交通信息发布交通信息采集系统与信息发布(DOC)

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　　八、 交通流信息采集系统设计 1. 交通信息采集系统背景简介 交通信息是城市交通规划和交通管理的重要基础信息，通过获取全面的、丰富的、实时 的交通信息不但可以把握城市道路的发展现状， 而且可以对未来发展进行预测， 为城市交通 规划和交通管理部门的正确决策提供科学依据。 交通信息服务也是智能交通系统功能的一个 重要方面，未来智能交通系统先进的交通管理系统（ATMS）和先进的交通信息系统（ATIS） 等都离不开交通信息， 动态交通诱导功能是智能交通系统的核心之一， 这一功能的实现也是 以城市交通系统中实时交通信息为基础。 因此， 交通信息采集与处理技术无论对城市的交通 规划、路网建设、交通管理，还是对未来智能交通系统功能的实现都是非常重要的，是城市 交通发展规划和道路交通科学管理的重要建设内容。 现代化智能交通管理系统的建设过程中，实现交通状况的实时检测和判别是关键的一 步， 道路车辆数据采集器是交通信息数据重要的采集终端， 主要功能是对于过往车辆进行计 数、测速、车型分类，然后分析计算占道信息、单位时间内车流量、车流平均速度等，以此 判断道路拥挤状况， 然后通过通信接口， 把采集到的数据按预定的时间处理周期发送到管理 监控中心， 为交通调度和交通事件告警提供决策服务。 车流检测器伴随着智能交通系统技术 的渐趋成熟而快速发展起来，独立的车检器在国外已经有 80 多年的历史。我国从上世纪 90 年代初开始逐步引入以线圈检测技术为代表的车辆检测器， 经过十几年的发展， 技术上基本 走向成熟，性能价格比也很高，但在稳定性、抗干扰、检测灵敏度等方面还有所欠缺，因此 国产车检器市场尚处于培育阶段。 目前国内应用的车检器多数还是采用国外的进口设备， 如 英国 PEEK 公司的 MTS4E，南非 NORTECH 的 TD634ES，南非 PROCON 公司的 LD 系列车检器，英 国的 MoniSense 系列、德国 SIEMENS 公司的产品等。 目前国际上对交通流量数据采集有很多种方式，微波雷达、视频、红外和地感线圈等， 归纳起来主要有三大类：磁频、波频和视频。环形地感线圈采集方式属于磁频采集技术，当 有机动车通过检测区域时， 在电磁感应的作用下交通检测器内的电流会跳跃式上升。 当该电 流超过指定阀值时会触发记录仪， 实现对车辆计数和通过时间的检测。 通过设置双线圈可以 实现车辆通过时速度的检测。 蓝盾 LD-100 地感线圈交通信息采集系统是一种采用磁频技术开发的交通流量检测器， 它使用环形地感线圈作为车辆通过时的电磁感应传感器。可以对路段的交通流量进行检测， 系统由前置路口设备和后台中心数据处理两部分组成。 该系统是安徽蓝盾光电子股份有限公 1 司自主开发成功的前端数据采集设备。其内核由美国 INTEL 公司的工业级芯片 386EX，以此 构成成本低廉、可靠性极高的嵌入式系统；通信芯片采用德国西门子公司的 MC35 模块，可 进行语音、短消息通信（SMS）和无线分组业务（GPRS） ；嵌入式系统内集成了 TCP/IP 协议 栈，可根据实际需求通过工业以太网或者 GPRS 进行客户端数据传输；数据采集卡采用南非 NORTECH 的 TD634ES 车辆检测器（可以兼容英国、南非、德国等地生产的其他标准车辆检测 卡） 。 LD-100 前端装置最大可安装四块车辆检测卡，即双向八车道 16 个地感线圈的检测，内 部算法采用缓冲排队结合轮巡的方式，大大降低检测误差，提高了产品可靠性。 LD-100 有三个电源：交流电源、太阳能电源和免维护蓄电池组，一般以交流电源和太 阳能电源为主电源，蓄电池作为辅助电源，当主电源因故障或天气原因不能正常工作时，蓄 电池能至少提供三天的不间断运行。 LD-100 可以根据监控中心的命令响应四种远程控制功能，包括系统复位、修改地址码、 系统自检、设定发送间隔时间，如果客户提出新的需求，可以很方便地把这些需求做到前置 终端中去执行。 除此而外，LD-100 还充分考虑了户外工作环境的恶劣，进行了特殊的电磁兼容设计和 防雷保护，内部元器件全部采用工业级的标准。总之，LD-100 集成了目前国内数据采集设 备多种高端技术，整体设备具备很高的技术先进性。 2. 交通流采集设备结构及工作原理 车流检测器根据功能单元划分，主要由检测卡、处理器、通信模块、电源模块、机箱和 线圈来构成，处理器可选择由上位机代理。整个系统构成示意图如下： 2 机箱 处理器 电源 检测卡 通信 …… TCP/IP TCP/IP CHE 车流 TCP/IP TCP/IP TCP/IP TCP/IP …… 服务器 通过后端协 议编写软件 前置设备中各部分功能模块介绍如下： 1) 检测卡 检测卡根据所带线圈数分为单通道检测卡、双通道检测卡、多通道检测卡，再往上更多 的需求一般以上面这组产品进行匹配。 比如： 一个双通道检测常能检验两个线圈的感应 数据，这代表一条车道、一个方向的实测功能，依此推理，双向两车道需要一个四通道检测 卡，双向四车道需要两个四通道检测卡，双向六车道需要三个四通道检测卡。一般路面为了 测速和测车辆头尾距离， 通常在一个车道上埋设一前一后两组线圈。 前后两组线 米。单通道检测卡常用于低档需求的场合，比如智能停车场。 2) 处理器 处理器是负责对来自检测器的所有数据进行采集和处理， 并负责处理所有的串行通讯和 错误报告、根据一定的通信协议确定通信方式，并把需要发送到控制中心的数据进行打包， 或者执行从中心接收来的命令。 处理器根据应用场合可选择高性能单片机、 嵌入式系统或者 3 直接运用 80X86 系列微型机。处理器其前面板可选择带有按键和显示屏。下图是功能简图： 3) 电源模块 车流检测器的电源消耗需要较小，主要为各车流检测卡、处理器和通信提供动力。目前 市面上的车检器功耗有的小到只有 3.5W，大到 24W，主要根据负载情况来决定。电源设计很 关键，一方面在要求满足基本功耗的情况下最大可能的节能；另一方面需要不间断供电；第 三， 因为电源干扰是弱电系统最主要的干扰源， 因此电源模块设计直接影响整套系统的电磁 兼容性指标。本车流检测器可以根据现场条件合理配置。若路边照明线路良好的情况下，采 用 220V 交流电作为主电源，如果采用离网型电源，主要是 20W 光伏组件（包括蓄电池） 。但 要注意，本产品在无线发射状态时功耗较大，如果完全采用离网型电源，要综合考虑太阳能 电池的日照时间和蓄电池容量。 本产品的电源完全是我公司自主设计开发的， 能兼容三路电源， 自带蓄电池充电路和三 路电源(交流市电、太阳能电池和蓄电池)切换装置。 4) 机箱 机箱设计主要考虑体积小，局部通风效果良好，LD-100 无线流量采集器的机箱尺寸长 ×宽×高：345×230×180。 特别注意的是，机架安装的时候要可靠接地。 5) 硬件电路 由上原理可知硬件大致的配置如下：检测卡、20 瓦单晶硅光伏电池组、电源转换模块、 免维护充电电池、2～3 米高立柱、自带 GPRS 模块的微处理器 ETR100 主板、128*64 点阵液 晶显示屏和机箱。此外、整体硬件电路还要进行专门的抗干扰处理、防雷处理，一般在电源 4 输入端和信号输入端加压敏电阻或瞬变抑制二极管，机箱可靠接地。 这 里 要 特 别 介 绍 一 下 微处 理 器 和 通 讯 模 块 的 选型 。 本 产 品 选 用 嵌 入 式网 络 模 块 ETR100i ，该模块是英创公司推出的一款以 32-bit 嵌入式微处理器 386 CPU 为核心的单板 计算机模块，模块自带插针可方便地插在你的应用电路板上，构成完整的应用系统。硬件方 面 ETR100 配备了 36 个异步串口、LCD 显示、512K FLASH ROM，GPIO 以及精简的 ISA 扩展 总线和日历时钟芯片。 软件方面 ETR100i 具有与 PC/DOS 完全兼容的运行环境， 并配套了丰 富的支持软件， 包括 PPP-TCP/IP 协议库、 串口驱动汉字显示、 看门狗及低层配置程序等等。 主要技术指标如下： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 24MHz Intel386EX 高性能 32 位微处理器 48MHz 可选 512K 字节系统 RAM8 位数据宽度 166ns 读写周期 512K 字节 Flash 存储器带 DOS 兼容的 FLASH 磁盘文件系统 可直接支持 M-System 公司的 DiskOnChip 2000 系列电子盘芯片 6 个标准 232 异步串口便于与单片机 DSP 等各种智能外设的通讯 4 位数字输入 DIN[0..3]6 位数字输出 DOUT[0..5] DIO 可配置为支持 45 矩阵键盘 精简 ISA 扩展总线接口可与大多数外设芯片直接相连 支持大多数字符点阵 LCD 模块作为设备显示单元 PC 兼容的 CMOS 掉电保护实时时钟 PC 兼容 BIOS 及 PC/DOS 兼容的程序运行环境 支持 BC3.1 进行二次应用开发 供电电压 5V5%全速工作电流约 165mA 低功耗模式电流约 80mA 模块尺寸 94.5mm58.4mm3.72”2.3” 工作温度-30℃～65℃/工作湿度 5%～95%。 通讯模块采用西门子公司生产的 MC35 模块， 它是 GSM 双频 900M/1800M 无线 种操作模式：一种是电路交换数据模式 CSD，支持语音、数据、SMS 和 FAX 业务；一种 是分组交换模式 GPRS，采用多时隙，支持 CS1～CS4 编码，两种模式的最大区别在于：GPRS 模式传输数据时不需要重新拨号。2 种模式的选择通过 AT 指令来实现，MC35 模块提供 40 线的 ZIF 接口方式，外部接口部分包括一个 8 脚的数据接口、SMA（射频同轴连接器）天线 接口、SIM 卡座接口等。 硬件电路各功能模块简图如下： 5 3. 交通流采集设备主要功能及技术指标 A. 主要功能 1) 信息采集功能： 设备可实现按预定时间周期计数、统计车流量；测算车流平均速度；统计占道率、车辆 平均间隔（车头距） 。车型分类等信息的采集。 2) 供电方式： 分为有线 种方式。 有线供电是指采用交流市电(220V),而无线供电指的是 采用带蓄电池的太阳能电池供电。 当采用太阳能电池供电时,保证在连续 3 天阴雨的情况下, 设备仍能正常工作。 3) 通讯功能 通信接口采用标准的 RS232 和 TCP/IP 方式，传输的内容包括： a) 交通流有效信息：包括目标/源路口号/区域号、检测器号、大型车辆和小型车辆数、占 有率、平均车速、平均车长、统计周期等信息。 b) 设备状态报告信息：包括目标/源路口号/区域号、检测器号、线圈使能、线圈工作正常 /故障、总线) 远程控制和管理： 6 a) 交通流量检测仪的路口号、区域号、统计周期等参数可以在现场设置也可以远程设置。 接收信息： b) 改变设定：用于改变交通流量检测仪的路口号/区域号、统计周期等 设备主要接口： B. 数据检测指标 1、计数精度 ≥ 95%（对于连续车流） 。 2、速度检测精度 ≥ 92%。 3、占有率精度 ＞ 92%。 4、数据传输滞后时间：1S。 C. 环境指标 ? ? ? 工作温度：-10℃— +55℃。 设备储藏温度：-20℃—100℃。 湿度：5%~95%。 D. 电源要求 1、输入输出参数： （设备必须可靠接地） 。 2、主电源一：220V 交流电。 3、主电源二：18V 光伏电池。 4、辅电源：12V20AH 免维护电池组。 5、功率：正常工作时 10 瓦，蓄电池充电时最大 50 瓦。 E. 电磁兼容性 参考欧洲 EMC 标准的 EN50293 认证，设计符合最新国家标准 GA47-2002。符合通用电磁 标准 GB/T17626.1 — GB/T17626.12（或者 IEC61000-4-1 — IEC61000-4-12） 。设备实物图 如下所示： 7 F. 检测器平均无故障工作时间：大于 3 年。 G. 材料 系统各配件采用防锈、防腐蚀、阻燃材料或做过防锈、防腐蚀、阻燃处理的材料。材料 及结构设计强度应使系统具有足够的机械强度，能承受正常条件下的运输、安装、使用中的 搬运。系统各配件内部的电路板材料及部件进行防潮、防腐 、防盐雾处理。 H. 电气装置 系统安装有效的过载、 漏电及短路保护装置装置， 在使用熔断器处清晰地标出熔断电流 的额定值，如有必要则使用快速熔断器，以保护内部电路。 系统中使用的电气接线端子、过载、漏电及短路保护装置、熔断器等装置均符合国家有 关电气安全标准要求。 A. 电气安全 （1）电源适应性 在各种供电电源（交流 220V，±20% 能均正常，不出现任何异常现象。 （2）绝缘 绝缘电阻不低于 10 MΩ 。 （3）耐压 耐压值不小于 1500V，50Hz。 （4）电磁抗扰度性能 静电放电、电快速瞬变脉冲、浪涌、电压短时中断等电磁干扰环境下不出现电气故障。 4. 交通信息采集后台数据处理 前置设备采集的数据通过无线或有线网络系统传递到后台服务器中，存储到数据库中 50Hz±2Hz）情况下，交通流量检测仪的各项功 8 供分析和交通诱导使用。 后台软件系统主要包括两个部分， 接收服务程序和数据管理分析软 件。 前置流量采集装置 专用网络 后台数据分析软件 时段1 时段2 时段3 时段4 时段5 时段6 24小时流量分析 交通信息采集系统总体结构 交通数据通信机 后台数据分析软件主要可以实现如下功能： ? ? ? ? ? 主要路段交通状况； 主要城市地点之间的通行时间预报； 道路每日交通形势分析； 道路一周交通形势分析； 城市道路交通速度分布分析； 9 ? ? 5. 区域交通速度比较分析。 后台软件环境描述如下： 软件开发平台 在维护部分，采用 Borland Delphi 技术实现维护与控制软件的开发，在显示端，部分 采用技术实现网络信息发布应用。 6. GIS 平台 GIS 平台选用 MapInfo 系列产品。 在维护端部分，采用 Borland Delphi+Map X5.0 实现对电子地图的维护与道路设施的管 理与维护。在发布端部分，采用 MapXtreme 技术实现网络化地图发布应用。 7. 数据库平台 为保持系统的可靠与稳定，系统选用 Oracle 数据库作为系统数据库平台。 我们设计开发的软件系统构架是为了更大范围应用的需求而设计的， 当数据采集范围扩 大到整个城市后， 将可以直接应用到城市的交通诱导系统中去。 整个系统的架构如下图所示： 部分数据分析结果显示界面如下： 10 实时信息显示 交通分布比较（一） 11 交通分布比较（二） 模拟交通诱导 12 8. 设备详细配置清单 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 设备材料名称 线圈采集卡 线圈 线圈馈线 流量检测 流量检测分析软件 光纤收发器 室外机箱 杆件及基础 线缆与附件 规格型号 哈工大 ILD4-B：支持四组线 圈输入， 支持压线检测、 车速、 方向、车辆类型等检测功能 FVN-19/0.32 1.5 平方毫米屏蔽双绞线 自制 LDR FLAND100MS01： 单模、单纤 100M 定制 定制 配套 品牌 哈工大 金尔 宏生 蓝盾 蓝盾 新创 产地 深圳 上海 上海 中国 中国 中国 常州 数量 17 2000 1350 9 1 9 9 9 9 单位 块 米 米 套 套 套 套 套 套 9. 信息发布系统 交通信息的实时采集、 传输和处理是 ITS 的关键技术之一。 先进的采集系统不仅可以把 握当前交通运行状况和预测未来的交通状况， 而且可以大大提高交通效率， 实现交通运输的 集约式发展。 及时发布交通状况信息和安防信息是有效地预防、 缓解， 尽快消除道路交通拥挤的最有 效手段之一。通过交通信号控制系统、交通流采集、电视监控系统获取的路面实时信息在交 通管控分中心由 GIS 交通控制集成系统进行信息处理集成后， 通过室外 LED 显示屏加以发布， 使道路交通使用者和管理者能及时准确地了解到所需交通信息。 1) 布点设置 根据建设需要，确定如下布点位置： 编号 1 2 3 地点名称 凯通路—古铜路口 区政府广场 龙东格公路过境一级线 安装位置 十字路口合理位置 广场东北角 进城方向，屏面向北 安装形式 直立独立安装 直立独立安装 直立独立安装 2) 系统结构 信息发布系统主要由上端控制系统、 通信系统、 前端控制系统及 LED 信息发布屏等组成。 信息发布系统示意图如下所示： 13 ? 上端控制系统 上端控制系统实现 LED 信息显示屏内容的编排、显示方式的选择、显示信息的记录、通 信控制管理等功能。 ? 通信系统 采用光纤直接传输至 LED 信息发布屏 ? 前端显示控制系统 前端显示控制系统得到上端控制信息后， 传送给 LED 信息发布屏。 根据上端控制系统的 要求与各信息发布屏定期或不定期的通讯，传输有关信息。 ? LED 信息发布屏：汉字及图表的显示 3) 设备现场安装示意图 设备采用单立柱式安装，安装示意图如下： 钢管柱 钢管柱 立面图 侧面图 职 责 姓 名 签 署 BEI J I NG LEYARD ELECTRONI C SCI ENCE & TECHNOLOGY CO.,LTD C 设 校 审 A D 计 对 核 单中柱安装方案 建 设 单 位 设 计 阶 段 专 业 日 期 比 例 图 号 总工程师 张 数 张 号 14 4) 技术特点 a) 超大规模集成电路和超大规模可编程集成电路控制技术 我们 1024 级灰度高度集成化视频显示屏显示控制芯片采用集中控制的设计思路，运用 ASIC 设计的方法完成，极大地提高了 LED 显示屏控制部分的准确性、稳定性、从而提高 LED 显示屏质量，最大限度地满足 LED 显示屏是半永久性电子产品这一要求。 LED 显示屏的控制芯片可以提供每个像素点已进行视频纠偏的 1024 级灰度，极大的提 高了可视的色灰度级别。视频纠偏后的 1024 级灰度的 LED 显示屏亮度、色彩过渡平滑是它 的主要特色。 高度集成型 LED 显示控制芯片使屏内 LED 显示块采用串行的数据连接方式， 有效降低信 号的衰减，确保 LED 显示屏准确的接收、传送，并完成全视频动态显示。利用高集成度，使 LED 显示屏的电路得到极大的简化,电路极其简单，彻底改变以往 LED 显示屏庞大复杂的电 路设计，并且增加了可任意拼接、可带电拔插等多种使用功能。这样，生产、安装、维修、 升级都变得方便易行。 独特性的设计方案简化了 LED 显示屏的驱动系统， 使数据运行流畅， 也减少了个别元器 件意外损坏的可能及通用元器件过多给显示造成的误差， 提高了显示屏的整体质量， 最大幅 度的降低了故障率。 模块化设计与串联的连接方式极大的减小了信号的衰减，使大规模长距离显示成为可 能，从而保证信号可以传输 1024 点×768 点，即全屏显示。 超大规模集成电路的规模达到 4.5 万门。 在进行系统逻辑电路设计时我们采用超大规模可编程集成电路 FPGA，替代以往系统中 大量的中小规模的可编程集成电路 GAL 和 EPLD。超大规模可编程集成电路规模可达一万门 至二万门，极大提高了系统的稳定性和可维护性。 采用超大规模集成电路和超大规模可编程集成电路技术， 使我们的显示系统达到线 级灰度、非线性视觉校正功能。 b) 远程管理技术 我们已实现了群屏联控。不仅实现了远程的数据更新，更实现了对控制系统的远程管 理。连接方式灵活：串行通讯口、MODEM、局域网、INTERNET 均可；施工难度低，无须远程 布线；能实现全自动工作，无需人工干预。 c) 视屏技术 我们将 LED 显示屏与多媒体技术有机结合起来，非线 级校正，实现了在 LED 15 显示屏上无失真地播放录像及电视实况转播节目。 目前国内很多厂家显示屏的换帧速率最高只能达到 30 幅/秒，放映视频节目时，由于 换帧速率不够， 而采用抽帧的办法， 图像缺乏连续性（似动画效果） ， 产生与速度相关的 “闪 烁”现象，画面眩目，尤其是在播放电视电影画面或变化迅速的三维动画节目时，视觉效果 不佳。而我们显示屏采用了独有的 Real-Time 技术，换帧速率实现了与监视器的自动同步， 最高可达 120 帧/秒，速度大大提高，有效地克服了以上不足，完全实时地播放视频节目。 d) 模块化设计 各个子系统以模块化结构设计，在规范的接口设计基础上，功能相对各自独立，为系统 的功能扩展和系统集成、网络化建立良好的基础，适于用作大型系统集成项目的下端系统。 e) 网络化功能 由于模块化设计， 各模块易于分解使用， 在网络化系统中， 很多功能模块可以独立使用。 例如用户管理子系统、显示屏管理系统、编辑子系统、日志管理子系统、系统管理子系统、 数据存储子系统、 状态管理子系统等不直接与显示屏进行通讯的系统模块， 均可以独立在系 统网络中任意其他终端控制设备上使用。便于用户的使用和管理。 5) 主要功能 a) 汉字及图表显示功能 ? ? ? 支持 GB2312 指定的全部汉字和数字字符。 显示屏所显示的字符、图形的视认性符合 GB5768－1999 的要求。 显示点阵图形： ? 通过计算机编辑文字﹑图片生成点阵显示模式，发送到显示屏上进行显示， 该方式支持多灰度级显示，用户可根据需要决定使用单灰度级或多灰度级 方式。 多灰度级方式支持双基色 16、 256 级灰度和 16 位增强色等多种方式， 可以表达更加丰富的图像效果。 ? 使用点阵图像方式可以支持计算机的多种字体类型。 b) 可通过控制计算机控制显示屏的开、关、黑屏等。 c) 网络功能：设备支持多种通讯方式 本显示屏系统支持多种通讯方式，用户可根据需要选用不同的配置。 ? 串口方式 ? ? 标准的串口，可接工业 Modem、GPRS Modem。 通讯速率：1200bit/s～57600bit/s 16 ? RS-422/ RS-485 方式 ? ? 通讯方式：异步，半双工 通讯速率：1200bit/s～57600bit/s ? 10M/100M 以太网 d) 同步显示功能：ＣＲＴ同步 该ＬＥＤ电子显示屏的工作与计算机监视器（ＣＲＴ）同步显示。计算机将ＣＲＴ的位 图信息输出至转换接口， 转换成与ＬＥＤ显示屏对应的信号， 然后再通过长线驱动器馈送到 模块控制板上，使得ＬＥＤ显示屏与ＣＲＴ同步工作。即在ＣＲＴ上看到什麽，ＬＥＤ显示 屏就显示什麽。实际上，此时可以把ＬＥＤ显示屏看作是计算机的一个大监视器。ＣＲＴ同 步模式的特点是显示方式灵活多样，能够最大限度利用丰富多彩的商品软件。 e) 多 种 图 形 编 辑 功 能 ： 系统支持 Windows Paintbrush 等图文制作系统，并可根据需要进行图形的绘制、放大、 缩小、旋转、删除、复制移动、添加修改等多种制作手段，以达到图形效果。和 WINDOWS 软件的专用接口可方便地进行图形文件格式转换。 支持各种图形文本软件,功能块,显示方式 之间可随时切换和单独调用,显示方式灵活多变,如可编成覆盖、 推出、 放大、 缩小、 左右拉、 上下推、多项移动、旋转、瀑布、淡入、淡出、马赛克拉帘、冻结、开窗口、漫游、反白、 重叠、分割、闪烁、飘雪、即编即显。依照时间定时控制字体和画面。可发布广告、通知、 标语、综合信息、政策法规及公益宣传等。以下为显示格式范例。 f) 文 字 编 辑 功 能 ： 应用 Windows-Office 系统，可选择仿、黑、楷、宋及其变体等几十种汉字字体的矢量 字库及多种英文字体，任意放大、缩小、艺术变形、移动、修改、编辑等。和 CCDOS、XSDOS、 UCDOS 等中文操作系统兼容，文字和图象的无级放大与缩小使您操作随心所欲。 g) 多 媒 体 功 能 ： 由于本屏采用红、绿基色发光管组成，加上 1024 级灰度控制，可显示丰富的色彩，因 17 此通过计算机外接视频设备，通过多媒体技术非线 级校正可以方便地将有线电视、 摄像机、VCD/DVD、卫星信号、 影碟机、录像机、重大活动实况直播等输出的视频信息源引 入计算机播放系统。因而可以实现下列功能： ? ? ? ? ? ? ? ? 电视节目的实况转播 主要时事新闻的编辑与播放 重要通告的即时发布播报 录像、VCD、DVD 等视频信息的播放 广告信息的播放 动画图片的播放 天气预报、环境指数等公共信息的发布 自然时间显示 h) 二 维 ／ 三 维 动 画 功 能 ： 动画是计算机在广告和信息发布中是最具有说服力和感染力的演示手段之一，可分为 二维／三维两种基本类型。二维动画用于产生类似片的动画效果，广告人物的活动，以 及某些简单的宣传创意等。 目前制作二维动画主要是利用一些成熟的软件， 其中最重要的是 Autodesk 公司的 Animator pro 软件是一个功能强大的动画制作和播放软件包，可以对静止 图像进行各种处理（移动、拷贝、镜像、收缩等）也可以以角色的方式或者以帧的方式制作 各种动画制作和特技，产生生动的视觉效果，达到很好的传播效应。与二维动画相比，三维 动画具有制作复杂， 效果极为逼真的特点。 Autodesk 公司的 3DS/3DSMAX 软件包采用实体造 型的方法，在计算机播放过程中完全控制，与一般影碟机类似，播放时可随时跳到任何一档 节目，可以用正常速度或者快速播放，也可以单步播放，在播放过程中可随时暂停，然后从 暂停处重新开始。 系统还随时指出当前时间的节目， 非常便于使用。 同样对演播效果及亮度、 对比度、颜色随时进行调整，以达到最佳观看效果。 i) 灰 度 等 级 系统具有 1024 级灰度，可显示 1024（红）×1024（绿）种颜色。 j) 显 示 屏 亮 度 调 节 功 能 可根据环境照度调整发光像素的发光强度， 白天阳光直射显示平面的条件下， 在规 定的距离内可清晰辨认内容，调暗时夜间无眩光现象。 ? 自动模式 ? 用户可以通过控制计算机设定显示方式为自动方式，设定该方式后，系统 通过亮度传感器检测周围环境的亮度，根据环境亮度，自动调节显示屏的 显示亮度。保持最佳视觉效果。调整范围为 32 级亮度。 18 ? 手动模式 ? 用户也可以通过控制计算机发送信息时可设定显示屏的显示亮度，调整范 围为 32 级亮度。 k) 信 息 存 储 能 力 显示屏存储器为 8MB，对于点阵存储方式，双基色单灰度点阵图片，系统可存储 1024 幅；双基色 16 级灰度点阵图片，系统可存储 256 幅；双基色 256 级点阵图片和 16 位增强色 点阵图片，系统可存储 128 幅。 l) 显 示 状 态 自 检 功 能 系统可以可自动检测显示内容是否在显示屏上显示 ,发生故障时,可自动关闭显示屏并 将故障状态上传指挥中心，同时下端控制板记录相应的故障类型,便于维修的查询。 故障检测包括以下内容： ? ? 温度检测 LED 模块检测：当显示屏出现失控点时，对应的模块将故障状态上传至指挥中 心。 ? ? 电源检测 传输检测 6) 显示屏控制方式 如下图所示，显示屏由控制计算机直接控制，主中心、分中心有权限的用户可以经 由内部以太网络， 通过控制计算机对显示屏进行控制， 也可以查询显示屏的显示状态和 工作状态。 对于主中心直接控制的显示屏，分中心不能进行控制。 内部以太网络 主中心 控制台 控制 计算机 电话线 Modem Modem GPRS Modem 显示屏 分中心 控制台 19 7) 软件结构与功能 用户管理子系统 显示屏管理系统 编辑子系统 日志管理子系统 数据存储子系统 系统管理子系统 状态管理子系统 数据分解子系统 通讯子系统 显示屏控制计算机软件结构示意图 如图所示，为显示屏控制计算机软件结构示意图，由用户管理子系统、显示屏管理系 统、编辑子系统、日志管理子系统、系统管理子系统、数据存储子系统、状态管理子系统、 数据分解子系统、通讯子系统组成。各子系统功能描述如下： ? 用户管理子系统： 用户管理子系统提供对系统用户的分组和权限管理， 每个用 户具有自己的用户名、密码、分组和权限。提供用户更改自己密码的功能。 ? 系统管理子系统： 该子系统提供对软件系统的设置和管理， 一些软件系统可选 功能、可设置功能和初始化功能在这里提供。例如：日志保存期等。 ? 日志管理子系统： 软件系统的工作和显示屏硬件系统的工作状态均将被保存到 日志，通过日志管理子系统，可以查看系统的工作日志。日志包括系统工作日 志、员工登录日志、员工操作日志、显示屏工作日志、显示屏状态日志。日志 具有一定保存期限，超过保存期的日志将被自动删除。 日志可以备份为文件， 远程传送到控制中心， 由控制中心监察显示屏系统的工 作情况。 20 ? ? ? ? ? ? 系统工作日志：软件系统的启动、关闭等。 员工登录日志：员工用户的登录、退出、更改用户操作。 员工操作日志：员工对系统的各项操作的记录。 显示屏工作日志：显示屏开、关。 显示屏状态日志：显示屏每次反馈信息有错误状态时的记录。 显示屏管理子系统：在这里，对显示屏的各项参数进行设定，根据硬件信息和 通讯方式进行设定。 ? 编辑子系统：由于本显示屏的工作方式，通用软件的编辑方式将会很复杂，具 体来讲，可以分解为物理屏、逻辑页、逻辑屏、基本图元四层结构。基本图元 主要是文本信息和图片信息。 对于基本图元和逻辑屏来说， 还需要有运动方式 的描述。 编辑子系统的功能就是为用户提供一个对工程的编辑功能。 可以为显示屏所能 够显示的各项功能提供一个编辑的工具。 ? 数据存储子系统： 数据存储子系统保存用户编辑的工程项目、 日志记录和用户 数据等。 ? 状态管理子系统： 状态管理子系统查询和管理图文屏的工作状态， 在显示屏状 态出现异常时发出特定的警告信息。 ? 数据分解子系统： 本子系统对用户编辑的显示计划进行分解打包， 对需要更新 的数据形成更新数据序列， 通过通讯子系统同步显示屏内存储的数据。 以最小 的通讯数据量达到需要实现的效果。 ? 通讯子系统： 通讯子系统根据主机与显示屏的通讯方式的不同， 选择合适的方 式，与显示屏的通讯模块进行通讯。 8) 系统优化设计 a) 防雷设计 从目前防雷击器件的使用情况看，避雷针、网带、法拉弟笼防止建筑物遭直击雷侵害效 果较好。 但在引雷落的过程中， 雷电流留在周围产生的电磁场对电子设备有很大的破坏作用， 为此制造商采用专用避雷设备对供电线路及信号线路进行保护， 可以防止感应雷击对显示屏 电子设备的影响及破坏，当雷击发生的瞬间，避雷设备能快速对地放电，将强大的电流引入 大地，从而保障 LED 显示屏体及其附属设备万无一失。 整个显示屏的金属外壳可作为避雷网， 防直击雷的措施是把显示屏的钢结构与建筑物的 21 主筋连接。主筋直接引入大地，一般都可作为防雷接地极。防感应雷采用在显示屏的配电柜 上口安装一个（8/20us）电源避雷器，避雷器的接地可接到三相五线制的 PE 地。接地是防 雷的关键，通常采用联合接地。以配电柜内的 PE 相铜排作为接地排，将动力电缆的保护地 线 PE、箱体内开关电源的接地线、电源避雷器接地线分别接在接地排上，接地排再与屏体 钢结构连接。接地电阻小于 1Ω 。 ~380V 配电柜 电源避雷器 地线 PE 此外,为防止感应雷对通讯线路的影响，本系统在线路中加入了压敏电阻保护电路。当 通讯线路电压过高时，压敏电阻能够自动对地放电，保护通讯线路不受感应雷的影响。 b) 配电设计 每个显示屏内安装一个小配电箱，配电箱上口要求引入三相五线V 电缆，单 根线mm 。配电示意图如下所示。 2 c) 远端控制开关机 由于其显示屏处于多个交通要口， 显示屏分散， 当显示屏出现电源故障或出现过多失控 点时，应关闭显示屏,这时操作人员通过发送软件的远程控制命令控制显示屏的显示状态， 实现显示屏的远程开关机；操作人员在中控室即可轻松操纵显示屏的运行，节省了人力，实 现高效便捷的管理。 （2）系统动作功能 22 系统信息显示内容可实现多种引入、引出动作方式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? 立即显示、引出 从左向右显示、引出 从右向左显示、引出 从上向下显示、引出 从下向上显示、引出 左右红绿套色显示、引出 上下红绿套色显示、引出 横向走马灯显示、引出 纵向走马灯显示、引出 （3）内置字库 应内置国家标准 GB-5007-85(24ｘ24 点阵)和国标 GB-5119-85(16ｘ16 点阵)的宋体字 库。英文数字、半角字符。计算机可通过发送汉字的区位码(每个汉字两个字节)发送到显示 屏显示，通讯时间比发送点阵数据速度提高 30 倍。 9) 技术指标 a) 像素 序号 1 2 3 4 像素间距 像素组成 管芯 指标 16 2 红 1 纯绿 美国 CREE P16 双基色 管壳用高性能聚碳酸酯塑料制成，膨胀系数小，冷热不变形 b) 屏幕 序号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 内 象素间距 分 辩 率 象素组成 像素亮度 显示屏尺寸 屏体亮度 亮度调节 视角 观看距离 容 16.0mm。 3940 点/m2。 2 红 1 纯绿 红管 ＞ 2000 mcd 2.0m×3.0m =6.0m2。 绿管 ＞ 1500 mcd ＞6500CD/ m2 自动/手动 8 级亮度调节 120° 5-100 米 23 参 数 12 16 17 18 19 20 21 单点控制方式 显示模式 屏幕寿命 杂点率 重量 功率消耗 系统环境要求 1/4 扫描 异步 232 100,000 小时 万分之一 60Kg/㎡ 800W/㎡(最大),500W/㎡(平均) 0℃～+30℃，10%～95%RH c) 系统 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 项目 显示颜色 视角 接口 失控点 电源 工作环境温度 相对湿度 使用寿命 最佳视距 显示方式 通讯方式及传输 接地 技术指标 红、绿、黄 不小于 120 度。 ＰＣ机标准串口。 不大于 0.01％，且离散分布。 采用自动补偿调压器，交流电源电压范围为：160∽280V， 0℃～+50℃,可连续 24 小时工作。 周波：50Hz。 10%～95%。 不少于 10 万小时。 5～100 米。 异步显示。 采用光纤进行通讯 系统接地采用专用接地线) 设备配置清单 名 称 像素组成：2R1G 规 格 数量 6.0m 2 备注 CREE 发光二极管 16.0mm 间距 单色显示屏体 异步系统 工控系统 显示屏软件 框架 东大：DDC256 东大 播放软件、编辑软件、网络控制软件 定制：箱体具有防腐、防锈、防水、防尘的功 能，防护等级符合 GB4208-84 中 IP65 标准 1套 1套 1套 1套 24