小点距LED显示系统在塔台模拟机中的应用

贾春宛

小点距LED显示系统在塔台模拟机中的应用

贾春宛

（民航重庆空管分局，重庆 401120）

目前，国内塔台模拟机特别是360°全景塔台模拟机多采用工业投影仪或激光投影仪实现环幕显示，随着小点距LED显示屏技术的发展，特别是1.9 mm以下间距屏幕产品，其像素密度已经接近甚至超过投影仪。结合某地塔台模拟机建设项目，提出了小点距LED显示系统在塔台模拟机中的应用，着重说明了基于小点距LED环幕设计与工程实现的重点和难点，总结了此显示技术在塔台模拟机应用的优势和不足。

小点距LED显示系统；塔台模拟机；屏幕；像素

目前，为了满足民航空中交通管理单位塔台管制员及各机场机坪塔台管制员等培训要求，国内各空中交通管理单位以及机场多数建设了塔台模拟机系统，塔台模拟机特别是360°全景塔台模拟机一般采用工业投影仪或激光投影仪实现环幕显示。随着小点距LED显示屏技术的发展, 特别是1.9 mm以下间距的屏幕产品，不存在大屏幕LED拼接显示系统的拼缝黑线现象，且其像素密度也已经接近甚至超过投影仪，近距离观看，显示画面细腻平滑，可以满足塔台模拟机显示要求，已经具备在塔台模拟机系统中应用的条件。本文结合某地塔台模拟机建设项目，提出了小点距LED显示系统在塔台模拟机中工程实现的一种方法。

1 建设场地与需求

塔台模拟机室建设场地为国内某单位原管制大厅，地面至屋顶横梁高度为4.5 m，大厅为长21.75 m、宽16.6 m的空间。塔台模拟机服务器部分放置于设备机房，位于楼下 一层。

根据建设需求，为了1∶1还原该地塔台指挥明室的实际场景，塔台模拟机设计为10个席位，各席位操作台为圆形布局，内沿直径为6 m，外沿直径约为8 m。圆形操作台两侧分别为东、西塔台各管制席位，中间为带班主任席，与塔台指挥明室实际分布一致。席位沿直线展开，依次为西通报协调席、西地面管制席、西塔台管制席位1、西塔台管制席2、西备用管制席、带班主任席、东备用管制席、东塔台管制席、东地面协调席、东通报协调席，布局如图1所示。

塔台模拟机既应具备塔台指挥明室全席位开放模拟能力，即东、西塔台同时开放情况下的360°全视景模拟，也应该具备塔台指挥明室分席位开放模拟能力，即单独开放东塔台管制席位或者西塔台管制席位情况下的180°视景模拟。因此，培训场景要求塔台模拟机显示系统必须采用环幕且可以根据培训场景灵活控制显示。

图1 席位布局图

2 环幕设计

LED显示屏是由LED灯珠拼成的，一般以两颗LED灯珠之间的点间距定义产品规格，比如2颗灯珠之间的点间距是8 mm产品规格就是P8，点间距是2 mm产品规格就是P2.0，依次类推。点间距越小，像素密度越高，单位面积一次性可显示信息容量越多，适合观看的距离越近。小点距LED显示屏（High Resolution/High Definition LED Display）一般是指LED点间距在P2.5及以下的LED显示屏。随着制造技术的提高，LED显示屏的分辨率已经大幅提升，最先进产品已经可以达到P1.0以下。

综合考虑建设成本及显示效果，选择P1.9规格的LED屏幕作为塔台模拟机环幕，每平米像素密度为27万点，足以显示高清画质视频，显示效果基本与1 080P投影仪一致。单个LED显示单元尺寸为400 mm（W）×300 mm（H），分辨率为208（W）×156（H），按照1 080P的显示要求，垂直方向至少需要7个显示单元。根据经验，LED显示屏最小的观看距离即显示平滑图像的距离一般等于像素点间距（mm）×1 000/1 000，P1.9规格LED显示屏幕最佳视觉效果应在距离屏幕2～3 m外。结合现场场地情况，LED显示系统设计为一个直径为13 m的360°圆形内弧屏幕，屏幕展开长40.82 m，高2.1 m，总显示面积85.68 m2，整屏点对点分辨率为21 216×1 092。整屏可分为12组显示窗口，通过拼接处理器进行画面拼接融合，可整屏拼接为一个360°的环幕进行显示，也可根据需求划分为2个180°弧形屏幕进行 显示。

要实现LED屏幕360°全覆盖，进出门的设计是难点和重点。为了使塔台模拟机达到最佳模拟效果，优选方案是将LED显示单元和门集成在一起，4×7共28组LED显示单元组成门的背面，门正面由LED显示单元安装龙骨包封而成，这样形成了1.6 m×2.1 m的弧形“LED门”。如果采用手动机械开关，一方面28组LED显示单元质量达180 kg以上，无论采用推拉式还是合页式，开关均极为不易；另一方面，由于无法精确控制开关精度，开关过程极易造成LED显示模组损坏，关闭后的位置或者合页也必然影响整体显示效果。综合以上因素，“LED门”采用电动开合的方式，通过电机驱动门的打开和关闭，电机的驱动可以实现“LED门”的精确定位，既保证了屏幕的严丝合缝，又保护屏幕不受损伤。在模拟机室内和进门口分别设置一组控制开关，包括“打开”“关闭”“停止”等按钮。为了防止开关过程中出现意外情况，必须同时制定一定的安全保护措施，首先在门出入两侧设置红外探测装置，在开关过程中，如有人意外闯入，则电机自动停止，防止夹伤；其次在门上方设置红色警灯，在开关过程中，红色警灯闪烁并发出告警音，声光提示门的状态；电机采用独立UPS提供不间断电源，在外部电源突然中断的情况下，保证可以正常开关门，也可把电机设计为断电后自动释放，实现手动推开“LED门”。

3 系统组成

小点距LED显示系统由室内全彩LED显示屏、后台播放控制系统、低压配电系统及安装结构等四部分构成，如图2所示。全彩色LED显示屏包括室内全彩色LED显示单元箱体、LED控制器、DVI光端机等，其中LED控制器是小间距LED显示屏的前端控制系统，用于HDMI等常用的数字视频接口的视频接入，并针对小间距LED屏的特点进行视频分辨率调整、图像的质量处理等，DVI光端机主要将视频信号从设备机房远程传输至塔台模拟机室，为了减少时延，中间传输介质一般采用光缆。后台播放控制系统包括视频拼接器、交换机、控制电脑以及管理软件等，视频拼接器主要实现多路视景视频信号的输入输出，实现分屏和多窗口显示，每路输入视频都可在显示屏幕上的任意位置进行大小调整和定位，显示方式不受任何限制。将塔台模拟机视景生成单元接入小点距LED显示系统控制系统即视频拼接器中，即可实现塔台模拟机视景的显示。

图2 系统图

低压配电系统包括80 kW配电柜1台，20 kW分线箱4台用于LED显示屏分组集中供电。每台配电柜集成PLC（可编程逻辑控制器）智能控制系统，通过RS485联网，采用网线引接至控制室，经过RS485/ RS232协议转换器接入控制计算机，实现远程监控、故障预警、自动开关机等操作。控制主机通过控制系统对显示屏完成分步上电，防止所有屏幕同时加电形成的瞬时大电流对供电系统造成冲击。

LED显示单元安装结构采用内径6.5 m的钢结构系统，其中竖向桁架柱与地面用化学螺栓锚固，所有桁架柱再连接在一起，使用不同长度的铝合金型材、采用专用的固定连接件拼接形成LED屏幕的大框架，铝合金外框与桁架柱通过抱箍形式固定，最后将安装固定LED 屏幕单元的竖杆通过螺栓与铝合金外框固定。LED屏幕后侧设置宽0.7 m的检修通道，检修通道外侧通过外包铝板封闭装饰。塔台模拟机室内架空设置，地面铺设高约1 m的防静电地板，操作台设专用地架。进门处设置专用钢结构基础，用于安装电动门轨道、电机及其配套线路等。在底座适当位置设置消防逃生出口。

4 优势与不足

采用小点距LED显示系统在塔台模拟机主要有以下优势：①传统投影仪运行一定时间后，灯泡亮度下降，需要定期更换，而LED显示系统屏幕亮度均匀，可根据需要灵活调整，不受各种灯光光线的干扰，系统工作稳定可靠，抗干扰能力强，可连续工作24 h以上；②LED显示屏具备 3 000∶1以上高对比度，显示图像色彩柔和逼真，层次感和立体感强，具备单点亮度、颜色逐点校正技术，亮度、色彩显示均匀一致，实现真正色彩还原，可实现模拟视景的最佳显示；③单个LED单元采用完整箱体一体化设计，易于安装、拆卸和带电维护，且几乎没有运行噪声，可给管制员提供一个良好的培训环境。较之吊挂的投影仪，显示屏幕单元维护维修便利，采用模块化结构，单个屏幕单元或者LED块更换非常便捷；④系统融合了多屏幕拼接技术、多屏图像处理技术等，图像显示与控制更加智能化。

主要不足体现在以下几点：①造价相对较高，如果要实现最佳的显示效果，LED颗粒间距越小越好，造价随之提高，因此需要在显示效果和投资之间平衡。②LED显示屏天然存在一定的蓝光，管制员长久使用容易造成眼睛疲劳。一般要配置一定数量的抗蓝光眼镜，尽量减少对眼睛的损伤。③安装部署相对复杂，需要注意结构安全，且由于是封闭空间，需要特别考虑消防安全，应设置专用的应急逃生出口。

2095－6835（2020）24－0135－02

TP391.9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.24.050

贾春宛（1983—），男，大学本科，工程师，民航重庆空管分局技术保障部副主任，主要从事民航空中交通管理通信、导航、监视等设备技术保障工作。

〔编辑：严丽琴〕