面向大數據應用的某應急指揮中心“智慧顯控”一體化設計暨設備選型建議

　　長春希達電子技術有限公司

　　高級解決方案工程師 卓榮

　　2021-12-21

　　目錄

　　1 背景分析3

　　1.1 指揮中心概述3

　　1.2 大數據帶來的指揮管理體系變革 3

　　1.3 傳統的大屏顯控方案難以滿足大數據指揮的高要求 4

　　1.4 新型指揮中心“智慧顯控”建設思路 5

　　2 建設方案建設 7

　　2.1 系統架構設計 7

　　2.1.1 系統整體架構 7

　　2.1.2 網絡架構 8

　　2.1.3 數據處理架構圖 10

　　2.2 “智慧顯控”資源協作平臺 10

　　2.2.1 平臺構成 10

　　2.2.2 平臺主要功能 14

　　2.2.3 配套硬件設備 20

　　2.3 應急指揮顯示大屏子系統 23

　　2.3.1 大屏顯示技術選型 23

　　2.3.2 應急指揮顯示大屏設計 26

　　2.3.3 顯示單元設備選型 32

　　2.4 全融合信號調度子系統 37

　　2.4.1 信號調度系統選型分析 37

　　2.4.2 系統架構 38

　　2.4.3 主要功能 40

　　2.4.4 節點規劃 41

　　2.5 大屏應用規劃 41

　　2.5.1 屏幕分區應用規劃 41

　　2.5.2 GIS“一張圖”監測 42

　　2.5.3 數字孿生“一張屏”指揮 43

　　背景分析

　　指揮中心概述

　　指揮中心建設就是要對各種事件進行集中受理，有效調度各種信息資源，科學決策和統一指揮，對于提高快速反應能力，解決各種突發事件具有重要的意義。

　　指揮中心是決策數據的匯聚中心、決策調度的研判中心、跨部門業務處置的協作中心。指揮中心對內要保證各部門各司其職、各負其責，優勢互補、團結協作; 對外要主動協調，加強聯動機制建設，建立多邊區域協作機制等，確保工作的有序運作、良性 互動、全面發展。

　　典型的指揮中心信息化建設往往包括弱電智能化設施和業務數字化系統等兩大類。弱電智能化包括大屏顯示系統(及配套信號處理設備)、視頻通信(會議)系統、音頻擴聲系統等基礎設施。業務數字化包括接處警系統、指揮調度系統、決策輔助系統等應用系統。

　　大數據帶來的指揮管理體系變革

　　大數據條件下，信息系統間無縫鏈接，云計算提供的巨大計算能力，極大縮短指揮層級，指揮中心的業務結構由“樹狀”變為“網狀”，改變了指揮體系“樹干、樹枝、樹葉”編成的組織形態，為精簡優化指揮體系提供了必要條件。“網狀”指揮結構中，指揮所設置更加靈活機動，指揮員可以在指揮網內任意節點實施指揮決策。一個指揮單元被打垮，所屬各分隊仍可借“網”與上級或其他作戰單元聯系，避免出現“樹狀”指揮結構中“打斷一枝、癱瘓一片”的指揮弊端，有效提高指揮效能。

　　在指揮中心內要求各職能單元深度融合。職能單元融合的關鍵在于信息的充分共享和高效流轉，使得整個體系在認知與行動兩方面達到協調一致。而依靠傳統信息技術卻很難實現，大數據的發展應用為實現這一目標提供了保證。首先，大數據把類型眾多的數據整合到一起，提供高度共享的數據池，保證獲取信息的一致性。其次，按照大數據要求，建立明確的數據結構和統一的數據交換標準，各系統間信息交換會更加順暢，各力量、各要素之間互聯、互通、互操作更加良好，為最終形成自同步、自適應的一體化聯合作戰創造條件。

　　指揮大屏作為核心的交互展示支撐設施，是大數據指揮體系的顯示窗口和交互平臺。智慧型的指揮大屏不僅需要將大規模、高緯度、多類型的指揮數據以可視化形式完美的展示出來,更需要遵循大數據治理和共享的理念，實現所有要素的資源池化管理，最終達到“一屏統攬、一鍵統調、一網通用”的應用目標。

　　傳統的大屏顯控方案難以滿足大數據指揮的高要求

　　傳統的大屏顯控系統建設往往還停留在滿足信號分區的看監控邏輯，以全屏放大方式進行大數據結果展示，帶來如下普遍性問題：

　　單屏信息量少，只能顯示業務局部的信息;

　　各系統調度采用不同的控制系統調度，無法跨業務、跨平臺調度，決策指揮效率低;

　　各系統信息共享、分發繁瑣，不能有效支持遠程決策和信息聯動的需求;

　　各業務系統獨立呈現，信息數據彼此無關聯性，存在信息孤島問題，不能以事件為中心快速確認跨業務的資源和狀態;

　　應用系統面向日常操作人員，界面層次多，信息復雜，不適應指揮決策多人協同的應用模式;

　　難以滿足業務綜合展示與匯報中多業務集成與遠程操作控制;

　　新型指揮中心“智慧顯控”建設思路

　　綜上所述，在新型指揮中心建設過程中，需要構建一套符合“規范化梳理、標準化采集、場景式融合、訂閱式服務”資源調度理念的“智慧顯控”一體化管理和應用體系。

　　首先，實現對指揮中心中關鍵的視頻監控信號及桌面電腦等光電信號的匯聚管理。將各種信息資源網絡化采集到顯控平臺云服務的資源池中，并對所接入資源池的信號、信息、數據進行統一管理，通過統一的操控界面，實現在任意地點、任意屏幕(拼接大屏、電腦屏幕、移動終端屏幕)間的調度、投放和協同，實現全可視化的操作，包括信號可視化、屏幕信息可視化、操作過程可視化，從而實現跨網絡、跨系統、跨平臺的綜合信息可視化匯聚和共享應用。

　　其次，實現對指揮中心所有設備的統一控制，通過一套系統管理顯示系統、音頻系統、會議系統、窗簾燈光等周邊設備，在一個統一的、直觀的顯示界面下，各個類顯示系統通過網絡做到信號源互通、圖像共享，為應急協同指揮，提升整體響應效率提供支撐。

　　第三，建立指揮大廳的數據連接和渲染交互能力，借助大數據采集和信息可視化技術，實現對多渠道、多網絡、多系統的異構數據進行標準化采集，再講匯聚的數據按照數據類別和業務目的進行關鍵指標梳理，通過豐富的二維、三維動畫圖文、圖形、圖像可視化設計，所有信息均可以直觀、準確的圖形、圖表和圖文進行瀏覽，對外提供標準的W3C訪問接口，可根據應用請求進行實時數據更新和圖形渲染。

　　建設方案建設

　　系統架構設計

　　系統整體架構

　　基礎接入層

　　基礎接入層包括是指從數據共享交換平臺、視頻監控系統等業務系統所采集匯聚的各類數據資源，按照類型可以分為GIS、視頻、結構化數據和文件等不同類型。

　　平臺服務層

　　平臺服務層以“智慧顯控”資源協作平臺為核心，包含公共服務和調度服務兩個部分。

　　公共服務層主要包含機構管理、用戶管理、信號流管理、文件管理、數據接口管理、數據組件管理、屏幕資源管理、場景管理、布局管理等。

　　調度服務層實現數據獲取及分發、指令消息、各類信號系統的接入而定制的統一接口服務。

　　終端應用層

　　智能終端是指同指揮調度相關聯的終端設備，包括COB大屏、電子沙盤、觸摸交互一體機、操作臺電腦和控制平板等。

　　應用展示是結合日常值班、會議研討、突發事件處置等業務場景下的主題渲染和內容展示。

　　網絡架構

　　網絡拓撲

　　為滿足指揮中心顯控調度需求，新建調度控制網，作為支撐音視頻分布式調度和桌面KVM共享協作的支撐網絡。指揮中心內的信號輸入節點、信號輸出節點、信令控制節點、KVM控制節點，以及外部的視頻監控信號等均通過調度控制網進行傳輸。

　　針對結構化數據、非結構化的文檔文件等數據類的應用，通過業務網進行傳輸。

　　網絡安全保障

　　網絡結構安全

　　網絡結構的安全是網絡安全的前提和基礎，選用主要網絡設備時需要考慮業務處理能力的高峰數據流量，要考慮冗余空間滿足業務高峰期需要;網絡各個部分的帶寬要保證接入網絡和核心網絡滿足業務高峰期需要;按照業務系統服務的重要次序定義帶寬分配的優先級，在網絡擁堵時優先保障重要主機;合理規劃路由，業務終端與業務服務器之間建立安全路徑;繪制與當前運行情況相符的網絡拓撲結構圖;根據各部門的工作職能、重要性和所涉及信息的重要程度等因素，劃分不同的網段或VLAN。保存有重要業務系統及數據的重要網段不能直接與外部系統連接，需要和其他網段隔離，單獨劃分區域。

　　網絡安全審計

　　實現對用戶的網絡行為、網絡傳輸內容進行監控;實現對網絡行為進行統計分析和事后取證;對網絡潛在威脅者予以威懾。對網絡系統中的網絡設備運行狀況、網絡流量、用戶行為等進行日志記錄，能根據記錄數據進行分析，并生成審計報表。審計記錄包括：事件的日期和時間、用戶、事件類型、事件是否成功及其他與審計相關的信息。

　　跨安全域數據交換

　　在指揮中心內，調度控制網和業務網之間物理隔離，確保信息安全性。通過將業務網主機的桌面和鼠標鍵盤信號進行編碼后接入調度控制網，實現在確保數據不連通情況下的畫面控制。

　　針對業務應用方面，各相關單位應急相關系統主要承載在政務外網，那么跨安全域的信息交換包括從互聯網到政務外網的數據交換，從各類專網(如氣象專網、國土專網等)到政務外網的數據交換，以上數據的交換均通過數據安全單向傳輸設備進行單向控制和單向數據導入到業務網。

　　數據處理架構圖

　　根據各業務模塊的數據處理流程，“智慧顯控”資源協作平臺的數據處理包括圖像采集匯聚、數據匯聚、全要素融合處理、分發控制、應用展示等核心環節。

　　“智慧顯控”資源協作平臺

　　平臺構成

　　資源協作平臺由一平臺二端三套件組成，分別為一平臺即資源協作平臺，兩端分別是應用門戶端、控制端，三套件分別為多維數據接入套件、大數據可視化引擎套件、全要素資源編播調度套件。

　　資源協作平臺支持集群部署，快速構建規模任意的云平臺，提供視頻、文件、應用、數據、指令等資源的接入，跨地域調度一體化的控制在內應用服務。資源協作平臺可實現在網全部設備管理、聯動、共享，支持多級權限管理。平臺架構支持自動負載均衡與冗余備份，可彈性擴展系統，滿足不同規模及安全需要。

　　門戶端提供應用資源的呈現和融合渲染，為用戶顯示終端提供個性化的門戶桌面，創建各類云端應用的入口形成超級應用桌面，也能通過菜單和入口快速調用應用程序。

　　(桌面門戶端)

　　控制端通過PC和平板能調度各種資源在終端顯示，也能通過控制端和不同的顯示終端，資源大小和位置同步顯示在控制端。

　　(控制端)

　　多維數據接入套件具備完整的結構化數據接入和處理能力，支持標準的 JDBC 接口，能直接對接各種主流關系型數據庫系統，包括 Oracle、SQL Server、 MySQL、PostgreSQL、國產人大金倉、達夢等。支持文本數據(Excel、CSV)的直接導入分析。支持 hadoop-hive、華為等大數據平臺數據源接入。多維數據接入套件同時具備針對RGB/SDI/HDMI/CVBS信號源、多應用窗口信號源、IP音視頻信號的接入和轉發。

　　大數據可視化引擎套件能支持各種顯示屏及終端的各類可視化場景的開發，支持拖拽式設計，提供各類可視組件和模板，支持編輯工具和樣式配置，支持多種交互方式，提供數據的鉆取和復雜交互效果，支持組件間和頁面的聯動，支持各類行業組件的自定義開發，并支持組件的復用，支持文件、實時信號、IP信號、數據組件、3D模型、GIS地圖等全場景的支持，提供API、Socket、MySQL、ORACLE、CSV等多種數據源的支持。

　　(可視化場景編輯工具)

　　全要素編播調度套件能支持各種顯示屏1*1、1*2、2*2、3*3、3*4等默認布局，內置各類容器組件、基礎修飾資源、工具組件，無需專用的開發能力，能快速拖拽各種組件和多媒體資源，變成顯示布局進行發布顯示。

　　(顯示布局編輯工具)

　　全要素編播調度套件能支持針對各種不同的控制場所和場景，能拖拽各種控制組件，構建一個個性化的控制界面，通過控制界面能調度信號、文件和設備，能組合各種模式和流程實現快速的控制。

　　(中控布局編輯工具)

　　平臺主要功能

　　資源統一接入管理

　　結構化數據接入

　　提供圖形化工具實現對結構化數據的接入，數據庫定時執行 SQL 的準實時數據提取、定時通過調用第三方接口獲取準實時數據、通過接口實時接收第三方接口實時發送的數據。能通過頁面配置的方式完成實時數據模型創建過程以及數據對接。系統支持自定義計算字段，提供不少于 30 個的計算函數，包括：總體標準偏差、 樣本標準偏差、總體方差、樣本方差、冪運算、IF 條件、CASE 條件、空值判斷等以組成復雜的計算函數。

　　信號采集接入類型

　　系統IP音視頻信號可以通過流媒體采集組件接入系統，系統可同時支持音頻和視頻的接入和轉發。

　　會議系統接入

　　目前針對視頻會議系統的對接包括光電信號對接、協議對接和SDK對接這三類。光電信號對接為直接連接會議終端，不需要廠商配合，兼容所有硬件會議系統廠商，如寶利通、華為等。針對協議對接采用H.323和SIP等標準協議同會議平臺進行對接，可以實現各類常規操作。SDK對接則是通過對廠商SDK的調用和集成，能夠實現廠商平臺和終端上的所有功能。考慮到系統穩定性和可落地下等方面因素，建議采用光電信號方式對接。

　　視頻監控系統接入

　　對接方案

　　針對視頻監控系統的對接支撐物理接口光電信號直連、監控主機直連、國標協議對接和SDK對接等方式。

　　物理接口光電信號直連支持包括直接連接監控廠商的硬件解碼器并將信號接入處理系統進行統一管理，通過光電信號直連方式連接情況下，通過對國標等協議的融合，可同步平臺權限范圍內的所有視頻資源并根據應用的需要實時調用實時上墻。

　　監控主機直連是將監控電腦當作一個信號接入信號處理系統進行統一管理，同時配合主機控制管理模塊，可實現一個工作人員通過一套鍵盤鼠標控制多個監控系統。

　　國標協議對接為采用國標GB28181和Onvif等國際標準實現同監控平臺的對接，可同步平臺權限范圍內的所有視頻資源并根據應用的需要實時調用實時上墻。采用國標協議對接一般建議配置專用硬件設備，如各監控廠商的硬件解碼器或者第三方的標準化轉碼器。針對協議對接，一般還需要獲取與視頻信號相對應的視頻坐標點數據，獲取視頻矢量數據包含視頻類型信息，區分視頻類型球機、槍機。

　　通過SDK方式對接，一般是由平臺集成監控廠商SDK后獲取廠商平臺攝像頭名稱和分組列表并進行調用，SDK對接一般需要針對每個廠商逐步進行。

　　國標協議對接

　　本期計劃采用GB28181國標協議對接的具體要求，平臺已經實現同海康、大華和宇視等廠商的協議對接。

　　場景可視化編播配置

　　數據可視化引擎可視化場景應用的關鍵支撐，數據可視化引擎為大屏應用提供開發工具和運行環境，可以創建各類可視化大屏應用，提供多種布局、組件，能夠在模板的基礎上通過配置的方式實現可視化前端應用，能夠和各類常見數據庫進行連接，滿足數據可視化展示場景的需求。

　　同時數據可視化引擎需充分考慮大屏系統應有的高穩定高可用、快速響應、靈活可擴展、全方位安全保證的技術能力。

　　可視化引擎系統層以三大技術模塊支撐，可視化服務后臺、用戶編輯界面和大屏Web應用。可視化服務后臺包含了數據中心，即數據源管理和布局樣式管理的后臺服務。工作人員編輯界面則支持圖形化編輯的應用管理、數據管理和應用編輯器操作。

　　可視化場景應用管理

　　支持用戶自由創建可視化頁面(即指由數據可視化組件配置而成的可視化場景應用)。

　　平臺引用設計領域的圖層、畫布理念，以所見即所得式的形式，通過可視化界面對組件色彩、比例、字體等樣式進行自定義編輯，無需使用人員具備復雜的編程能力，只需要通過鼠標將可視化組件自由拖拽、組成，即可創造出專業的可視化應用

　　數據可視化引擎內置1920*1080、1366*768、1024*768等常用分辨率，可直接選擇使用，同時支持使用者根據實際展示場景，在編輯頁面自定義分辨率大小。

　　支持快速對可視化項目進行全屏預覽。

　　畫布編輯器

　　支持對畫布及組件自由進行縮放或控制，大屏配置過程中，畫布區域支持一鍵控制大屏顯示區域且適應當前可視窗口。

　　圖層管理

　　通過界面點選拖拽方式，選取系統內置組件進行大屏搭建，一個組件即對應一個圖層，大屏根據圖層當前所在上下層級排布順序進行展示。

　　組件交互事件配置

　　組件分類下擁有可交互組件，支持對組件事件進行定義，通過事件方式對大屏或組件進行狀態操作，如單擊組件控制對話框或其他內容的顯示、隱藏等。

　　支持配置組件交互動作，可通過配置項定義組件間顯示、隱藏操作，如可定義點擊某tab控件后大屏中心區域彈出對話框展示詳情模塊，再次觸發關閉或定時關閉等，滿足對應各種交互場景訴求。

　　數據源對接、管理

　　支持MySQL、Oracle、SQL Server 關系型數據庫連接，且支持對相應連接進行編輯管理。

　　支持常見類型API數據獲取，且支持對相應連接進行編輯管理。

　　支持API類型數據源管理功能，可定義好API 對應Base URL(主域)并對其進行管理，大屏組件編輯數據源時可直接引用對應API Base URL 隨后僅編輯對應請求方式、路徑、參數即可。

　　支持CSV靜態數據導入。

　　可視化場景發布

　　支持將可視化項目對外「公開分享」，網絡環境互通的情況下，目標用戶無需登錄系統可直接查看分享出的可視化項目。

　　支持將可視化項目對外「加密分享」，網絡環境互通的情況下，目標群體需根據設定好的訪問密碼，方可查看分享出的可視化項目。

　　支持將當前環境大屏下載、導出形成大屏文件包，并可提供給其他環境復用。

　　支持將本產品其他環境設計或配置好的可視化場景應用快速導入當前產品環境，且包含大屏內數據源及其他資源配置信息，以提升大屏開發效率。

　　流媒體標準化轉碼和分發

　　平臺通過標準化轉碼處理器實現對IP視頻碼流的標準化處理，支持對信號進行標注處理，可兼容各種不同編碼格式的IP視頻接入顯示，支持對非H.264、MPEG4格式的碼流強制轉碼為標準格式，支持對提供Windows版SDK或者協議文檔的IP信號源進行二次開發接入處理，單臺能力不低于18路1080p@30 H.264。

　　轉碼處理器在標準流媒體轉碼基礎上，支持對信號畫面的標注，實現會商研討交互等協作功能。

　　轉碼處理器支持以集群方式實現能力擴展，支持動態添加或刪去，支持任務負載均衡。

　　可視化流程調度

　　系統支持對各類應用流程進行預案配置和管理，具體功能包括：

　　流程/預案資源管理

　　支持流程/預案資源同步，支持流程/預案資源列表查詢，支持流程/預案資源增刪改查，支持流程/預案資源保存，支持流程/預案資源目錄管理。

　　流程/預案控制

　　流程/預案集成：集成模式和延時操作, 能夠按照指定的順序和間隔時間來控制控制室內所有的顯示屏設備、環境設備和計算機的應用程序、文檔等。

　　流程步驟可視化

　　根據需求，進行預案化配置，綁定模式和步驟形成流程化控制界面，并支持對每個流程步驟增加對應圖片及講解詞。

　　多種方式控制流程/預案

　　流程自動啟動后，支持自動播放、停止、暫停和恢復。

　　支持手動和定時啟動，定時執行。

　　基礎應用支撐模塊

　　用戶管理

　　管理員可以通過管理中心的操作菜單進入用戶管理界面，實現對用戶信息的添加、修改和刪除功能。

　　角色管理

　　角色是一組權限相同的用戶，通過角色對用戶權限進行管理更加方便。

　　管理員可以通過管理中心進入角色管理，在角色管理功能模塊中，可以實現對對角色的添加、修改和刪除功能。

　　系統日志

　　提供調試級別的系統日志和功能邏輯的業務日志，日志格式包括操作時間、操作人員、歸屬模塊、操作內容或異常信息、歸屬IP和備注等。

　　配套硬件設備

　　資源管理服務器

　　根據類似業務量和環境，建議最少配置一臺統一資源管理服務器作為平臺數據存儲和服務的處理單元，可以采用物理機或者云平臺虛擬機，建議配置如下：

　　(1) 處理器：性能不低于兩顆英特爾至強銀牌 4210 2.2G, 10C/20T, 9.6GT/s, 13.75M 緩存。

　　(2) 內存：性能等不低于2條8GB RDIMM, 2666MT/s，支持內存保護技術。

　　(3) 硬盤及陣列卡：存儲容量不低于8TB。如物理機配置，建議4*2TB SAS硬盤，配置磁盤陣列卡，支持RAID0,1,10。

　　(4) 網卡：配置1塊2*GE以太電口卡，可靈活配置為2*10GE光口網卡。

　　調度管理服務器

　　根據類似業務量和環境，建議最少配置一臺調度管理服務器作為平臺的信令調度單元，可以采用物理機或者云平臺虛擬機，建議配置如下：

　　(1) 處理器：性能不低于兩顆英特爾至強銀牌 4210 2.2G, 10C/20T, 9.6GT/s, 13.75M 緩存。

　　(2) 內存：性能等不低于2條8GB RDIMM, 2666MT/s，支持內存保護技術。

　　(3) 硬盤及陣列卡：配置高速存儲硬盤，實際可用容量為1TB以上。如物理機配置，建議2*800G SSD硬盤，配置磁盤陣列卡，支持RAID0,1,10。

　　(4) 網卡：配置1塊2*GE以太電口卡，可靈活配置為2*10GE光口網卡。

　　單向安全數據交換網關

　　在指揮中心的應用中往往存在的數據安全性和調度靈活性的矛盾。一方面，必須確保指揮中心的數據安全做到信息不外泄，要求保證指揮調度網、業務網和互聯網等不同安全等級網絡間物理隔離互相不連通。另一方面，要進行大數據層分析和研判，又必須匯聚跨網絡跨系統的數據。傳統的網閘等設備無法滿足合規性要求，光閘又存在吞吐率低、不支持流式數據等問題。

　　通過采用單向安全數據交換網關，借助于單向可見光傳輸技術，實現在合法合規并確保安全的情況下，實現對文件、視頻流等信息類型的并行傳輸，并且將傳輸速率提升到1Gbps，滿足指揮調度的場景化應用需求。單向安全數據交換網關在兩個不同密級且需要進行數據交換的場景中進行使用，如政務外網和指揮調度私網，指揮調度私網和IOT網(一般是基于城域網的VPN網)。

　　流媒體服務器

　　流媒體服務器實現對IP視頻碼流的標準化處理，對信號進行標注處理，兼容各種不同編碼格式的IP視頻接入顯示，對非H.264、MPEG4格式的碼流強制轉碼為標準格式，對提供Windows版SDK或者協議文檔的IP信號源進行二次開發接入處理，單臺能力不低于18路1080p@30 H.264。

　　流媒體服務器支持以集群方式實現能力擴展，動態添加或刪去，任務負載均衡。直播、推流功能，實現平臺資源推流到門戶，門戶實時資源推流到資源池共享。RTMP協議輸出、HTTP-FLV協議輸出、HLS協議輸出、RTSP協議輸出。

　　大屏高分渲染服務器

　　大屏渲染服務器是針對超高分辨率下應用程序開發、運行而設計制造的專業圖形工作站。滿足服務監控大廳海量信息高分呈現的要求。

　　(1)計算能力

　　不低于CPU Intel Sandy Bridge微架構和32mn工藝;單CPU中集成內核：每CPU包含8枚內核，16線程;

　　降低CPU多核心間數據交換的延遲：CPU內部采用環形總線(Ring Bus)連接各個CPU核心和L3緩存;在雙CPU之間使用兩條最高速率不低于8.0GT/s的QPI互聯，降低多核心之間數據交換的延遲;

　　提升外設間數據傳輸效率：CPU內集成4路內存通道;CPU中直接集成PCI-E3.0接口，CPU與外設間傳輸率不低于8GT/s。

　　指令擴展集，提升浮點運算能力：支持intel Advanced Vector Extensions (Intel AVX)擴展指令集。浮點運算單元擴展到256bits。

　　(2) 超高分辨率的顯示輸出

　　顯示部分采用NVIDIA的GPU架構(Kepler)，部署超高分辨率應用程序：每輸出通道不低于3840x3840分辨率輸出;多顯卡之間支持硬件幀同步，保證超高分辨率輸出下的圖像同步，避免撕裂。

　　全景抗鋸齒：提供最高 64 倍速 FSAA ，大幅減少視覺偽像或「鋸齒」現象 。

　　包含Shader Model 5.0的GPU曲面細分引擎：在不犧牲性能的情況下即可呈現出影院級畫質的環境與場景。

　　16K 紋理和渲染處理：能夠從 16K x 16K 的表面采集紋理并對這些表面進行渲染，有利于那些需要最高分辨率和最高圖像質量的處理任務。

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

　　應急指揮顯示大屏子系統

　　大屏顯示技術選型

　　目前市面上主流的大屏幕拼接顯示技術分為：DLP拼接顯示技術、小間距LED拼接顯示技術和LCD液晶拼接顯示技術，因此以下三種拼接顯示技術進行比較選型：

　　LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶拼接顯示技術：采用液晶屏作為拼接單元，配套圖像控制器構成的大屏幕顯示系統。

　　DLP(Digital Lighting Progress)拼接顯示技術：在背投單元內部設置一部投影機，光源發出的圖像經透鏡放大后通過鏡片反射投影到屏幕背面，就是背投，由多塊背投單元以及配套圖像控制器構成的大屏幕顯示系統。

　　小間距LED(Light Emitting Diode)拼接顯示技術：由多塊小間距LED顯示屏以及與之對應的圖像控制器構成的大屏幕顯示系統。目前市場主流的小間距LED產品根據封裝工藝又分為SMD和COB兩大類。

　　由于LCD液晶拼接縫較大，最小僅能做到2mm左右,不能滿足運行中心精細化的圖像顯示要求，因此以下主要對DLP拼接顯示技術和小間距LED顯示技術(SMD和COB封裝工藝)進行比較選型。

　　DLP拼接技術

　　DLP(Digital Lighting Progress)的技術原理很簡單，在背投單元內部設置一部投影機，光源發出的圖像經透鏡放大后通過鏡片反射投影到屏幕背面，就是背投。

　　優點：單位平方米內顯示分辨率高，近距離觀看不影響畫面顯示效果。亮度柔和，長時間觀看舒適度好。

　　缺點：拼接縫隙雖然能夠達到0.3mm左右，對文字圖像的屏蔽很小，基本沒什么影響，但還是能夠看得到拼接縫隙。拼接顯示單元體積較大，所需安裝部署場地較大，結合實際場地需要在大屏幕后方留出足夠的維護空間。背投容易受環境光影響，產生屏幕反光。

　　基于SMD的LED拼接技術

　　基于SMD的LED拼接技術，是采用表貼技術，先把燈芯封裝成燈管，再用高溫回流焊把燈管通過金屬介質焊接在PCB板上，再封裝形成顯示單元，最后拼接成大屏。

　　優點：高亮度情況下，圖像高對比度、高色彩還原能力顯示效果優。拼接縫隙能夠達到0.01mm左右，基本看不到拼接縫隙。體積小所需場地空間小，大屏幕后方所需維護空間很小，必要時可支持貼墻安裝。

　　缺點：基于SMD的小間距LED采用點光源設計且亮度高，長時間觀看舒適度。降低輸出亮度會損失灰度，影響顯示效果。制造過程的高溫回流焊和表面防護能力差，導致死燈幾率高，整體故障率較高。

　　基于倒裝COB的LED拼接技術

　　基于倒裝COB的LED拼接技術，將發光芯片以倒置無焊線方式固定在PCB板上，再封裝形成顯示單元，最后拼接成大屏。倒裝COB封裝技術是由我國主導的技術，被列入國家科技部“十三五”重大課題項目。

　　優點：除了具備SMD小間距圖像效果好、視覺無拼縫、前維護貼墻安裝等優勢外，還實現了面光源顯示，可滿足長時間觀看需求;同時表面防護性較好，可達到IP65級別;解決了傳統SMD死燈率高和故障率高的問題。

　　缺點：新技術處于普及的初步階段，成本較高;單元拼接容易造成拼接區域的亮暗線等問題，需要結合校正控制等技術，確保顯示一致性。

　　SMD小間距、COB小間距和DLP拼接顯示方案對比

　　綜合以上分析，從技術先進性、產品的適用性、整體可靠性和可用性等方面綜合評估，推薦采用基于倒裝COB的LED小間距產品作為本次系統建設的優選產品。

　　應急指揮顯示大屏設計

　　根據《視頻顯示系統工程技術規范》(GB 50464-2008)、《視頻顯示系統工程測量規范》(GB/T50525-2010)以及《電影院建筑設計規范 JGJ58-2008》標準，我們在設計LED拼接大屏尺寸時應重點考慮以下幾點：

　　點間距：滿足現場較高清晰度的圖像顯示，根據LED點距與視距的關系合理選配拼接屏的LED像素點間距規格產品;

　　視角：依據現場坐席布局，滿足與會人員在觀看LED拼接大屏上所顯示的圖文信息時應擁有較好的可視角度范圍、較佳的視覺距離，其值應符合相關國標設計規范要求;

　　屏幕尺寸：根據現場實際空間尺寸布局來合理設計LED拼接屏的整體尺寸，寬高比例、安裝高度等。

　　點間距和視距設計分析

　　當前主流的LED小間距顯示屏的點間距分別有P1.8mm，P1.5mm，P1.2mm，P0.9m，P0.7mm等。LED顯示屏根據可視距離的不同需使用不用型號間距的LED顯示屏，具體點間距和視距分析如下：

　　人眼觀看遠處相鄰兩個物體時，當人眼無法分辨出是兩個物體時的視角通常為1.5′視角即為人眼的最大分辨力，所處的位置與物體的距離為最大視距。

　　而對于LED顯示產品而言，觀眾要觀看平滑的圖像，因此觀眾對于屏幕相鄰像素點的分辨力，就是觀看屏幕的最小視距。即前排坐席應該在最小視距以外，人眼的最大分辨能力，通常為1′視角。

　　圖中d代表像素間距，L代表視距，?角即為1′視角，通過三角函數計算：

　　L =d/2/tg(θ/2)=2200d

　　LED顯示屏采用的是空間混色法，像素之間具有光融合作用，最小視距實際落在最大分辨能力的黃金分割點上 ，因此

　　推薦視距L1=L/0.618

　　根據以上公式得出如下幾款產品的最小視距和建議視距：

　　LED顯示產品視距分析表

　　整屏視角和尺寸設計分析

　　整屏視角設計

　　根據人體工程學研究，人眼的視角極限大約為垂直方向150度，水平方向230度。人眼視覺在10度是敏感區，10～20度可以正確識別信息，20～30度對動態東西比較敏感，當圖像的垂直方向視角為20度，水平方向的視角為35度時，就會有非常好的視覺臨場感，而且也不因為頻繁轉動眼球造成疲倦。

　　水平面內視野分析

　　垂直面內視野分析

　　根據運行中心日常應用情況，原則上建議在主操作區上，針對大屏關鍵顯示區域的水平視角不超過75度，垂直視角不超過40度;針對整屏顯示區域的水平視角不超過120度。在兩側最邊緣工作位上，針對大屏關鍵顯示區域的水平視角最小不低于30度，垂直視角不超過40度。

　　整屏尺寸設計

　　以17000mm(寬)*8000mm(深)*4600mm(高)的指揮中心空間為例，為充分利用空間尺寸，結合在運行中心的大屏展示特性和日常工作監測觀看的應用習慣，建議做如下設計：

　　水平尺寸和視角設計：在現有空間環境下根據相關設計規范，在主操作區約4.16m視距下，為確保水平視角不超過75度，建議屏幕寬度約為12.2米。

　　垂直尺寸和視角設計：在現有空間環境下根據相關設計規范，在主操作區約4.16m視距下，為確保垂直視角不超過40度，大屏幕的底邊距離的高度應符合視線無遮擋的要求，觀眾坐在座位上眼睛距地面的高度宜取值在1100mm左右同時也是視頻會商系統主視角攝像機的最佳高度。綜合上述垂直視角因素，大屏幕底邊距離地面高度應≥1.2m，大屏幕上邊緣距離地面高度4.6m，因此大屏、最大高度建議約為3.4米。

　　大數據一張圖指揮應用分析

　　應急指揮中心大屏主要用于日常監測、應急指揮和節假日保障等情況下，因此基于GIS基礎的應用是不可或缺的。為充分發揮大屏“橫向到邊、縱向到底”的全局化的精準調度支撐要求，原則上本期屏幕設計需要滿足在整屏一張圖情況下，完整展示總長為48KM的南北縱向城市主干道，且在不進行放大情況下可以看到十字路口等關鍵區域標識并展示關鍵監控和誘導設備的點位。

　　根據以上目標，參考地圖地面分辨率和比例尺的關系(如下圖，以天地圖為例)，在13級地圖的情況下，可基本滿足在屏幕上較為清晰展示收費站、服務區等關鍵區域信息點的地圖瓦片圖。同時，為確保整屏可以完整展示48km城市主干道，那么該區域需要的分辨率約為2512px。

　　根據以上測算，同時參考日常應用，需要在頂部設置預警滾動字體區域顯示值班態勢等信息，在地圖上疊加實時預警信息等輔助顯示區域，LED顯示屏的垂直分辨率建議達到3600px。根據本期大屏3.4M尺寸設計，本次推薦配置為LED大屏的點間距最低配置為P0.8-P0.9規格產品，整屏分辨率≥12800*3600。同時需要配置專門針對大屏及高分GIS應用的渲染服務器，以滿足點對點渲染要求，確保整屏顯示效果。

　　顯示單元設備選型

　　顯示單元設備性能要求

　　為了保障大屏幕顯示系統的可靠性、先進性，并且可實施、方便維護等需求，本期提供的設備滿足以下性能要求：

　　圖像顯示性能

　　LED顯示屏可實現亮度、對比度、色度調節、視覺修正，支持視頻降噪、運動補償、色彩變換等功能。

　　LED顯示屏像素光強、模塊亮度均勻度≥98%，顯示畫面純凈完整，亮度、色度逐點可調。

　　LED顯示屏刷新率為圖像每秒鐘顯示數據被重復的次數，高速的刷新頻率可完全適應高速攝影機和高清電視轉播需要，顯示屏的刷新率3840Hz，幀率60Hz可與電腦同步刷新，攝取畫面穩定無波紋無黑屏，應對動態顯示畫面，圖像邊緣清晰，將圖像信息準確真實地還原。色溫從3000到10000K寬幅的色溫可調。

　　LED顯示屏具備低亮高灰技術，LED屏在30%亮度的情況下，灰度等級保持良好，圖像畫面細節清晰可見，色彩均勻、正常。

　　LED顯示屏具備藍光過濾功能，確保在室內低亮度環境下長時間觀看不損傷眼睛。

　　LED 顯示屏、各LED 顯示單元及相鄰單元的色度不均勻性均不大于0.01。

　　LED顯示屏拼接后光滑平整，更耐撞耐磨，沒有燈腳裸露問題，可以擦拭清潔，維護簡單便捷。

　　LED顯示屏具有高色域覆蓋率。色域覆蓋率是表征一款顯示屏對色彩的還原能力，常用其三基色構成的三角形區域面積相對NTSC色域范圍面積的百分比描述;LED小間距屏幕應達到100%N制色域覆蓋率。

　　防護性能

　　LED顯示屏幕單元應采用一體化設計，在顯示單元表面采用膜壓防護技術，屏幕安裝平整度好，顯示屏證明和背面防護均達到IP65標準。

　　LED顯示屏箱體具備良好的通風散熱、防腐、防潮、防霉、防震、防塵、抗電磁干擾等功能，適用于多種使用環境，可通過直接醫用酒精噴灑消毒。

　　控制驅動電路具有良好的、完備的保護功能。具體包括：過壓保護、欠壓保護、過流保護、短路保護、斷路保護、過熱保護、意外掉電保護、防高溫設計等。

　　可靠性

　　大屏幕顯示系統控制信號和供電電源采用冗余設計，防止發生故障時無法正常工作;

　　顯示單元之間的控制信號、電源線路采用環路連接，中間任何一處發生故障不會對整屏的顯示效果產生影響。

　　LED整屏拼接配置

　　希達公司倒裝小間距 COB LED顯示產品，全系列產品配套高品質倒裝 RGB 發光芯片，采用希達先進的COB 封裝技術 以及專利校正技術，呈現良好的顯示 效果。箱體采用 16：9 標準比例設計，可完美匹配主流標準視頻源。

　　以本項目為例，整屏由200套顯示單元以20(列)×10(行)的方式拼接而成。規格如下：

　　每個顯示單元面積：609.6 mm (寬) ×342.9 mm (高) = 0.209㎡

　　整屏面積：609.6 mm (寬) ×20 ×342.9 mm (高) ×10

　　= 12192mm (寬) × 3429mm (高)

　　≈ 41.81㎡

　　單元性能參數如下：

　　LED控制器配置

　　通過LED控制器對LED顯示屏進行連接控制。目前LED控制器有各種類型，包含單獨發送功能、拼接發送二合一等功能，需要結合實際情況進行配置。采用希達LT系列發送控制器，設備參數如下：

　　支持HDMI 和DVI視頻信號的輸入及LOOP輸出;

　　輸入分辨率：最大1920*1200像素，支持分辨率任意設置;

　　單卡最大帶載面積：230萬像素，最寬可達4096點，或最高可達2560點;

　　6路千兆網口輸出，支持上下、左右及混合型任意拼接;

　　雙USB2.0高速通訊接口，用于電腦調試和卡間級聯;

　　支持多發送器任意拼接級聯，嚴格同步;

　　支持百兆網口控制;

　　支持亮度和色溫調節;

　　支持低亮高灰;

　　支持HDCP。

　　LED顯示屏配電柜

　　配電柜根據LED顯示屏的平方數進行配套設計，LED顯示屏的每平方米600W的峰值功耗進行設計，同時考慮適當冗余，因此本期建議采用的配電柜功率不低于30KW。因LED顯示屏由大量開關電源供電，容性負載，在屏體啟動時，瞬間電流極大，易對電網形成沖擊，造成用電設備的損壞，因此本項目配備帶分布逐級上電功能的配電柜。根據項目實際需要可以選用具有遠程控制功能或帶有PLC控制功能的配電柜，具有PLC控制功能的配電柜更加智能化，并可使用軟件遠程操作LED顯示屏及屏內空調、風機等設備的開關，實現對整套系統的無人值守管理。

　　產品視圖

　　產品特點

　　1、可靠的工業結構柜體內關鍵器件全部采用國際知名品牌器件制作(如施耐德、西門子等)，控制器采用高可靠的PLC控制器，即使電腦損壞或通訊中斷，整套系統也能獨立運行，確保整套系統的萬無一失

　　2、多樣的控制模式，支持遠程客戶端軟件控制、現場手動應急控制

　　3、可靠的電力保護，采用分步逐級上電的模式

　　4、便捷的計劃任務管理可設定多個定時開關的計劃任務

　　5、清晰的電源檢測可對前端屏體的電源數據進行近端和遠端的實施監測。

　　全融合信號調度子系統

　　信號調度系統選型分析

　　與傳統的高清視頻矩陣、拼接控制器架構相比，分布式管理系統具備以下優勢：

　　分布式系統的各個節點僅通過雙絞線就能夠實現連接，并且節點設備體積易于安裝能夠在源端設備或顯示設備就近安裝，與傳統架構相比節省了大量的音頻、視頻線纜，布線簡單且節省線纜投資;

　　在整個運行中心的整體系統中，分布式管理系統的某個輸入/輸出節點出現故障并不影響其他設備信號顯示及控制系統的正常運行，所有輸入/輸出節點均支持現場快速更換，系統可自動識別新的處理器設備并投入運行，使故障維護時間縮到最短，與傳統架構圖像由矩陣和拼控設備集中處理的方式相比，分布式管理系統具備更高的可靠性;

　　分布式管理系統節點能夠根據輸入輸出源端設備、顯示設備的數量任意擴展，并且節點設備支持任意信號類型、設備即插即用，與傳統架構的固定最大輸入輸出路數、固定信號源類型的方式相比，分布式系統擴展能力更強、信號接入更加方便靈活。分布式管理系統所有的視頻信號源，包括RGB信號，視頻信號，高清視頻信號，音頻信號等，均被編碼為統一的碼流格式，在以太網上傳輸，所有影像碼流通過以太網交換機實現與顯示輸出節點靈活連接，并且分布式管理系統管理軟件集成了集中控制功能、音視頻傳輸切換功能、大屏拼接處理功能和KVM坐席協作管理功能，使得系統在兼容性方面、系統協同功能、各類信號管理控制功能等都比傳統架構更完備。

　　分布式管理系統功能強大，分布式交互系統滿足可視化、互聯互通、系統對接等的需求，分布式坐席協作系統簡單快捷的操作體驗，大大降低操作人員工作強度，提升指揮決策效率，并且實施和維護簡便。

　　綜上所述，本項目建議采用分布式管理系統實現運行中心圖像信號、音頻信號、控制信號的處理和管理控制。

　　系統架構

　　前端采集部分：系統支持各類型信號的接入，如：指揮大廳內的桌面媒體盒、以及能接入本地音視頻系統的DVI信號或HDMI信號等。為減少壓縮損失，達到4:4:4的高保真還原能力，要求采用無損壓縮算法技術進行信號采集和傳輸。同時可根據采集設備分布情況，靈活選配1路、2路、4路等不同規格設備，以減少故障節點，降低故障風險。

　　傳輸控制部分：前端坐席接收終端音視頻數據及控制信號通過網線進入監控大廳分布式系統交換機，再傳輸到坐席發送終端，輸出控制信號到業務電腦主機，實現前端操作員對后端業務電腦主機的遠程訪問操作。

　　顯示輸出部分：監控大廳大屏配套綜合調度處理器支持接收各分布式節點及各類視頻信號源的接入顯示，可實現信號推送上屏，任意分割，開窗漫游，圖像疊加，任意組合顯示，圖像拉伸縮放以及顯示模式設置保存調用等一系列功能。本期需要進行整屏一張圖展示，對無損壓縮信號進行解碼并融合輸出，對畫面同步性要求較高，輸出單元要求采用FPGA無操作系統硬件架構，具備整屏同步保障技術，在12800*3600@30fps分辨率情況下，快速變化的畫面不會出現撕裂、錯位等現象。

　　主要功能

　　分布式調度控制系統是一種基于網絡交換架構的并行數據傳輸與節點化、分散式處理的控制系統，主要功能包括：

　　多墻聯控

　　分布式系統實現多屏幕墻實時全控制技術，使得單臺處理器能夠同時控制多組不同分辨率的大屏幕。使用時，可以將任意通道分配到不同的工作組中，每個工作組對應一組大屏幕，輸出統一的分辨率。各工作組獨立工作，統一管理。

　　信號預覽

　　系統自帶信號預覽，可以在軟件上實時查看各個輸入源狀態，方便監控室觀察實時狀態，添加輸出節點，連接顯示器也可以實現60HZ高清預覽。

　　無縫切換

　　設備內部硬件的高清信號處理機制，從原理上確保了單個或多個信號進行切換時沒有黑場間隔困擾，真正實現實時、無縫切換，信號在切換時采用真正的無縫切換技術，切換過程自然流暢。

　　場景輪巡

　　大屏信號的每種排列組合方式均可保存為一個場景存儲在設備內部。場景可以自由組合,設置各自的播放時間輪巡播放。

　　4K超清

　　4K超高清采集，分辨率可達3840*2160，并往下兼容各種常規分辨率，超清畫質細致顯示各種大分辨率地圖，路網態勢圖等。

　　兼容KVM坐席

　　KVM坐席通過一套或多套鼠標鍵盤，管理多臺計算機設備，在多臺顯示器實時切換主機、協同操作。任意主機實時投屏，協同操作，為坐席人員帶來完美的全方位管控體驗。分布式系統可以同KVM坐席系統進行無縫融合，實現統一管理。

　　節點規劃

　　大屏應用規劃

　　屏幕分區應用規劃

　　根據人體工程學的研究，發現人的兩只眼睛的視野范圍是一個長寬比例為16：9的長方形，大部分業務應用系統也都按照16:9進行設計開發，同時適配分辨率為8K、4K、1080P。因此，針對本次屏幕分區高度進行如下規劃：首先、在屏幕中心劃分出最大化的一個16:9區域作為主顯示區。其次、兩側區域根據實際應用需要，可根據16:9的比例進行靈活劃分。

　　屏幕分區寬高比規劃

　　在日常應用中，除滿足以上常規信號分屏模式的應用，還可以通過配置“一屏統攬”資源調度系統來滿足各類數據應用集成展示和一鍵調度的應用要求。典型場景如：高分“整屏一張圖”，即在一個整屏畫面上對武大高速全路段的整體監控和展示，可完整展示收費站、服務區等重點區域信息。數據信號混合應用場景，可根據實際應用需要靈活的對電腦信號畫面、視頻文件、圖表文件、數據圖表等進行自主組合，形成專題畫面。

　　GIS“一張圖”監測

　　日常使用場景下，使用規劃如下圖所示：

　　GIS一張圖指揮-屏幕使用規劃示意

　　根據日常值班應用情況下，運行調度中心主要用于工作人員開展日常值守業務，顯示內容以GIS+視頻監控應用為主，在GIS應用中，完整展示主干全線路暢通情況，同時疊加各類實時路況信息、告警信息，可以根據需要進行各類要素信息的點擊調用和展示。視頻監控應用以畫面輪詢為主，將現有監控畫面建立輪詢預案并持續播放，實現對現場情況的實時掌控。通過資源調度系統，可以直接調用GIS系統，并配置設置動態背景效果，靈活組合各監控畫面，形成整屏一張圖效果。

　　在節假日保障中，重點突出對值班信息、最新預警信息的監測展示，同時結合視頻監控技術，對重點路段、重點區域的視頻進行實時監測。其中針對重點路段采用4K分辨率進行大范圍監控，針對其他監控畫面采用1080P分辨率進行還原。通過資源調度系統，可以設置動態背景效果，并配置飛行字幕、值班信息并對接實時預警信息進行實時告警展示，可靈活配置各監控畫面。

　　數字孿生“一張屏”指揮

　　基于數字孿生技術，可對整個城市的三維全景進行真實復現;并以大數據和系統融合為基礎，將城市各部門海量信息資源進行整合共享，讓高價值情報信息快速傳遞，讓各領域運行態勢可知可感;并可充分融合互聯網+、云計算、人工智能、融合通信等技術應用，將信息、技術、設備與城市管理需求有機結合，業務覆蓋城市綜合管控、經濟建設、政治建設、文化建設、社會治理建設、生態文明建設等城市管理重點關注領域，充分發揮態勢感知、監測預警、應急指揮、展示匯報、流程管理、輔助決策等多重作用。在出現應急時間情況下，實現跨部門聯動資源的協同指揮。支持深度整合各級別、各部門、各地區聯動資源，對大規模聯動資源進行可視化管理，并通過集成視頻會議、遠程監控、圖像傳輸等應用系統或功能接口，實現突發應急情況下，按照既定的應急預案，一鍵直呼、協同調度多方人員、物資、設施等聯動資源，實現跨組織部門、跨地域、跨行業的聯動協同作戰，“一張屏”指揮。