油田多媒体协同交互系统平台项目解决方案.docx
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油田多媒体协同交互系统平台项目解决方案.docx
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油田多媒体协同交互系统平台项目解决方案
油田多媒体协同交互系统平台
解决方案
1需求分析3
1.1系统现状3
1.2应用环境3
1.3功能需求3
1.4非功能需求等分析4
1.5重点难点4
1.5.1软件平台实现重点4
1.5.2平台实现难点5
2方案设计5
2.1油田网络系统6
2.2井场前端系统9
2.3各级多媒体协同调度系统建设11
2.4各级IP显控大厅建设15
2.5手持移动终端18
2.6油田单兵系统19
2.7多媒体协同交互平台21
2.7.1总体框架设计21
2.7.2模块功能设计22
2.7.3数据库分布25
2.7.4接口26
2.7.5安全体系27
2.7.6网络环境28
2.7.7开发环境28
2.7.8运行平台设计分析28
2.7.9典型操作界面样式设计29
1需求分析
1.1系统现状
根据油田“十二五”信息化工作持续推进的精神指示,迫切需要构建一套服务于油田“跨区域、跨部门、跨系统”实时交互协同工作的支撑平台。
多媒体交互协同支撑平台提供了针对不同角色(公司领导、部门领导、普通员工等)的语音、视频、文字、文档、屏幕等信息实时交互的手段;实现了服务不同流程(办公、会议、调度、支援、培训等)的即时交互、会议会商、远程调度、远程协同、培训支援等业务交互协同的机制;适应了应用不同场景(指挥中心、会议室、办公桌面、移动办公等)的协同办公模式。
1.2应用环境
油田的勘探、开发、生产是一个多单位、多部门、多专业、多人员、多系统协同工作的联合体,强调了信息的实时共享、资源的集约调度、人员的及时交互。
但是,随着油田勘探开发的不断扩展,作业范围越来越宽广,生产现场变得更加分散,专业的应用系统也十分繁杂,导致系统整合对接难和人员交互协同难。
如何适应互联网、物联网、移动互联网技术的发展,以新技术应用改变生产管理模式,提高生产效率,带动信息化应用水平,成为油田信息化建设的主导思想。
1.3功能需求
系统应满足以下功能性要求:
(1)实现视频、语音、屏幕界面、业务系统等多媒体资源调度。
(2)实现文字交流、文档、音视频即时交互沟通。
(3)通过电子白板实现多方文字、图片、图表协同交流。
(4)实现群组内事件通知广播和一键呼入。
(5)实现文档实时同步演示与修改。
(6)实现音视频交流和会议会商。
(7)实现跨部门、跨地域、跨层级远程协同。
(8)实现油井现场安全作业的实时监管
1.4非功能需求等分析
目前油田的油气生产指挥系统大多数依赖视频会议、视频监控或应急指挥系统为基础建设,这些系统功能各有侧重点。
通常情况下,在用户单位中这些系统均有建设,存在多种系统共存的局面。
由于这些系统大都是分开建设的,各个系统的系统原理及架构都不同,涉及到视频、通信、网络等技术的方方面面,厂家在设计和生产产品时遵循的标准不统一,造成系统之间接口也不统一,各系统各自为政。
系统间视频等信息无法实时传递与共享,设备不能互联互控,形成信息上的孤岛,从而阻碍了视频应用扩展进一步的延伸,视频应用也无法和用户的业务系统进行深度融合,限制了用户的整体信息化水平的提高。
1.5重点难点
1.5.1软件平台实现重点
1)平台能在多种网络环境下提供多媒体服务
平台可以通过有线IP传输音视频,也可以通过无线网络,如WIFI、3G/4G等传输音视频。
多媒体数据传输能自适应带宽的变化,当传输带宽大时,平台传输质量较高的图像;当带宽小时,平台自动降低传输的图像质量,减少数据的传输量,以达到图像传输的流畅。
另外,平台还具备NAT穿透能力,提高数据的无阻碍传输能力。
2)利用最新的H.265音视频编码算法对多媒体码流进行编码
H.265音视频编码算法是目前最新的编码算法,该算法相比以前的编码算法,对多媒体数据的压缩比更高,占用的传输带宽更小,这样就可以在同等的网络环境下传送更加清晰的图像,对带宽的异常变化具有更好的适应性。
3)平台能在多种操作系统、多种终端设备下运行
平台可以在Windows、Linux、Android、IOS操作系统下运行,用户可以通过PC、手机、平板等多种终端设备来登录和使用本平台。
4)可以将第三方系统接入本平台
平台提供标准开放接口,可以将第三方的会议系统、对讲系统、监控系统等接入本平台,也可以把标准的音视频设备,如摄像头、云台等接入本平台,达到整合所有资源的目的。
5)贯通全网全域的智能调度
采用集群技术、网格技术、分布式存储技术,以及动态负载均衡策略等构建高效能的云调度系统,突破了调度管理的地理限制和功能限制,实现在任意地点、依托任意终端都可完成跨区越级的调度管理。
6)即时双向沟通、协同支持
用户双方可以在不同场合进行实时的对话沟通、文件或视频传输,并对工作现场等场所进行及时的语音和视频支持。
1.5.2平台实现难点
1)多媒体传输要适应不同环境、不同系统下的网络传输
2)对H.265音视频编码算法的实现
第一章
1.1
1.2
2方案设计
整个系统分成多级架构进行设计与建设。
主要包括油田总部指挥调度中心、采油厂生产指挥调度中心、作业区生产指挥调度中心、井场现场等多级管理。
通过多媒体协同交互平台的建设可以将油田的多种业务进行无缝融合和统一管理,对多级部门进行扁平化调度,部门与部门之间也可以进行横向的业务交流,相比以前比较分散使用和管理的使用模式,新建系统更加高效和方便。
通过多媒体系统平台就可以访问其他系统的音视频和数据资源,并可以统一调度管理。
系统建设方式是在每一级指挥调度中心都建立一套独立的多媒体协同调度系统,最后由油田的多媒体协同交互平台统一管理。
系统建设需要的主要设备有用户的会议摄像机、编码器等音视频资源的接入设备,中心机房服务器设备,指挥大厅及领导办公室音视频显示处理设备,井场现场视频监控设备及便携指挥终端设备等。
2.1油田网络系统
油田多媒体协同交互系统原则上依托于原有网络系统建设,当原有系统带宽和质量不能满足需要的时候可以考虑新建网络系统或对原有网络升级、改造、扩容。
2.1.1油田现有网络状况
一般油田网络为树形结构,分三层:
核心层、汇聚层和接入层,各二级单位的中心交换机连接到汇聚层交换机或核心层交换机,各二级单位网络上联一般都是千兆光纤。
二级单位根据自己的实际需要建设各自的内部局域网络,网络连接方式有光纤、双绞线以及无线、卫星、互联网VPN等。
三级单位的网络上联一般是光纤,四级基层单位的联网情况以光纤为主,由于地理条件等各种因素,无线扩频、卫星、电话联网、和3G、公网VPN等多种网络连接模式并存。
由于网络系统建设时间不一,部分建设比较早的部门网络设备已经老化陈旧,带宽资源有限,故障频发。
以塔里木为例:
总部现有办公网络带宽达到。
。
但库尔勒与各作业区之间带宽只有10M左右,在保证生产数据、办公网畅通的情况下,难以保证视频图像传输的清晰和稳定,更谈不上召开视频会议、以及对作业现场的安全生产监督。
因此增加网络带宽是项目实施的重要环节。
2.1.2网络系统建设与改造
1)对于设备老化,故障频率高的部门,对网络设备进行更新替换。
有些设备使用时间较长,无线设备长时间室外运转,老化严重,容易出现延时、丢包等现象,故障率较高,严重影响采油厂正常的生产和管理工作,急需进行升级改造。
2)网络带宽满足不了日益增长的应用需求,对原有系统进行扩容
油田部分部门网络在建设之初能满足网络应用需求,但随着油田信息化进程快速推进,特别是各种自动化系统上线运行,网络应用越来越广泛,原有网络带宽成为信息化的瓶颈,急需进行设备更新、网络升级改造和网络带宽提升。
3)升级改造可采用光缆和无线两种传输方式,根据需要选择适合的传输方案
为保证网络传输系统满足要求,需要对现有的网络系统进行分析判断,对具体故障和瓶颈点提出合理的解决方案。
考虑到网络系统的整体性和建设成本,必要的情况下需要对原有网络升级改造或重新建设。
对于小范围网络的改造,一般有线网络选用100/1000Mbps工业以太网光纤收发器的点对点方式实现远距离传输,可实现主干网络千兆,接入链路至少百兆的传输带宽。
如果是大范围、大规模的网络建设,在对布线成本进行衡量之后可以采用点对多点的光纤PON接入方式。
光纤网络拓扑图
对于位置比较偏远、环境恶劣、布线困难的区域建议采用无线传输方案,采用点对点和点对多点的组网方式。
点对点应用主要解决长距离用户的接入和用户对高带宽的需求,可将距离10-50KM的站点接入。
点对多点应用主要针对各作业区、井场、部门所处地域非常分散,距离较近的场景。
无线传输网络拓扑图
2.2井场前端系统
本系统主要用于对油区内油井和重要管线安全情况进行视频监视以及多井场的设备运行数据进行实时监测和传输管理,系统设备安装在主要作业点和井口采油点并兼顾主要路口和要道,以便预防各类盗窃破坏油田设施,和及时发现险情给予报警及火灾确认,保证安全生产。
系统采用网络化的开放式数字系统结构,前端摄像机把图像信号摄入后,通过井场监控中心,并通过监视器、存储管理服务器和控制键盘将前端信号进行实时显示、控制及存储。
监控点布置:
前端部署安装一体化高清防爆摄像机安装新建监控立杆或已有设备立杆上,利用云台形成区域性视频覆盖,并利用预置位功能进行24小时不间断监控。
光缆接入方式
无线接入方式
防爆一体化摄像机
防爆一体化摄像机面向野外、油田、海边等环境的盐雾、防爆、高清应用的定制防爆一体化摄像机系统。
产品可单独应用在具有易燃易爆气体、可燃性粉尘的环境中,达到监控现场的目的。
防爆一体化摄像机在环境照度较低的情况下,搭配红外LED照明器,可在中距离范围内取得不错的夜视效果。
该产品可用在具有易燃易爆气体、可燃性粉尘的环境中。
集高清晰一体化彩色摄像机、红外LED照明器、全方位变速云台和多功能解码控制器于一体,集成多种通讯协议和通讯速率。
随机配置遮阳罩、雨刮器,并且配备自动加热组件。
自动加热组件能保证设备在-40℃到+60℃温度条件下长时间稳定工作。
●100VAC~240VAC宽电压工作范围;
●具备可变的水平和垂直转速;
●云台的转速取决于镜头的焦距和摇杆的幅度,最快40°/s,最低可达0.1°/s,即使在最长焦端也可轻松捕捉活动对象;
●360°水平连续旋转,-90°~+90°垂直转角;
●具备128个预置位,预置位包括云台水平和垂直的位置和镜头的焦距位置。
●通过OSD菜单,能对摄像机的各项参数进行设置;并且能
●够实现花样扫描、矢量扫描等高级功能。
●安装方便,维护简单,可选用固定支架、基座、立柱、塔架方式安装。
机械指标
材质
不锈钢304,外表喷涂防腐涂层,适合在海边盐雾环境使用。
防护等级:
IP66
水平转动:
360°连续旋转
垂直转动:
+90°~-90°
水平转动速度:
0.1°/S~25°/S
垂直转动速度:
0.1°/S~25°/S
单位重量:
28Kg
运输重量:
31Kg
安装方式:
固定支架、基座、立柱
环境指标
大气压力:
86~106KPa
环境温度:
-40℃~+60℃
相对湿度:
U95%RH(+25℃)
电气指标
输入电压:
100VAC~240VAC
工作电流:
<1A
功耗:
约100W
通讯方式:
RS-485
通讯速率:
多种、可设置
通讯协议:
多种、可设置
预置位数量:
128
预置位精度:
±0.1°
自动加热:
低于-10℃时启动自动加热
电气连接:
复合网线、电源线等线缆,引出2.5米
2.3各级多媒体协同调度系统建设
根据油田实际情况可以部署多级多媒体协同调度中心,采油厂调度中心可独立的开展业务工作,也可以与其他部门多媒体协同调度中心进行实时的音视频交互。
同时考虑业务过程中的录像需求,采油厂系统和各个作业区中同时部署录像服务器,用于存储音视频录像。
1)在一级多媒体协同调度中心部署全网管理服务器
2)在各个二级采油厂调度中心部署多媒体调度服务器、音视频转发服务器、路像录时服务器、IP音视频矩阵、导播控制器、大屏控制器、IPSAN等服务器以及调音台、电源时序器、混音器、反馈抑制器、功放、网络交换机等专用音频设备和网络交换设备。
采油厂管理中心系统拓扑图
3)在各个作业区部署综合管理服务器、路像录时服务器、IP音视频矩阵、导播控制器、大屏控制器、IPSAN等服务器以及调音台、电源时序器、混音器、反馈抑制器、功放、网络交换机等专用音频设备和网络交换设备。
作业区管理中心系统拓扑图
主要设备介绍
(1)综合管理服务器
16/32/64路综合管理服务器是集信令调度管理、流媒体转发、编解码设备接入、用户管理、权限管理、授时管理等功能于一体的中小型多媒体调度管理服务器,是构建音视频服务平台的核心设备;
支持16/32/64路音视频源接入,流媒体转发支持单播、组播;支持32/64/128路并发单播访问,或16/32/64个组播组;支持接入音视频源的状态管理;
支持两台综合管理服务器之间互为主备;
技术参数
项目
说明
网络
RJ451000M网口
电源
220VAC
功耗
130W
温度
运行温度:
-10℃~55℃存储温度:
-40℃~70℃
湿度
运行湿度:
10%~90%存储湿度:
0~95%
尺寸
机架式,1U机箱,430×45×385mm
质量
7.6Kg
(2)导播控制服务器
导播控制服务器是集信令调度管理、设备控制、智能导播等功能于一体的调度管理服务器,是构建智能显控大厅的核心设备,也可作为构建音视频业务系统的协同设备;
支持128个任务,每个任务支持4096个计划;
可管理32台导播终端,支持2台导播终端互为主备;
支持对AV矩阵、RGB矩阵、DVI矩阵、大屏拼接器/图像融合处理器、投影机、继电器等设备进行控制,矩阵可多达5级级联,具备10个RS232串口,最多控制10台串口设备;具备2个RJ45千兆网络接口,最多控制128台设备;控制协议可配置和自定义;
支持与中控设备对接;
技术参数
项目
数量
说明
控制串口
10
RS232接口
网络
1
RJ451000M网口
电源
220VAC
功耗
79W
温度
运行温度:
-10℃~55℃存储温度:
-40℃~70℃
湿度
运行湿度:
10%~90%存储湿度:
0~95%
尺寸
机架式,2U机箱,430×45×385mm
质量
7Kg
2.4各级IP显控大厅建设
多媒体协同调度中心是油田各级管理部门实施统一指挥调度、应急处置的司令部,主要承担着信息综合、决策参谋、人员派遣、作战指挥等工作职能,是集综合性、实战性于一体的中枢机构。
因此,调度中心往往部署了视频指挥、视频会议、视频监控、地理信息、业务管理等多种系统,这些系统通常采用不同厂家的设备设计与建设,导致设备显示接口种类繁多,信息显示方式多样,存在建设过程复杂、使用操作不便、信息不能共享等问题。
针对以上问题某电子股份有限公司依托自身积累的行业优势,提出了IP显控大厅解决方案,该方案通过使用某自主研发的高性能H.265编码器实现了调度中心的各种视频、席位计算机信号、指挥大厅外部视频等音视频信号的统一编码接入,统一成同种信源进行传输、解码显示,不仅解决了大屏闪屏、花屏现象,而且实现了不同物理位置的调度中心大厅屏幕间视频信息的同步、订阅、推送和统一OSD的叠加与管理,使得各级指挥中心大屏显示能够实时保持同步,为指挥人员提供准确、及时、一致的信息,打破了只能在大厅开展指挥的空间壁垒,实现了指挥大厅间的协同指挥以及异地远程指挥。
多媒体IP显控大厅示例
全IP化显控大厅系统是新一代的数字化显控大厅,由一台综合管理服务器、多台音视频编码器、多台IP音视频解码矩阵、一台导播控制服务器、一台导播终端等构成。
1)综合管理服务器是IP显控大厅系统的核心设备,负责整个系统的调度和管理;
2)利用编码器对显控大厅内外的摄像机、计算机信号进行编码、就近入网;使用IP音视频解码矩阵输出到显示系统;
3)通过导播控制服务器的串口和网络控制大屏拼接/融合设备、投影设备;
4)通过导播终端布局显控大厅、编排导播预案,进行预案化调度与控制。
主要设备介绍
(1)H.265VGA/HDMI编码器
采用H.265编码标准,适用于VGA/HDMI信号源,支持1024x768~1920x1200分辨率等;
可通过液晶面板设置IP地址。
技术参数
项目
数量
说明
视频输入
2
VGA输入;HDMI输入
音频输入
1
立体声,AUDIOIN平衡音输入,6.35mm接口
音频输入
1
立体声,AUDIOIN输出,6.35mm接口
控制串口
1
RS485接口
网络
1
RJ451000M网口
电源
DC12V
功耗
17W
温度
运行温度:
-10℃~45℃ 存储温度:
-40℃~60℃
湿度
运行湿度:
10%~90% 存储湿度:
0~95%
尺寸
桌面式,215x58x190mm
质量
≤1Kg
(2)IP音视频解码矩阵
支持多路AV/DVI/VGA信号输出,每路输出1/4分屏。
技术参数
项目
说明
解码能力
4-8路1080P
音频输出
立体声,1个接口(线性电平,阻抗:
600Ω)
DVI/VGA
2路DVI-I或4路BNC或4路DVI-I/VGA
控制串口
1-2个RS232接口
网络
1个RJ451000M网口
电源
220VAC
温度
运行温度:
-10℃~55℃存储温度:
-40℃~70℃
湿度
运行湿度:
10%~90%存储湿度:
0~95%
尺寸
机架式,1U或2U机箱
2.5手持移动终端
为满足安全生产监督管理,生产管理任务下达的需要,作业区需要配备满足防爆要求的PAD和智能手机并安装业务管控系统,实现移动中业务的管理和检查,便于随时随地指挥调度及远程监控管理,实现定位信息自动上报功能。
Pad推荐指标:
项目
说明
尺寸
7英寸
触摸屏类型
电容式
分辨率
1280x800
网络类型
联通/移动/电信4G
网络模式
单卡多模
运行内存RAM
1GB
机身内存
16GB
操作系统
Android/安卓
电池类型
不可拆卸式电池
核心数
四核
电池容量
6000mAh
厚度
1CM以上
后置摄像头
800万
摄像头类型
双摄像头(前后)
视频显示格式
1080P(全高清D5)
手机推荐指标:
规格参数
尺寸
5.5英寸
触摸屏类型
电容式
分辨率
1920x1080
网络类型
联通/移动/电信4G
网络模式
单卡多模
运行内存RAM
2GB
机身内存
16GB/32GB
操作系统
Android/安卓
电池类型
不可拆卸式电池
核心数
智能真8核
电池容量
3500mAh
厚度
14.6mm
后置摄像头
1600万
摄像头类型
双摄像头(前后)
视频显示格式
1080P(全高清D5)
2.6油田单兵系统
油田单兵系统是前方作业现场的人员与后方指挥平台进行音视频交互的系统。
系统由平板终端和单兵安全帽组成。
单兵安全帽集音视频采集编码、照明、一键呼叫后方等功能于一体。
其中定位信息需通过任务人员佩戴的工作平板获取并后传,指挥中心平台软件支持单兵位置信息实时显示。
一线工人深入任务现场作业后,通过安全帽音视频采集模块采集作业现场实时音视频可以将作业现场音视频和定位信息回传给后方指挥中心,同时能与后方指挥中心进行语音对讲,并按指挥中心指示完成相应任务。
油田工人在作业现场出现紧急情况,如设备故障、火灾等,可以迅速和后台指挥系统汇报现场情况,现场工人也可以把现场画面实时回传到指挥室,指挥室工作人员根据现场工人回传的视频画面进行分析并做出正确的应急判断。
油田单兵系统支持使用的是油田专用网络和运营商公网两种入网方式。
具体业务过程及示意图如下:
(1)工业4G网络
平板终端和安全帽都以4G路由器为AP热点,连接到4G路由器,单兵内组成一个局域网。
单兵系统与油田系统之间通过工业4G网络进行对接。
(2)公网4G网络
安全帽都以平板终端为AP热点,平板终端连接到公网4G,单兵内组成一个局域网。
单兵与油田系统之间通过公网4G网络进行对接。
2.7多媒体协同交互平台
2.7.1总体框架设计
系统基于云计算的总体技术框架,以openVone音视频中间件为核心,构建音视频云服务平台,逻辑上共分为六个层次。
每个层次的具体功能是:
1)网络传输层依托有线网、无线网相结合的栅格化信息网络,实现前端资源接入;
2)基础支撑层兼容多种平台和多种设备;
3)资源集成层兼容多种第三方系统的接入,包括监控系统、会议系统和业务系统;
4)中间件层利用云计算、云存储技术实现10种基础业务服务;
5)服务总线层主要是规范设备与业务的集成及信息流的传输;
6)业务应用层主要提供五大业务功能。
前三层主要是利用既有信息基础设施及现有业务系统,中间件层和业务应用层是我们自主研发的。
其中,作为平台核心的音视频中间件层,由基础设施服务层、平台服务层和软件服务层构成,完全符合云计算基础设施即服务、平台即服务、软件服务的核心理念。
2.7.2模块功能设计
1)
2)
2.1
2.1.1
2.1.2
2.1.3
2.7.2.1全网管理服务子系统
该子系统设备主要包括全网管理服务器,全网联网管理服务器是多级组网环境下指挥调度平台管理中心的核心单元,对整个软件平台体系中的所有多媒体调度服务器进行统一的注册和级联管理,使各个MCU之间能够进行协同工作。
主要负责所管辖区域内级联关系的调整、视音频调度信令处理、注册信息管理、寻址管理、主备管理,及本中心的用户授权管理等。
系统由以下模块构成:
1)全网管理服务模块;2)数据同步服务模块;3)分组协作模块;4)级联交换模块;5)数据访问模块;6)系统升级服务模块;7)系统升级客户端模块。
2.7.2.2多媒体调度服务子系统
该子系统设备主要包括多媒体调度服务器,多媒体调度服务器是系统的核心服务单元,是服务组件动态拼装、动态管理的技术支撑平台,通过统一规范的通信和调度接口,把各类服务组件组织在一起,向用户终端统一提供服务。
主要负责系统内部的用户终端、视频会议接入网关、IP视频矩阵等设备的设备接入管理服务、视频转发服务、智能分析服务、录像录时服务等单元之间的信令通信;主、备之间,以及与中心NMS、其他系统之间各类控制信令的交互;系统内资源使用状态信息的分发;各类业务的解析及调度指令的下达;实施用户授权管理。
系统由以下模块构成:
1)多点控制软件模块;2)中心管理服务模块;3)级联软件模块;4)媒体控制模块;5)数据同步网关模块;6)终端仿真模块;7)运行监控模块;8)数据同步代理模块;9)矩阵订阅服务模块;10)设备接入服务;11)语音广播对讲模块;12)本地运维管理模块;13)设备接入管理模块;14)媒体控制服务模块;15)Oracle数据模块;16)视频会议管理构件模块;17)数据协同管理构件模块;18)内容管理构件模块;19
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