指挥中心大屏幕可视化产品应用及显控系统解决方案—— 以能源某行业指挥中心为例

1 前言

随着科技及信息化的飞速发展，各类信息的数量和复杂度迅猛增加，人们对信息交流的及时性、准确性、全面性、直观性不断提出更高的要求，对各种信息的显示需求越来越大，未来将是信息可视化的世界。

指挥中心作为整合各种数据资源，多种业务的平台，应满足日常管理与突发事件处置功能，为决策者准确、快速，高效地处理突发事件提供有力的业务支撑。大屏幕拼接由于具有可以任意大小拼接、灵活显示和控制的特点，已成为指挥中心可视化管理的重要显示工具。因此，大屏幕可视化产品应用及显控系统解决方案已成为指挥中心建设的重要环节，应注重采用先进的理念和技术，以确保解决方案的先进性，可靠性。

2 指挥中心大屏幕拼接主流技术分析

提到大屏幕拼接显示系统的发展，人们可能最先想到的是显示单元的变化，CRT拼接、DLP拼接、PDP拼接、LCD拼接、LED屏等等。随着大屏技术的不断更新换代，当今指挥中心大屏幕拼接主流技术从显示技术上主要有以下几类：DLP拼接、LCD拼接、小间距LED显示屏。

2.1 DLP拼接

1）技术原理

DLP技术，意为数字光处理技术，这种显示技术先把影像信号经过数字处理，然后再把光投影出来。

DLP以DMD数字微反射器作为光阀成像器件，采用数字光处理技术调制视频信号，驱动DMD光路系统，通过投影镜头获取大屏幕图像。

2）产品种类

DLP技术进步主要体现在光源的升级和突破上，按照光源不同主要可分为：UHP光源、LED光源、蓝色激光光源、三色纯激光光源（最新技术产品）。

传统的UHP光源因灯泡的寿命短，色差也比较明显，维护成本高，UHP光源DLP产品已逐步淡出大屏幕市场。

三色LED技术是目前较为通用的显示技术，在显示领域有较为广泛的应用。LED技术成熟，色彩比较好，寿命长，但是亮度比较低，显示效果上难以有新的革新突破。

目前随着技术的发展，最新的三色激光光源DLP显示技术让画面色彩通过红、绿、蓝三色不同比例混合产生，显示效果超群，能耗低、散热小，是目前业内的技术发展趋势，在未来5a～7a三色激光技术仍是显示系统的主流技术，图像质量和功能可满足未来的使用需求。

按照屏幕显示尺寸主流产品有：50、60、67、70、80in。

3）技术特点及应用环境

DLP产品拼缝小、像素高、图像细腻，可以7×24h连续使用，适合长时间显示计算机和静态图像，可靠性高，但安装空间较大。

DLP拼接的突出优势是“零缝隙”，其物理缝隙可以做到1mm，画面整体显示效果良好，较多应用于指挥中心、安防监控、工业监控、会议显示等高端领域，可实现直拼和弧拼等拼接方式。

2.2 LCD拼接

1）技术原理

LCD是三星电子2006年推出的新一代液晶显示技术，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图像。

液晶本身是不发光的，它靠背光管来发光，因此液晶屏的水平取决于背光管。由于液晶采用点成像的原因，因此屏幕里面构成的点越多，成像效果越精细，纵横的点数就决定了液晶的分辨率，分辨率越高，效果越好。

2）产品种类

液晶拼接市场上主要是三星、夏普、LG三家生产液晶面板，其他各品牌产品均是采用以上三家生产的液晶面板制作产品。

主流液晶拼接单屏尺寸为46、55、60、70in。

产品按照亮度又分为500lm低亮和700lm高亮两种面板产品。

3）技术特点及应用环境

液晶显示屏的优点是厚度薄、重量轻、低能耗、长寿命、无辐射等，液晶拼接物理拼缝目前最小为1.7mm。

液晶拼接技术以其拼接厚度小、亮度较高、可做异型拼接 （包括30°、60°、90°旋转拼接）、造价较低等特点，近几年在拼接市场上应用很广。

液晶拼接不占用大量空间，LCD正面安装与维护无需要预留维护通道，维护非常简单方便，可以7×24h连续使用，多用于安防监控、工业监控、会议显示、广告展示等领域。

2.3 小间距LED显示屏

1）技术原理

LED意为发光二极管，是一种固态的半导体器件，它直接把电能转化为光能。LED显示屏是先进的数字化信息产品，它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，具有灵活多变的显示面积及分辨率(模块化可任意拼装)、高亮度、低功耗、长寿命、低热量、环保耐用等优点，综合运用了声、光、电、图、文，是全方位、完美地展示信息的终端产品。

室内小间距LED显示屏是指LED点间距在P2.5（像素间距2.5mm）及以下的室内LED显示屏。小间距LED显示屏采用像素级的点控技术，实现对显示屏像素单位的亮度、色彩的还原性和统一性的状态管控。

2）产品种类

目前室内小间距LED显示屏按照像素间距大小分类主要包括P2.5、P2.0、P1.8、P1.6、P1.5、P1.25、P0.9 等。

3）技术特点及应用环境

由于LED显示屏具有亮度高（可以调节）、响应速度快、低电压、功耗小、耐震动、耐冲击、寿命长等优点，使其成为室内外信息显示终端的主要发光器件。

随着技术的发展，各行业对可视化有更高的要求，信息可视化占据了十分重要的地位。海量信息在大屏幕显示屏上的实时图形化表现，为决策提供了强有力的支撑，为指挥提供高效迅速的传达和反馈，这就要求大屏要有无缝拼接的完美显示效果。小间距LED显示屏的特点就是屏的点间距小，单位面积的分辨率高，它可以显示更高清晰度的图形图像和视频，也可以显示更多路的视频和图像画面，尤其是在图像拼接方面的运用，可以做到无缝和任意大面积拼接。

室内高密度小间距LED显示屏最大的竞争力在于显示屏完全无缝以及显示色彩的自然真实。同时，在后期维护方面，LED显示屏已经拥有了成熟的逐点校正技术，使用一两年以上的显示屏可使用仪器进行整屏的一次性校正，操作过程简单，效果也很好。因此小间距LED显示屏，目前已广泛应用于通信、能源、军队、指挥机构等各个领域，在提供共享信息、决策支持、态势显示方面发挥着重要作用。

通过以上三种不同的大屏幕拼接显示技术分析可知，不同的显示技术适用于不同的应用场景，不同行业对显示的需求也不同。以能源行业为例，在指挥调度、应急管理等控制室综合应用场景中，其显示信息多为线路调度图、业务运行图、管线数据图等，使得其对整个屏幕的缝隙与画面精细度要求非常之高。而在以视频监控为主的业务场景中，如井下作业监控、安全生产监控，用户不再以显示画面质量为绝对标准，更多考虑整个显示系统的性价比。

3 指挥中心大屏幕可视化产品应用

3.1 可视化技术

可视化技术是利用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图形或图像在屏幕上显示出来，并进行交互处理的理论、方法和技术。大量的数据集构成数据图像，同时将数据的各个属性值以多维数据的形式表示，可以从不同的维度观察数据，从而对数据进行更深入的观察和分析。

数据可视化技术包含以下几个基本概念：

1）数据空间：是由n维属性和m个元素组成的数据集所构成的多维信息空间；

2）数据开发：是指利用一定的算法和工具对数据进行定量的推演和计算；

3）数据分析：指对多维数据进行切片、块、旋转等动作剖析数据，从而能多角度多侧面观察数据；

4）数据可视化：是指将大型数据集中的数据以图形图像形式表示，并利用数据分析和开发工具发现其中未知信息的处理过程。

3.2 大屏幕可视化产品应用

指挥中心最初的大屏幕显示系统需求只是简单地通过前端抓取、传输信息，并将图像、数据信号传输到大屏幕上显示给用户。而在大数据信息的飞速发展过程中，指挥中心要负责对海量的数据信息进行高效率的分析，再将分析结果展现出来，让各个决策者可以直观、便捷地根据数据指标，合理调度配置资源进行事件决策。

可视化的目的就是将计算中所产生的数字信息转变成更加直观、生动的图形或图像形式表示的信息。研究表明,人眼对图形的敏感度大大高于对数据、表格的敏感度,特别是彩色的、动态的、三维的图形图像更能引起视觉反应，将该理论应用于指挥中心中，调度和决策人员能够更容易从可视化后的图形图像中准确了解指挥中心海量信息的状态,及时发现存在的问题和变化趋势,进而提高决策效率。

大屏幕可视化就是将大屏系统的任务从“简单再现原始数据”变成“支持决策性、模型化再现数据集关系”，大屏可视化已逐渐进入了很多行业的项目需求中，大屏幕可视化将向着“大屏幕可视化应用”整体解决方案发展。

大屏幕可视化解决方案是基于显示设备技术、图像处理技术和支撑各类应用信息呈现的软件平台系统有机合成等一系列技术，根据不同行业的应用场景，通过各种屏幕，利用网络和各种应用，将信息、交互、协作整合在一起。

4 指挥中心显控系统解决方案

4.1 显控系统

显控系统行业属于多媒体信息系统行业的一个细分领域，信息呈现系统。显控系统设备包括图像处理设备、矩阵切换设备、信号传输设备、数字视频综合平台、显控协作平台等不同的产品。

近年来，随着视音频编解码技术、数据传输技术、控制技术的不断发展，显控系统的应用从实现会议、培训等基础功能，扩展到与监控、管理、调度等系统进行融合，实现监控、联动、指挥等多领域的应用，涉及国防军队、公安武警、安防、能源、交通、金融、广电、气象、展览展示等各个行业。

显控系统主要应用于指挥中心、会议室及展示等多媒体视讯场景，各场所的应用情况为：

1）指挥中心

指挥中心开始向跨区域、跨部门和跨系统的应急联动方向发展，要求充分利用计算机技术、网络编解码技术、图像技术和通信技术达到合成作战、数据可视化、智能控制目标。对指挥控制系统提出了前端音视频信号传输实时无延迟，后端显示屏超高动态分辨率实时图像显示的需求。

2）会议室

会议市场开始向电信网、广播电视网和计算机通信网融合方向发展，通过传输线路及多媒体设备，将声音、影像及文件资料互传，实现即时互动沟通。要求会议室系统能够处理前端信号源类型和格式多样化，甚至要求视频会议调度或会商系统和控制室指挥调度中心融合应用。

3）展示

近年来开始以多媒体技术来增加参观人员的观赏性和参与性，将声、光、电技术大量应用到内容的呈现。在展示现场通常需要根据不同的呈现效果采用不同的显示介质（如拼接、小间距LED屏或投影融合），这对显控系统信号源的传输要求也趋于多元化。

4.2 显控系统解决方案

随着时代的进步，科技的发展，网络及数字化产品已渗透到我们工作和生活的每一个角落，对于指挥中心来说，现代化技术不仅仅体现在大屏幕上，更需要将先进的技术手段应用在真正核心的处理及控制环节上。

1）传统信号传输管理技术

系统：信号源、矩阵、大屏幕控制器、各种信号传输、中控。

优点：技术成熟，造价低。

缺点：系统扩展性低（外来信号增多后，系统扩展需要更换矩阵）、技术实现需多个环节指令、反应慢，使用灵活性差。

适合：系统扩展要求不高、显示模式基本固定，有条件设多个内容管理工位的场所。

2）云计算信号传输管理技术

系统：信号源、网络、信号接口机、管理控制触摸屏，信号已变成网络流。

技术分类：分布式非压缩编解码传输技术，分布式压缩编解码传输技术。

非压缩编码传输技术由于没有压缩编码和解码的过程，没有延时，也不会产生丢帧现象，效果最好，完全无损，清晰度高。

优点：系统扩展性高（外来信号增多后，系统扩展只需要增加节点，整体系统不受影响）、可根据需求任意安排内容、使用灵活性高，技术管理工位对指令反应快。

缺点：近几年新产品，造价相对高（非压缩编解码传输设备造价较高），

适合：信号种类多、模式不固定，无条件设多个内容和技术管理工位的场所。

因此，在指挥中心建设中，显控系统解决方案需具体情况具体分析，根据各行业的实际情况、具体需求、资金等情况综合考虑，选用适合行业的解决方案。

5 能源某行业指挥中心案例

本文案例能源某行业指挥中心作为企业指挥中心、监测预警中心和信息发布中心，承担着企业日常值班管理、突发事件应急管理等重要工作，选用适合的大屏幕可视化产品应用及显控系统解决方案是指挥中心建设的重要环节。

5.1 大屏幕拼接技术选型

指挥中心按照使用功能分为6个功能区，其中指挥调度区和值班区中是日常管理工作和应急指挥的重要功能区，均配有大屏幕拼接显示屏，其中指挥调度区具有大屏可视化的应用需求。

指挥调度区作为突发事件发生时集团领导召开电话会议、电视电话会议、察看事发现场的情况、了解事态发展、进行异地会商的工作场所。随着大屏可视化成为大数据落地的一种重要方式，大屏显示系统已经成为大数据分析不可或缺的核心基础系统，因此针对显示屏具有可视化应用的功能需求，指挥调度区大屏幕拼接采用了可前后维护的室内全彩小间距LED大屏幕，像素间距为1.25mm，同时考虑全彩LED显示屏的最关键部件是LED灯器件，根据显示屏幕观看角度大，色彩和亮度一致性表现要求高等要求，LED大屏选用进口LED管芯，保证了指挥调度区大屏幕可视化应用效果和无缝拼接的需求。

值班区为值班人员应急值班的场所，是指挥调度系统中使用频率最高的场所，该区域在具备日常值班业务的同时，满足能指挥调度处理突发事件的能力。因此根据现场实际环境情况值班区大屏幕拼接采用了窄边拼缝的液晶拼接屏，以满足值班区大屏7X24小时值守功能的需求。

5.2 大屏幕可视化产品应用

在指挥中心大屏幕可视化产品应用中，从行业需求出发，大屏幕显示系统需要综合展示实时区域动态、实时信息及各类趋势图，呈现信息多样、复杂，涉及到各类线形图的精细化显示，对显示画面的品质要求很高。从业务属性出发，用户管理层的有效监控、决策必须基于实时信息、数据来源，并要满足可长时间观看，这对整个大屏幕系统的稳定性与安全性提出了极高的要求。

本文案例能源某行业指挥中心为实现支持多数据源、多种格式数据的快速接入和基本统计分析，能够整合不同类型数据并实现快速进行可视化展示，开发了一套数据可视化平台软件，致力于打造数据分析的高级可视化平台，产品旨在以快速学习、高效开发的使用方式，配合丰富的展现及交互能力，帮助用户深入分析数据，实现“用图形让数据说话”的目标。

1）具有多样化的分析能力，支持三十多种数据可视化分析方式。

2）具有强大的交互能力，包含组件内部的交互和多图联动交互。

组件内部交互包括钻取（放大缩小）、悬浮提示、拖拽过滤等。

多图联动交互提供实现图表实例的松耦合联动方式，实现多图交互分析。

3）内置上百种可选可视化方式。

包括表格，图表等常见类组件，此外还包括仪表盘、雷达图、双轴柱线图、饼图、柱图、线图、树图、日历图、流图、气泡图、太阳辐射图、管道、油罐等，其中气泡图等为动态图表，并可设置自动刷新时间。此外，该产品还支持用户自定义地图，并支持结合地图的缩放，实现数据的钻取。

4）大屏幕分4个区进行可视化图形展示：数据信息导航区、辅助决策显示区、现场视频显示区、卫星影像显示区。

数据信息导航区：显示突发事件基本信息、现场天气情况、应急预案流程、舆情信息监控等。

辅助决策显示区：显示应急通信车的位置、事发地点周边情况、现场态势、救援队伍应急物资等分布情况。

现场视频显示区：显示现场传回音视频信号，可与现场处置人员召开视频会议。

卫星影像显示区：显示事发地点周边的地理信息，为突发事件应对提供参考。

5.3 显控系统解决方案

能源行业因分支机构布局较为分散、偏远，近年来在多媒体视音频技术、IP网络技术和数字交换技术广泛应用的背景下，利用信息化技术提高能源企业生产监控保障能力的应用需求得到了较好满足。

本文案例能源某行业指挥中心有6个功能区，各功能区信号源较多，同时要求指挥中心的信号能够被各个功能区随时调度，系统未来的扩展会不断的增加路数，显控系统设计存在以下几个主要的难点和需求：

1）如何实现在指挥调度区的外来信号和本地信号中，及时选择指挥调度区现场所需要的内容进行预监，并切换给现场，确保信号处于正常状态；

2）根据指令，指挥调度区如何将状态正常的信号及时传送给其他功能区及接收其他功能区的指令信号；

3）如何及时满足指挥现场对画面不同显示方式的要求；

4）前端音视频信号传输实时无延迟，后端显示屏超高动态分辨率实时图像显示；

5）系统需要设计一套可靠、稳定、使用简单的可视化调度指挥平台来完成以上功能的需求。

基于上述指挥中心显控系统的需求和前面对显控系统解决方案的分析，本案例指挥中心采用非压缩编解码技术的分布式高清传输拼接信号处理系统架构进行设计，采用信号交互可视化调度指挥平台作为指挥中心的显控系统。

信号交互可视化调度指挥平台的主要功能是将原来对各类视频源、音频源、视音频终端播放设备、各类信号间的切换和一些设备的分散控制和操作全部集中在一起，经过软件编程，即可在同一个触摸屏上实现对所有设备的分别控制和程序化控制，使原来复杂的操作过程变得简单，效率和可靠性得到大大提高。

多媒体交互平台采用分布式无损传输架构和可视化预览的主动综合控制方式，和传统方式的对比如表1。

6 结论

通过以上对指挥中心大屏幕拼接屏主流技术、大屏幕可视化产品应用、显控系统解决方案三方面的分析，并以能源某行业指挥中心解决方案为例可知，指挥中心大屏幕可视化产品应用及显控系统解决方案为多元化的解决方案，具体应根据各行业的具体功能需求、应用场景选用适合于行业的解决方案。

1）大屏幕可视化已逐步应用于指挥中心建设中。

2）DLP拼接、LCD拼接、小间距LED显示屏三种大屏幕拼接主流技术适用于不同的应用场景，应根据不同行业指挥中心对大屏显示的具体功能需求选用适合的大屏幕拼接产品。

3）显控系统解决方案中基于“云计算信号传输管理技术”的信号交互可视化调度指挥平台解决方案，已逐步应用于大型指挥中心。

表1 分布式数字化设计方式与传统设计方式对比