调度指挥中心中央控制系统的设计与实现

摘 要 调度指挥中心中央控制系统的设计与实现 “十一五 ”期间，中国石油销售公司信息化建设取得实质性进展，销售 油站管理系统、一次物流系统、二次配送系统和油库管理系统等建设基本完成。同时，随着计算机技术、网络技术和多媒体通信技术的飞速发展，为企业领导和管理者及时了解企业生产情况，实现生产指挥综合调度及应急指挥，提供了技术基础。 省级销售公司调度指挥中心建设， 是为实现与总部双向交互的面对面沟通和交流，满足日常生产指挥调度、生产监控和应急指挥的要求，综合展示生产、经营、管理数据，方便进行资源统一调配。调度指挥中心主要由视频显示系统、音频扩声系统、 远程视频监控系统、 视频会议系统、 调度通信系统、 信号源系统 （业务系统）组成。 由于调度指挥中心涉及多种系统，集成了大量的音视频设备，控制方式极为繁杂，因此，能够集中管理和控制这些设备的 “中央控制系统 ”便成为了迫切的需求。 中央控制系统是指对多媒体视听环境中的电源、图像、声音、照明等各种设备进行集中控制管理的一种设备。 用户可用按钮式中控面板、 有线或无线触摸屏、计算机控制终端等设备，通过中央控制系统对 放器、投影机、投影屏幕、照明设备、 统、安防摄像机以及其它设备进行统一的管理和控制，免去了复杂而数量繁多的遥控器。它可实现影音互传、资源共享和相互监控。协同控制计算机、 频会议终端等现代视听设备，并集中控制电动幕布灯光、窗帘等设备，通过大屏幕显示系统，营造出一个高清晰大屏幕显示、高保真音效、受控声光背景的现代化多媒体视听环境，它广泛应用于现代化的大型多媒体会议厅、多媒体教室、指挥调度中心、多功能厅、培训中心、酒店、智能家居、高级别墅等。 本文介绍了调度指挥中心各子系统的组成、架构及功能，以及指挥调度中心中央控制系统的设计方案，并用美国 司 件编程，以为无线触控终端，通过无线局域网发送控制指令到 央控制主机的控制方式，实现了对调 度指挥中心各子系统主要设备的 控制，为调度指挥中心中央控制系统的建设提供了良好的可行性方案。 关键词： 指挥调度中心、多媒体、中央控制系统、 程 of in RP a At of it of of of is to so as to of to of to of is of As of a of of be we to of a of of to In a “to of of of It be to so by to of a of It of a of of of of of MX as it of of by It a of of 目 录 第 1 章 绪论 .度指挥中心中央控制系统背景 .央控制系统的发展现状 .度指挥中心中央控制系统设计的指导思想 .央控制系统的设计方案的选择及可行性分析 . 2 章 调度指挥中心各子系统的组成、功能及架构 .示平台子系统 . 显示平台子系统简介 . 显示平台子系统架构 . 显示平台子系统设备配置 . 显示平台子系统主要功能： .程视频监控子系统 . 14 频监控子系统简介 . 14 频监控子系统架构 . 14 频监控子系统整合方案 . 15 频监控子系统设备配置 . 17 频监控子系统主要功能 . 18 频会议子系统 . 24 频会议子系统简介 . 24 频会议子系统架构 . 24 频会议子系统设备配置 . 25 频会议子系统主要功能 . 27 频会议子系统特色功能 . 30 频会议系统的网络适应性 . 34 频扩声子系统 . 35 频扩声子系统简介 . 35 频扩声子系统架构 . 35 频扩声子系统设备配置 . 38 频扩声子系统主要功能 . 42 第 3 章 调度指挥中心中央控制系统的设计方案 .央控制系统控制需求 . 43 央控制系统设备选型 . 43 控主机 . 43 线触摸屏控制器 . 44 序电源 . 45 度指挥中心各子系统设备控制方式及中央控制系统架构设计 . 46 度指挥中心各子系统设备连接方式 . 48 线触摸控制器控制功能及程序设计 . 49 界面 . 49 源控制 . 49 备控制 . 50 第 4 章 结束语 .考文献 .录 A 程序结构设计图 .录 B 电源控制程序源代码 .录 C 摄像机控制程序源代码 .录 D 阵控制程序源代码 .录 E 视频会议终端控制程序源代码 .录 F 蓝光 电视机顶盒控制程序源代码 .附录 G 音频处理器控制程序源代码 .录 H 大屏幕控制程序源代码 .者简介 . 谢 .1 第 1 章 绪论 度指挥中心中央控制系统背景 “十一五 ”期间，中国石油销售公司信息化建设取得实质性进展，销售 油站管理系统、一次物流系统、二次配送系统和油库管理系统等建设基本完成。同时，随着计算机技术、网络技术和多媒体通信技术的飞速发展，为企业领导和管理者及时了解企业生产情况，实现生产指挥综合调度及应急指挥，提供了技术基础。 省级销售公司调度指挥中心建设， 是为实现与总部双向交互的面对面沟通和交流，满足日常生产指挥调度、生产监控和应急指挥的要求，综合展示生产、经营、管理数据，方便进行资源统一调配。 调度指挥中心主要由以下系统组成：视频显示系统、音频扩声系统、远程视频监控系统、视频会议系统、调度通信系统、信号源系统（业务系统） 。 图 生产调度指挥系统架构图 由于调度指挥中心涉及多种系统，集成了大量的音视频设备，控制方式极为繁杂，因此，能够集中管理和控制这些设备的 “中央控制系统 ”便成为迫切需求。 央控制系统的发展现状 中央控制系统是指对多媒体视听环境中的电源、图像、声音、照明等各种设备进行集中控制管理的一种设备。 用户可用按钮式中控面板、 有线或无线触摸屏、计算机控制终端等设备，通过中央控制系统对 放器、投影机、投影屏幕、照明设备、 统、安防摄像机以及其它设备进行统一的管理和控制，免去了复杂而数量繁多的遥控器。它可实现影音互传、资源共享和相互监控。协同控制计算机、 频会议终端等现代视听设备，并集中控制电动幕布灯光、窗帘等设备，通过大屏幕显示系统，营造出一个高清晰大屏幕 2 显示、高保真音效、受控声光背景的现代化多媒体视听环境，它广泛应用于现代化的大型多媒体会议厅、多媒体教室、指挥调度中心、多功能厅、培训中心、酒店、智能家居、高级别墅等1。 中央控制系统一般由以下四部分组成： 1. 中央控制主机； 2. 控制接口； 3. 用户界面； 4. 受控设备。 中央控制系统一般包含以下模块： 目前，中央控制系统根据其功能主要划分为以下种类： 1简易中央控制系统：常用在小型多媒体教室，可控制的设备较少； 2智能中央控制系统：常用在大型多媒体教室，可控制的设备较多； 3网络中央控制系统：常用在安装多台中控 的环境，主要是方便管理、集中控制； 4会议中央控制系统：常用在多功能会议室 ，一般都是利用无线触摸屏控制器控制； 5可编程中央控制系统：常用在大型会议室 或指挥控制中心，控制设备较多，可以提供程序编写界面； 其中，可编程中央控制系统除可以完成以上各模块特定的功能外，还可以通过编程方式，利用串行接口、网络接口等方式与受控设备进行通讯和控制，功能最为完善。 可编程中控系统几乎可以控制任何外接设备， 可广泛应用于需要控制大量外部设备的系统，适合大型会议室系统工程，如各种大型多媒体会议厅、多媒体教 3 室、指挥调度中心、多功能厅、培训中心、酒店 、智能家居、高级别墅等。它一般采用内嵌式处理器，集成 存和 存存储器，可以运算复杂的逻辑指令，并提供可编程接口，可通过程序便携界面任意编程，对需要控制设备的继电器、红外、串口等接口发送指令，统一管理和集中控制，并提供中控面板、有线触摸屏、无线触摸屏、以太网络等多种控制方式。 可编程中控系统特点： A: 对各种品牌设备高度兼容 B: 操作简便灵活 C: 可控制所有 A/V 设备（如音响）及投影、灯光、窗帘等。 D: 丰富的控制界面方式选择，全面覆盖红外、继电器、22/485、 频电话控制需要。 E: 配置灵活，可大可小，繁简由人。 F: 通过网络进行远程控制 度指挥中心中央控制系统设计的指导思想 满足调度指挥中心对集中控制系统的功能需要 ，可根据用户需求定制开发整个系统安全、可靠； 控制系统可通过触摸式有线 /无线液晶显示控制屏对电气设备进行集中控制，包括显示系统、音频扩声系统、视 频会议终端、影音设备、信号切换； 尽量减少操作人员的操作复杂性，实 现高度自动化的智能控制，实现 一键到位 式的控制方式； 尽可能多的体现出各种设备的优异性能， 让所有设备处于最佳工作状态，发挥设备的最大功效； 能够控制设备开 /关机、视频信号的输入切换等功能； 能够控制音频系统音量、蓝光 进、快倒、暂停、选曲等功能） 、电视机顶盒（开关、选台等功能） ，免去复杂而数量繁多的遥控器； 能够实现音视频信号自动切换控制功能； 简单明确的中文界面。 4 央控制系统的设计方案的选择及可行性分析 调度指挥中心中央控制系统架构图如下： 图 指挥调度中心中央控制系统系统架构图 中央控制系统拟采用美国 司的 为中央控制主机，该主机具有性能较高的处理器， 64载 存外加可扩展的 128存 (可扩展到 1支持 术，可通过标准化设备和功能自定义来实现编程，可对种类繁多的电子设备进行控制。 主机标准特性如下： 超快速处理 智能可靠的网络连接 性能良好的 64存，外加可扩展的 128存（可扩展到 1 术支持 强大的内置多端口控制 简单易懂的控制体系结构 9002压 鉴于 司提供的几款触摸屏控制器性价比较低，可扩展性较差，维护成本极高， 拟采用美国苹果公司平板电脑 过 司在 制程序，利用 件编程，通过无线局域网实现对中央控制主机的控制。 5 第 2 章 调度指挥中心各子系统的组成、功能及架构 示平台子系统 示平台子系统简介 显示平台子系统主要是建立大屏幕显示墙，用于显示远程作业视频监控、视频会议图像、应急管理系统、业务数据信息、电视媒体图像等，领导和调度人员能通过大屏幕展示，可以更直观、更具体地掌握情况，为指挥调度做出决策。 显示平台子系统主要由主显示屏（采用 源的 60 寸 影单元 2*6拼接） 、大屏幕拼接处理器及控制软件组成。 图 显示系统示意图 图 设备布局示意图 6 示平台子系统架构 显示平台子系统主要由以下几部分组成： (1)大屏幕显示墙 60 寸高分 源的显示单元组成 2 行 6 列（ 26）显示单元拼接墙体，为各种信号源和各专业应用系统提供良好的显示平台。 保证 724 小时不间断工作 ,整个系统平均无故障时间 0,000 小时。 大屏幕投影显示系统应采用标准化、模块化设计，技术先进，易于扩充、操作简单、维护方便，稳定可靠。 高分辨率 1400*1050，高亮度 600对比度 1400： 1，图像色彩还原性好，显示清晰，失真度小，亮度均匀。 大屏幕显示系统画面可整屏显示， 也可分屏显示， 可随机开启任意多个窗口、信号窗口可以在整屏范围内对任意缩放、移动、漫游和叠加。 大屏幕显示系统采用环保设计，单屏产生噪音的部件（色轮和风扇）噪音不超过 40 )。 亮度均匀性不小于 95%，画面稳定无闪烁。 投影单元具备内置图像处理模块，具备 1 路 口输入、 1 路模拟 1 路 入口及 1 路高清信号输入，支持 号直通显示。具有 “画中画 ”显示功能，直通信号不仅可以在任意 MN 个屏幕上面放大显示，信号窗口还可以实现任意的缩放、移动、叠加、跨屏显示等功能，可以不受任何限制的实现任意的拼接。 (2)大屏幕拼接处理器 屏处理系统，提供高分辨率显示平台，并提供各种视频信号、网络信号、计算机信号等的处理和显示，显示墙应用管理系统，对大屏幕进行整体控制和管理， 同时提供多用户分区的控制和管理， 以及多用户权限的设置。 中文操作界面，并完全具有对各种信号源输入窗口的汉字正确显示的能力。 能接收下述信号并在大屏幕上显示： 号：支持 模拟和数字计算机信号处理和完全实时显示； 频信号：可支持数字 媒体视频信号输入显示。 网络信号输入：通过专业的网络显示软件快速处理网络信号，所有信号均可 7 以在大屏上任意开窗口显示， 并实现信号窗口的缩小、 放大、 叠加或漫游等操作。 整个拼接屏可被看作整块没有分隔的虚拟屏，也可以按照需要灵活分区显示，所有信号窗口应能在整屏范围内任意缩放、漫游，迭加、跨屏显示、叠加覆盖，相互之间不受影响。 (3)大屏控制软件的功能 中文操作、控制和维护界面。系统控制软件在具备强大全面的功能前提下，操作方式实用简捷，方便易学，使用户轻松掌握大屏系统的日常操作。用户只需通过鼠标和键盘简单的点击步骤，就可对大屏 系统的多种设备进行同步控制操作，灵活实现各类图像的显示控制。 显示系统的各种功能操作实行全计算机控制、网络控制。所有显示单元的开关、色彩、亮度调整、一键开机、一键关机、远程监控维护均在控制软件上实现，这些功能可以通过网络授权在其它计算机上实现。 控制软件可以对整个屏显示的亮度和色彩一致性进行智能化调整。 提供多用户的认证和授权机制， 可为不同的操作者分配特定的操作和访问权限。 提供模式和预案的管理。 操作员可根据实际需要对各种信号窗口的显示方式和布局模式或者时序预案经定制，并通过快捷键快速调用模式和预案，实现自动化的控制和管理2。 示平台子系统设备配置 （ 1） 显示屏系统 大屏幕拼接系统通过将一个个显示单元拼接组合成 字显示拼接系统，有平面和弧形两种形式，调度指挥中心项目中所有 接系统均采用平面形式。 平面数字显示拼接系统由 MN 个显示单元和 N 个底座单元及弧形系统附件拼接而成。 如下图为一套典型的平面拼接数字显示拼接系统。 8 图 显示屏系统示意图 9 图 平面拼接数字显示拼接系统 调度指挥中心项目采用 60 寸 26 大屏幕显示系统。 60 寸 26 大屏幕显示系统拼接墙由 12 组 60”体化显示单元以 2（行） 6（列）的方式拼接而成。规格如下： 单屏面积： 1220宽 ) 915高 ) 整屏面积： 1220宽 ) 6 915高 ) 2 =7320宽 ) 1830高 ) 箱体厚度： 770体外观示意图如下： 图 大屏幕显示墙体外观示意图 显示屏系统为各种计算机图文信息、视频信号、专业应用系统的显示界面提 10 供良好的显示平台。 列显示单元属于 司的自主专利核心产品，其投影机芯核心芯片采用 新的单片 寸 片，一种满足当今高性能数据传输应用的新型技术，其传输速度是传统 输速率的 以上，这种传输方式的采用大大提升梁芯片的处理能力和显示画面的效果。 列显示单元采用了 源照明技术， 源为绿色光源，具有寿命超长（可达 60000 小时） 、色彩饱和度高稳定性好等特点，消除了用户对系统需更要换灯泡及色轮的顾虑 , 基本实现了系统的免维护。 系统中的显示单元内置功能极为强大的信号处理器， 每个显示单元提供包括视频输入通道，支持 480p、 576p、720p、 1080i、 1080p 分辨率信号的输入，并提供 1 路直通的分辨率为 6404801920120060数字或模拟的 号输入，和 1 路多屏处理系统的桌面信号输入。 频信号直接通过内置信号处理接口直接输入显示，可以实现 “画中画 ”显示， 号和视频信号在单屏内的任意位置以任意大小开窗口显示，支持任意缩小、放大、移动、叠加。同时直通信号的显示窗口还可在整屏范围内任意的移动、缩放、跨屏显示或者整屏，其拼接和显示的方式不受任何限制。 对计算机信号和视频信号采用内置信号处理器和外置的多屏处理器处理的冗余显示方案，以及分布式信号处理技术，使得系统的工作负荷合理分配，优化了整个显示系统的结构，从而保证了万一多屏处理器出现故障，系统也可完成图像拼接、显示及传输功能，使整个系统发生瘫痪的可能性几乎为零，系统安全性极高，从而整个大屏显示系统工作更优质稳定，性能大幅提升3。 （ 2）控制系统 控制系统包括多屏处理系统及系统控制管理软件。 在调度指挥中心项目中，我方采用 屏处理器为显示屏系统提供高分辨率的显示平台，并提供各种视频信号、网络信号、计算机信号的处理和显示。 屏处理器通过开放的模块化结构，能够提供多套显示单元的输出驱动能力， 并能够将所有图像信号源输出的画面拼接成为一个分辨率较高的无缝单一 逻辑屏。视频信号、 号、网络信号等各类图像和 11 文字信息以开窗口的方式在全屏范围内任意的缩放、移动、漫游、叠加显示，系统支持单屏内两层信号的叠加在此分辨率较高的逻辑桌面上显示。 通过多屏处理系统中的视频信号处理板卡和 号处理板卡，可以灵活配置显示墙系统的各种信号源的输入信号数量。 输入的信号采用纯硬件方式缩放处理，完全抛弃传统的依赖 算机带宽信号传输方式， 采用高达 160G/s 的信号专用的信号传输总线，图像视窗可任意缩放、任意漫游和叠加，实现视频信号和计算机 号的绝对实时处理显示。同时多屏处理系统可通过数字视频处理模块，实现对网络视频信号的处理显示。通过 口，支持多个以太网络连接，使用 络显示软件，可以实现多个网络计算机的信号在大屏幕显示墙上的显示。通过 示方式，还可以实现跨操作系统平台的显示。 屏处理器采用冗余设计，整机对关键芯片、关键部件进行监控，具有实时告警、远程告警等功能，具备丰富的维护日志供故障诊断及查询。设备支持在线热更换，以及业务恢复，任意单板均支持在不断电的情况下，对其拔板更换而不影响不相关的业务的模块，在更换单板完毕后，业务能自动恢复到正常工作状态。 通过大屏幕管理控制软件（ 实现对整套系统的控制管理和操作。其采用全中文界面，操作方便简洁4。 示平台子系统主要功能： 屏幕显示系统的显示模式可以根据用 户需要进行定制，用以显示用户的各种输入信号。 （ 1）全屏显示，高分辨率应用 全墙在 屏处理系统的驱动下形成一个超高分辨率的统一显示平台，既可以全墙显示超高分辨率的大型电子地图，也可以在兄弟单位和上级领导来参观学习时方便快捷的实现显示欢迎词、 标语以及高分辨率的演示图片或图像。 24 全墙分辨率为： (14004)(105O2)=56002100； 25 全墙分辨率为： (14005)(105O2)=70002100； 26 全墙分辨率为： (14006)(105O2)=84002100； 28 全墙分辨率为： (14008)(105O2)=112002100； 12 图 大屏幕演示图片示意图 （ 2）功能分区显示 大屏幕显示系统可以根据不同应用系统的分工，划分相应的显示区域，各显示区域独立控制。各显示区域的图像只在本区域内进行任意缩放和漫游显示，从而保证各分区之间工作的独立性。 图 功能分区显示示意图 （ 3）视频信号、网络信号和计算机信号的混合显示 模拟复合视频信号： 各类复合视频监控信息、高清摄像机、录播系统、 频会议系统等等各类视频信号源可接入 司的 屏处理系统或者内置图像信号处理器处理后，信号既可以通过传统方式以单元为单位 方式显示，也可以实现窗口的形式在拼接墙上任意位置任意移动、无级缩放、跨屏或者重叠等显示方式。 图 以单元为单位显示示意图 13 图 口的显示示意图 号： 本地的 作系统计算机信号或者 作系统计算机信号，通过 司 屏系统的内置图像信号处理器或者外置的屏处理系统处理，信号既可以通过传统方式以单元为单位 可以窗口的形式在拼接墙上快速显示；并且显示窗口可以任意缩放、跨屏移动、叠加或全屏的方式实时显示。 图 口的显示模式 网络信号： 司开发的快速网络显示软件（ ，采用前后帧比较增量刷新机制， 使网络信号的显示达到实时并且占用相对比较低的系统资源，可以同时显示多个网络计算机信号图像，对网络计算机信号图像数量几乎没有限制。而且对于日后网络信号的扩容增加，只要将需要上墙显示的计算机联入网络并安装相关的服务端即可。 14 图 网络窗口的显示示意图 信号混合显示：模拟视频信号、 号、网络信号均可同时在大屏幕上以各自方式显示， 互不干扰。 或者把大屏幕根据应用系统的需要， 进行区域划分，并分区控制。 可根据实际需要对各种信号的显示方式和布局模式或者时序预案经定制， 并通过快捷键快速调用模式和预案，实现对大屏幕显示系统自动化控制和管理5。 图 各类信号混合显示示意图 以上几种显示模式只是几种显示模式的示例， 在实际使用中还可以根据需要设计相应的显示模式。 程视频监控子系统 频监控子系统简介 远程视频监控系统是指通过对各生产厂和油库安装的摄像头的数据采集， 经过视频编码设备压缩转换之后传输到调度指挥中心， 经过流媒体服务器复制和转发，将各作业现场的视频图像实时地在监控客户端及大屏幕上显示出来。 频监控子系统架构 整个系统功能架构分为三层分别为设备接入层、功能服务层、应用层。 设备接入层： 网络硬盘录像机和视频服务器的视频信号、控制信号和报警信号都以数字信号方式，通过 络传输。 功能服务层： 功能服务层是监控管理软件的核心，分为实时监控模块、设备检测模块、电子地图模块、实时报警模块、录像管理模块、流媒体转发模块和权限管理模块等，为应用层的各种功能应用提供支持。 15 应用层： 系统支持 C/S 和 B/S 两种客户端，支持视频监控和调度指挥，支持视频解码输出到电视墙控制 系统的主要框架组成主要包含两个部分：调度指挥中心和各个监控现场。具体的设备连接示意图如下图所示： 图 视频监控系统架构图 系统的建设是建立在原有监控系统的基础上的， 不对各个监控现场的原有系统做任何改动，只对调度指挥中心的监控系统集成，通过增加设备和原有系统接口开发的方式实现调度指挥中心监控系统的图 像上传管理和系统设备配置信息的管理6。 频监控子系统整合方案 目前，在所有大中型远程网络视频监控系统建设过程中，通常都存在一些共通的问题： 16 大中型远程网络视频监控系统往往是由不同时期、不同工程商，选用不同厂家、不同类型的产品分批建设而成； 以上不同时期的不同厂家的不同类型产品因为没有统一标准， 几乎都不能互联互通。 这些不同标准的产品最终还必须在同一个系统内实现互联互通， 并实现统一观看、统一控制、统一管理。 中国石油销售公司视频监控系统随着建设的不断推进，也开始面临以上问题。 本项目采用的可视通公司的守望者智能综合管 理平台是可视通公司通过 10年以上安防经验积累的综合视频管理平台，可以兼容目前国内外的主流产品，具体的兼容品牌如下： 国内品牌： 海康威视全系列、大华硬盘录像机全系列、先进视讯硬盘录像机系列、汉邦全系列硬盘录像机、威视特硬盘录像机、上海华平硬盘录像机、常州裕华网络摄像机、 系列产品、天地伟业硬盘录像机等。 国外品牌： 系列、 码器、三星硬盘录像机、霍尼韦尔全系列硬盘录像机等。 根据兼容品牌可以看出， 目前可视通守望者平台可以兼容销售公司现有监控系统中的 90%的编码设备，还有目前不兼容的设备有两种兼容方式： 软件系统整合方案 网络多级联网监控系统的核心设备是网络视频编码设备 （即网络视频编码器或者嵌入式网络硬盘录像机） ， 软件整合的重点工作其实就是根据系统功能需要，通过在统一的软件平台下，开发厂家提供的视频编码器 硬件系统整合方案 对无法提供视频编码设备 无法开发的品牌，可以采用替换编码设备的方法或者采用并行方法 （选用视频分配器将各监控点原有监控系统视频信号一分为二，将原有摄像机控制信号通过码分配器也一分为二，一路进入原有本地监控系统，另一路接入系统兼容的任一品牌的编码设备） ，实现远程传输和控制7。 17 图 硬件兼容方案 频监控子系统设备配置 调度指挥中心监控系统设备包括：分级式管理服务器、流媒体服务器、解码器、管理终端。 分级式管理