基于小间距LED显示屏的智慧城市设计方案

□ 文/陈枕镇

屏显技术助力智慧城市可视化平台

智慧城市运行中心是数字化向更高层次的发展，核心是体现以人为本、智能运行的理念，利用物联网、云计算等新一代信息技术全面感知城市的运行状态，提高人与物、物与物之间交互的明确性、灵活性、执行效率和响应速度；对物理现实空间中的各种实体对象更加精确、智能和直观的控制和展现，提高对各种实体系统的整体优化掌控、实现信息虚拟空间和物理现实空间的同步互动；通过海量的信息收集和存储分析能力，深入挖掘各种系统间的直接或间接联系、发现规律并提出方法，为更智慧的决策和行动提供支持。

早在2013年，国家多部委就开始分批次开展了国家级智慧城市及专项试点城市建设，截至2017年，已有超500+的智慧城市进行了试点签约。

以大屏幕为显示核心的智慧城市数据管理系统，可实现城市运行信息的全面整合与共享，建立一个集中的实时协作环境，在组织、管理、协调、指挥、调度、运行等方面将为城市提供一个运转高效、安全可靠的指挥调度工作平台。全方位展示城市“经济创新、公共安全、人居环境、民生幸福、政务建设”等多维宏观态势，根据感知的数据对各领域现状进行分析、生成问题、提出建议并自动形成书面报告；在应急管理层面，可调用城市范围内的监控视频，前端感知应急事件的态势，通过大数据分析，自动生成“事态数据模型”。便于指挥调度人员迅速方便地了解整个管辖区域的情况，对突发事件做出及时正确的反应。

在一个现代化、智能化的控制中心，操作人员要面对纷繁复杂的各种信息，大量的信息输入要接收、显示、分析与存储。此时，大屏幕显示墙就成为各种信息汇总，直观形象呈现在操作员面前的不可或缺的手段，成为了所有运行操作的焦点。

智慧城市运行中心的“多信号接入、精细化显示、长时间观看、高稳定性”的需求是运行中心对大屏系统的必然要求。

传统显示技术LCD、DLP、投影融合等不同程度地存在拼缝、亮度偏低、易受环境光线影响、亮度不一致、色彩饱和度低、寿命短等诸多弊端，而LED显示屏有着无拼缝、色彩饱和度高、色域广、画面显示效果好、寿命长，且对环境光线要求低等诸多优势，既能满足高端显示需求，又符合智慧城市下高度集成化、数字化的社会发展趋势。以小间距LED显示屏为核心打造的“数字化、模块化、集中管理”的智能管理系统，实现了“系统集成一体化、数据显示实时化、数据传输网络化、维护管理智能化”等一系列需求，将有效推动智慧城市的建设，并且在智慧城市建设大数据可视化平台中起到了不可或缺的作用。

本文结合艾比森光电股份有些公司在深圳龙岗智慧城市运行中心的LED大屏幕项目进行方案介绍。

方案需求

深圳龙岗智慧城市运行中心大厅宽约28米，高约7.6米，是一个空间很大的巨型指挥大厅。因此必须建设和大厅空间相适应足够大的显示面积才能满足在大厅各个角度清晰的观看大屏幕上面的具体显示内容。

根据大厅的空间比例，显示面积约在25.6m X 6.6m左右。

用户需求分析

大屏显示系统要求集高清晰度数码显示技术、无缝拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术、网络技术等的应用综合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、高智能化控制、操作方法先进的大屏显示系统。

坐席操作人员需求

运行中心大厅含36个业务坐席、4个人监督坐席及2个指挥坐席，每个坐席都采用一机三屏，每个显示器的信号均能上墙显示。

说明：至少需要42路本地信号能够在大屏上墙显示。

大屏操作人员需求

LED大屏幕能在一台控制电脑上完成所有操作，并且需和音频及环境设备集成在一起，统一在一个软件内完成。

说明：需要一台上位机（控制电脑）、综合管理软件、音频控制和环境控制软件，管理现场的所有影音设备。

观众需求

LED大屏幕需要清晰度高、亮度适中及观看舒适，能在各个角度观看到清晰的大屏幕内容。

说明：需要结合大屏的尺寸，显示空间确定显示屏的形状、点间距、发光角度、亮度等一系列相关结构光学参数。

维护人员需求

大屏幕主要控制系统需要有信号双备份和电源双备份功能，结构设计需合理，能迅速更换损坏部件，维护方便。

说明：电源、信号双备份，产品满足快速维护，每台设备、信号线路需要有明显的标记。

网络信号上屏需求

数千路网络监控信号随意调取，实时上墙。

说明：需要经过网络交换机，通过视频解码器对网络信号进行分配上墙显示。

本项目建设的LED大屏幕系统需要有高清晰度显示、支持多信号接入、易操作及易维护等特性。

业务需求分析

需满足12个作业岛，42个坐席电脑信号均能上墙显示。

数据运营：总体态势、决策支持。

联动指挥：业务系统上墙，指挥员就绪。

应急指挥：业务系统上墙，指挥员就绪。

事件管理：事件接报就做作业岛，事件分拨员分散在各局。

监测预警：业务系统上墙。系统自动通知。

本项目建设的LED大屏幕系统需要支持场景模式保存、快速切换调用。

功能开窗口需求

本项目需要满足灵活开窗口，快速切换和调用播放内容。

（1）总体态势

（2）经济

（3）交通

（4）决策门户

本项目建设的LED大屏幕系统需要支持用户各类信号源任意调用,位置随业务需要任意改变。

数据量估算

根据现有业务需求，本项目预估需接入大屏幕的前端视频源数量如下：

项目 类型 数量业务坐席计算机 DVI/HDMI信号 108监督坐席计算机 DVI/HDMI信号 12指挥坐席计算机 DVI/HDMI信号 6视频监控 IP视频 海量高清播放器 HDMI信号 2高清机顶盒 HDMI信号 1 IOC服务器 4K HDMI信号 2其他区域共享信号 多媒体系统内部 3-5路

基于本项目的显示和控制信号数量非常多，信号的筛选及上墙设计成为本项目系统设计的重中之重。为确保信号能被快速准确的拾取，本项目设计提供的信号控制系统，采用所见即所得的流媒体传输与控制方式，可将信号源在移动和PC终端进行放大预览确认后，再以任意拖拽的方式，投放到大屏幕的任意位置。其他的典型应用如总体态势运行与监测预警、重大事件联动指挥及现场视频回传、多部委联合办公及多系统上墙、日常监测数据显示等场景，可随时进行一键信号源切换。

保证城市管理中所产生的海量复杂的数据进行分层次可视化，通过直观的视觉呈现形式，实现城市各环节运行过程中不同行业、不同业务间的大数据可视化，从而实现对数据的深度挖掘、资源利用，推动决策生成，有力提升了城市管理治理水平。

方案设计

产品选型

分辨率要求

本项目共计42个坐席，其中业务坐席36个、监督坐席4个、指挥坐席2个，需要上墙的电脑信号在36个以上，要全高清显示所有电脑信号，需P1.2或以下的产品才能满足业务要求。

从座位及作业岛设计图分析可得出，最近一排作业岛与大屏距离7米。人眼的分辨能力是由视网膜上感觉接收器的间距决定的，研究表明，在正常背景亮度和对比度的情况下，人眼的最小分辨角度大约是1'。人眼的视角大约是120°，当集中注意力时约为五分之一，即25°。

由于此项目屏幕较宽，涵盖的观众范围较广，在同一水平面上，为了满足每一个位置的观众均能收看到较好的视觉效果，通过适当调整LED屏幕的外形，来解决这一问题。

如果采用LED弧形屏幕的设计，将原平面屏幕的两端向内侧偏移，能有效提高观众观看屏幕的效果。弧形屏对中心线上的观众视觉感受有所提升，对边缘位置的观众来说，对角线处的LED屏幕亮度有一定的提升，有助于保持画面亮度均匀性。

根据上述分析，将直面屏与弧形屏的观看空间做以下分析，如下图：

可见弧形LED屏幕具有更大的最佳观看区域。

为保障17个部门共计达36位的坐席，最远端坐席的观看视角不超过25°，且均可清晰的观察全部大屏幕显示内容，最近端坐席观看屏幕无颗粒感，本项目经严谨的现场测量和数据演算，决定采用圆弧半径超过37.1米的超大弧形拼接，显示屏的点间距采用1.27mm。

综上，本项目采用P1.27mm点间距的产品，并且显示面使用内圆弧半径37.1米的弧形设计，以达到最佳的观看效果。

整体架构设计

本方案的LED大屏幕显示系统主要由以下几部分组成：CR1.2产品，点间距P1.27mm，尺寸25.62m（长）×6.517m （高）；信号接收控制卡（内置屏体）；信号发送盒；管理系统（主机、高性能显卡、机架式KVM）等；LED配电系统；拼接器、同步控制器、交换机、线缆等外围设备。

大屏幕显示系统主要由信号源、信号处理、信号控制和信号显示等几部分组成：

信号源：包括来自坐席工作站摄像头、高清播放器等各种制式的视频信号；来自用户坐席工作站的计算机信号；局域网内工作站网络输出的显示信号；远端IP视频信号等。

信号处理：在显示信号之前对信号进行对应的处理，如选择、切割、放大、窗口化等。

信号控制：LED大屏信号控制由1596张接收卡和110台发送盒组成，均为主从热备份形式，由一台安装了大屏幕控制软件的PC构成，可对大屏幕上显示的信号进行控制。

信号显示：由LED显示单元组成的25.62m（长）×6.517m （高）LED大屏幕，可将处理后的信号在大屏幕上显示出来。

运行中心LED大屏幕组成及功能

LED显示屏基本信息

产品型号：CR1.2

点间距：P1.27mm

标准箱体尺寸：610mm×343mm×67mm ；

箱体分辨率：480点（W）×270点（H）

屏体尺寸（长*高）：25.62m * 6.517m。

屏体面积：166.97m2

整屏分辨率：20160*5130像素点。

屏体形状：曲面内弧形。

可开窗数量

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

支持倍频倍线处理、画面漫游、画面任意缩放、画面叠加、画面裁剪、画面局部放大、画面异常校正、无缝切换等功能。

主要功能介绍

接入信号源种类：输入接口SDI、DP、HDMI、DVI、IP流媒体、VGA等，采用分布式的结构，如有扩展需求，只需要添置相应数量的节点连接至系统即可，无输入节点数量的限制，可实现无限扩展功能。

艾比森CR系列的特点与优势

本项目使用的艾比森CR1.2产品是专门针对控制室等领域开发的户内高清固装显示屏，箱体采用27.5吋16:9比例设计，箱体2x2刚好为55吋，可完美替换55吋LCD拼接墙，实现无缝拼接。

高显示稳定性

艾比森CR系列小间距产品，对电源和接收卡核心部件采用1+1冗余设计，实现真正的两进两出电源/信号双备份，保证了显示屏永不黑屏。

CR系列箱体内部均采用全插拔无线技术，内部空间宽敞，简洁干净，在强化了散热效果的同时，还大幅降低了元器件的故障率。同时箱体也根据空气对流原理设计，使内部热量能更快的散发出去，增加了电气性能的稳定性。

节能环保

本项目采用的CR1.2产品，平均功耗仅为153W/m2，较常规55寸LCD液晶高亮拼接单元低25%—35%。同时艾比森的产品在PCBA焊接过程中，采用符合RoHS标准的沉金工艺（无铅工艺），不仅环保，还充分保证了PCB的焊接可靠性和抗氧化性，提升产品可靠性。

CR系列产品还具有黑屏、部分黑屏智能节电功能，使用过程中自动开启动态节能模式，达到高效节能省电，让显示屏的节能达到进一步深化。下图一边箱体开启智能节电，另一边则关闭此功能，从电表上数字对比可直接得知，开启智能节电可降低20%功耗(减少多少功耗与展示图面相关)，智能节电的功能能带给客户巨大的价值点——对电量和费用的双重节省。

高精度拼装

单屏面积近167m2，累计798个箱体，相当于近200块55m2液晶拼接墙大小！如此高精度，大面积的弧形安装，这在国内尚属首例！本次项目最终选型成功的CR1.2产品，也给现场负责人带来了惊喜！

CR系列不仅具备Precise Align技术，通过16点微调及XYZ三轴精准调节技术，保证了箱体在XYZ三向均可进行拼缝精准微调，还配置了专业的软件，通过快速调节拼缝的亮暗线，满足客户对拼接的更高需求。

广色域多级调节

由于选用高品质的原材料，并采用先进的生产工艺，艾比森的CR系列拥有近110%的广播级NTSC色域，较高端的OLED液晶显示屏的色域还要高6%，甚至比常规的LCD液晶产品高31%。

同时为了满足用户在不同季节的体验需要，以及不同时间段的环境光亮度的个性化需求，CR系列还拥有一键的色温调节以及亮度调节，通过降低亮度使用，在节省用电的情况下调整达到最佳的显示效果，保证了用户长时间观看的舒适性。

该项目的投入使用，为城市在经济转型发展时期，统筹社会治理、城市管理、产业发展与生态环境的协调发展，打破各行政部门的沟通壁垒，实现整合协作，最终为城市管理者的决策，提供了重要依据和保障。