集和传输。同时可根据采集设备分布情况，灵活选配1路、2路、4路等不同规格设备，以减少故障节点，降低故障风险。

　　传输控制部分：前端坐席接收终端音视频数据及控制信号通过网线进入监控大厅分布式系统交换机，再传输到坐席发送终端，输出控制信号到业务电脑主机，实现前端操作员对后端业务电脑主机的远程访问操作。

　　显示输出部分：监控大厅大屏配套综合调度处理器支持接收各分布式节点及各类视频信号源的接入显示，可实现信号推送上屏，任意分割，开窗漫游，图像叠加，任意组合显示，图像拉伸缩放以及显示模式设置保存调用等一系列功能。本期需要进行整屏一张图展示，对无损压缩信号进行解码并融合输出，对画面同步性要求较高，输出单元要求采用FPGA无操作系统硬件架构，具备整屏同步保障技术，在12800*3600@30fps分辨率情况下，快速变化的画面不会出现撕裂、错位等现象。

　　主要功能

　　分布式调度控制系统是一种基于网络交换架构的并行数据传输与节点化、分散式处理的控制系统，主要功能包括：

　　多墙联控

　　分布式系统实现多屏幕墙实时全控制技术，使得单台处理器能够同时控制多组不同分辨率的大屏幕。使用时，可以将任意通道分配到不同的工作组中，每个工作组对应一组大屏幕，输出统一的分辨率。各工作组独立工作，统一管理。

　　信号预览

　　系统自带信号预览，可以在软件上实时查看各个输入源状态，方便监控室观察实时状态，添加输出节点，连接显示器也可以实现60HZ高清预览。

　　无缝切换

　　设备内部硬件的高清信号处理机制，从原理上确保了单个或多个信号进行切换时没有黑场间隔困扰，真正实现实时、无缝切换，信号在切换时采用真正的无缝切换技术，切换过程自然流畅。

　　场景轮巡

　　大屏信号的每种排列组合方式均可保存为一个场景存储在设备内部。场景可以自由组合,设置各自的播放时间轮巡播放。

　　4K超清

　　4K超高清采集，分辨率可达3840*2160，并往下兼容各种常规分辨率，超清画质细致显示各种大分辨率地图，路网态势图等。

　　兼容KVM坐席

　　KVM坐席通过一套或多套鼠标键盘，管理多台计算机设备，在多台显示器实时切换主机、协同操作。任意主机实时投屏，协同操作，为坐席人员带来完美的全方位管控体验。分布式系统可以同KVM坐席系统进行无缝融合，实现统一管理。

　　节点规划

　　大屏应用规划

　　屏幕分区应用规划

　　根据人体工程学的研究，发现人的两只眼睛的视野范围是一个长宽比例为16：9的长方形，大部分业务应用系统也都按照16:9进行设计开发，同时适配分辨率为8K、4K、1080P。因此，针对本次屏幕分区高度进行如下规划：首先、在屏幕中心划分出最大化的一个16:9区域作为主显示区。其次、两侧区域根据实际应用需要，可根据16:9的比例进行灵活划分。

　　屏幕分区宽高比规划

　　在日常应用中，除满足以上常规信号分屏模式的应用，还可以通过配置“一屏统揽”资源调度系统来满足各类数据应用集成展示和一键调度的应用要求。典型场景如：高分“整屏一张图”，即在一个整屏画面上对武大高速全路段的整体监控和展示，可完整展示收费站、服务区等重点区域信息。数据信号混合应用场景，可根据实际应用需要灵活的对电脑信号画面、视频文件、图表文件、数据图表等进行自主组合，形成专题画面。

　　GIS“一张图”监测

　　日常使用场景下，使用规划如下图所示：

　　GIS一张图指挥-屏幕使用规划示意

　　根据日常值班应用情况下，运行调度中心主要用于工作人员开展日常值守业务，显示内容以GIS+视频监控应用为主，在GIS应用中，完整展示主干全线路畅通情况，同时叠加各类实时路况信息、告警信息，可以根据需要进行各类要素信息的点击调用和展示。视频监控应用以画面轮询为主，将现有监控画面建立轮询预案并持续播放，实现对现场情况的实时掌控。通过资源调度系统，可以直接调用GIS系统，并配置设置动态背景效果，灵活组合各监控画面，形成整屏一张图效果。

　　在节假日保障中，重点突出对值班信息、最新预警信息的监测展示，同时结合视频监控技术，对重点路段、重点区域的视频进行实时监测。其中针对重点路段采用4K分辨率进行大范围监控，针对其他监控画面采用1080P分辨率进行还原。通过资源调度系统，可以设置动态背景效果，并配置飞行字幕、值班信息并对接实时预警信息进行实时告警展示，可灵活配置各监控画面。

　　数字孪生“一张屏”指挥

　　基于数字孪生技术，可对整个城市的三维全景进行真实复现;并以大数据和系统融合为基础，将城市各部门海量信息资源进行整合共享，让高价值情报信息快速传递，让各领域运行态势可知可感;并可充分融合互联网+、云计算、人工智能、融合通信等技术应用，将信息、技术、设备与城市管理需求有机结合，业务覆盖城市综合管控、经济建设、政治建设、文化建设、社会治理建设、生态文明建设等城市管理重点关注领域，充分发挥态势感知、监测预警、应急指挥、展示汇报、流程管理、辅助决策等多重作用。在出现应急时间情况下，实现跨部门联动资源的协同指挥。支持深度整合各级别、各部门、各地区联动资源，对大规模联动资源进行可视化管理，并通过集成视频会议、远程监控、图像传输等应用系统或功能接口，实现突发应急情况下，按照既定的应急预案，一键直呼、协同调度多方人员、物资、设施等联动资源，实现跨组织部门、跨地域、跨行业的联动协同作战，“一张屏”指挥。