謝光華 蔣其斌 蔣能記 蘭明菊

[摘 要] 隨著油田自動化規(guī)模增大，需要充分利用油田自動化，提高生產(chǎn)管理水平。目前大屏幕顯示系統(tǒng)以顯著的技術(shù)優(yōu)勢，越來越得到廣泛應(yīng)用。本文根據(jù)油田實際，結(jié)合油田自動化、生產(chǎn)管理整體架構(gòu)，設(shè)計建立了一套油田大屏幕系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計以及系統(tǒng)應(yīng)用，簡要介紹了大屏工程建設(shè)要點，虛擬信號源的設(shè)置。大屏幕系統(tǒng)與油田其他系統(tǒng)綜合應(yīng)用，形成了油田集中監(jiān)控、生產(chǎn)指揮、輔助分析的綜合業(yè)務(wù)平臺，對提高油田管理和形象展示水平有重要意義，可供其他油田大屏系統(tǒng)建設(shè)參考。

[關(guān)鍵詞] 油田；大屏幕系統(tǒng)；建設(shè)；應(yīng)用；虛擬

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 04. 035

[中圖分類號] F272.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）04- 0070- 04

1 引 言

隨著油田滾動開發(fā)，自動化規(guī)模逐漸增大，數(shù)據(jù)、應(yīng)用系統(tǒng)快速增多。油田生產(chǎn)管理進一步提高，需要將油田生產(chǎn)監(jiān)測、視頻監(jiān)視、生產(chǎn)應(yīng)用等系統(tǒng)，通過統(tǒng)一平臺集中展示，綜合應(yīng)用分析，對終端顯示系統(tǒng)提出了更高的要求。

近年，具有高分辨率顯示、色彩均勻穩(wěn)定的大屏幕系統(tǒng)，作為多種類型信號（計算機、視頻、網(wǎng)絡(luò)）的集中顯示終端，被廣泛應(yīng)用于政府、通信、電力、軍隊指揮機構(gòu)，監(jiān)控、網(wǎng)管、指揮、調(diào)度、會議及公共場所等領(lǐng)域[1]，在提供共享信息、決策支持、態(tài)勢顯示方面發(fā)揮著重要作用。本文根據(jù)油田需求，與油田信息自動化系統(tǒng)相結(jié)合，建設(shè)油田中控室大屏幕系統(tǒng)，為油氣生產(chǎn)集中監(jiān)控、調(diào)度指揮提供統(tǒng)一技術(shù)平臺。

2 油田大屏幕系統(tǒng)設(shè)計

2.1 大屏幕技術(shù)簡介

根據(jù)顯示屏幕數(shù)量，大屏幕圖像顯示方式主要有單屏顯示和多屏顯示。單屏幕顯示尺寸超過23in（1in=2.54cm）時，可稱為大屏幕[2]。多屏幕顯示常通過投影幕或投影屏拼接。單屏幕顯示可分投影、直視方式。投影顯示方式按照投影機與觀看者相對投影幕的位置可以分為正面投影和背面投影；按投影幕的結(jié)構(gòu)形式可分為投影幕和投影屏；投影機成像原理可分為CRT（Cathode Ray Tube，陰極射線管）投影、LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）投影、DLP（Digital Light Procession，數(shù)字光處理）投影和LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）投影。直視方式根據(jù)顯示器成像方式可分為顯像管顯示、等離子顯示、液晶顯示和發(fā)光二極管顯示。

指揮所根據(jù)不同應(yīng)用場合可分為固定式、機動式和開設(shè)式[2]。大屏幕顯示系統(tǒng)需根據(jù)指揮所實際應(yīng)用需求和使用條件選擇。

2.2 大屏幕選擇

油田中控室或生產(chǎn)指揮室建設(shè)大屏幕系統(tǒng)，需根據(jù)房間空間情況設(shè)計，選擇大屏幕。下文以某油田大屏幕系統(tǒng)建設(shè)為例介紹設(shè)計，中控室房間長16.8m、寬8.7m、高3.35m，面積約146m2，以8.7m（寬）×3.35m（高）為平面設(shè)置屏幕墻。

根據(jù)屏幕墻安裝位置和需求規(guī)模，采用多屏顯示。從多屏拼接方式、拼接屏幕、投影系統(tǒng)光源3方面比較，油田選用DLP背投拼接大屏幕。DLP背投拼接系統(tǒng)是目前大屏幕拼接墻行業(yè)主流產(chǎn)品，采用數(shù)字光處理技術(shù)，具有以下優(yōu)點：高可靠性和持久穩(wěn)定的亮度對比度，且亮度對比度、清晰度高[3]；有精確的灰度和彩色再現(xiàn)能力，色彩容易調(diào)節(jié)，整屏均勻性高；可做到無縫拼接大尺寸顯示；可長時間顯示計算機和靜態(tài)圖像，適合較大展示空間和顯示面積、每年運行時間較長的場合。

投影系統(tǒng)光源選用固態(tài)LED光源，具有以下優(yōu)點：LED光色純色域廣，有助于再現(xiàn)絢麗多彩圖像，畫面長時間一致性高；新一代LED光源擁有60 000小時超長使用壽命，在7×24小時使用下，可用7.5年，生命周期內(nèi)可不考慮照明光源更換問題，免除后期高維護成本投入；不含汞、鈉等有害物質(zhì)，不存環(huán)境污染問題，符合環(huán)保要求。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

結(jié)合油田自動化、生產(chǎn)管理，設(shè)計大屏幕系統(tǒng)，架構(gòu)見圖1，依托油田辦公網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)調(diào)度指揮系統(tǒng)，構(gòu)建油田生產(chǎn)管理交互工作環(huán)境，可與油田上級公司，基層單位實時交互、數(shù)據(jù)共享以及業(yè)務(wù)信息綜合展示，是集音視頻的協(xié)同辦公平臺，滿足油田生產(chǎn)調(diào)度、應(yīng)急指揮、遠程協(xié)作、遠程診斷、技術(shù)培訓(xùn)、專題交流等業(yè)務(wù)發(fā)展需要。

系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：LED情報屏子系統(tǒng)，選用雙基色LED條屏，顯示天氣時間、歡迎詞、題詞等；DLP顯示子系統(tǒng)，由60″2×6顯示單元拼接墻體、多屏處理器、管理軟件等構(gòu)成，主要用于視頻信號，圖形多樣顯示；交互子系統(tǒng)，由IDB（Interactive Digital Board，數(shù)字交互平臺）交互平臺及軟件構(gòu)成，匯報者操作交互平臺，大屏幕上顯示實時交互過程；IP流媒體視頻子系統(tǒng)，由IP網(wǎng)絡(luò)視頻解碼卡及軟件構(gòu)成，直接將IP攝像頭視頻解碼后輸出大屏顯示；三維處理子系統(tǒng)，主要由三維圖像處理器及軟件構(gòu)成，能夠在全屏幕拼接狀態(tài)下運行3D動態(tài)畫面，實現(xiàn)高精度、高分辨率、立體圖形顯示輸出；音頻擴聲子系統(tǒng)；線纜等其他外圍設(shè)備。

2.4 系統(tǒng)功能

通過大屏幕，實現(xiàn)油田生產(chǎn)監(jiān)測、安防監(jiān)視、生產(chǎn)指揮調(diào)度，大屏幕系統(tǒng)具有以下功能。

（1）數(shù)據(jù)交互：使用數(shù)字交互白板、觸摸電腦和交互軟件，通過手寫筆、觸摸等操作方式，實現(xiàn)支持PPT、方案、勘探部署圖等內(nèi)容進行重點標注的交互功能，以提供討論式會商環(huán)境。主要應(yīng)用場景：多會場參加方案討論的會議、各地專家對重大問題會診的會議、多方技術(shù)交流的會議等。

（2）多種會商模式：實現(xiàn)點到點、多點、多組等多種會商形式，以滿足各部門，與油田公司、甚至股份公司的應(yīng)急指揮、生產(chǎn)調(diào)度、專家會診等業(yè)務(wù)需要。主要應(yīng)用場景：點對點的生產(chǎn)例會，多方方案討論、技術(shù)交流、工作匯報，各地專家重大問題會診會議等。

（3）模擬電話接入：為了滿足外出的領(lǐng)導(dǎo)、專家能夠通過手機、座機加入到交互會議；實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場能夠通過手機、座機向會場匯報現(xiàn)場情況。主要應(yīng)用場景：應(yīng)急指揮、重大問題會診等會議。

（4）高清視頻會議：系統(tǒng)能夠支持目前最高分辨率1080P的高清視頻會議，以滿足應(yīng)急指揮、生產(chǎn)指揮、專家會商等業(yè)務(wù)功能對高精度視頻和實時交互的要求。

（5）雙流數(shù)據(jù)協(xié)作：支持H.239雙流協(xié)議，實現(xiàn)1080P高清雙流信號的傳輸，以滿足在召開視頻會議的同時，實現(xiàn)勘探部署圖、工作文檔等內(nèi)容顯示需要。

（6）會議錄播點播：系統(tǒng)具備會議錄播功能，實現(xiàn)工作會議、視頻交互的全程錄播功能，并提供點播功能，以滿足隨時觀看會議內(nèi)容的需要。

2.5 系統(tǒng)建設(shè)要點

DLP大屏幕拼接工程具有安裝時間緊湊、涉及周邊設(shè)備多的特點，部分工作需在非常規(guī)工作時間進行，工程項目可分為：項目策劃、前期勘查、工程實施、項目后期4個階段式[4]。工程規(guī)范，可以減少工程中的隨機性，增加工作的有效性和目的性，達到增強系統(tǒng)穩(wěn)定，提高工程質(zhì)量。大屏建設(shè)對工程人員的色彩敏感性、精細的工作態(tài)度和責(zé)任心都有很高要求，需要注意以下幾點：

（1）根據(jù)現(xiàn)場情況和實際需求確定系統(tǒng)環(huán)境改造方案及施工保障計劃。

（2）屏幕底座是大屏幕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，底座的穩(wěn)定性和水平精度小于毫米級，需用紅外水平儀精測。

（3）屏幕安裝調(diào)試是大屏幕最終效果的保證，屏幕接縫需均勻，控制小于0.5mm（根據(jù)環(huán)境和屏幕特性預(yù)留）。

（4）線纜標準匝扎、標記有序，以便故障快速處理和后期維護。

（5）光學(xué)調(diào)整是顯示效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需做屏幕（水平、垂直）、光機調(diào)試，光柵（水平、垂直）、顏色調(diào)整。其中顏色調(diào)整標準為各單元基色紅、綠、藍色度及亮度一致；各單元100%白亮度一致，各單元50%或30%亮度一致，其他灰階、合成色基本一致。

（6）系統(tǒng)總調(diào)試是項目設(shè)計的檢驗和最終質(zhì)量的保證，對系統(tǒng)細節(jié)進一步精細調(diào)整，與實際要求進一步磨合，達到最終完美效果。

3 大屏幕系統(tǒng)油田應(yīng)用

大屏幕顯示系統(tǒng)是現(xiàn)代化視頻顯示工具。RGB信號、視頻信號、網(wǎng)絡(luò)信號與圖形控制器連接，在大屏上有開窗、縮放、移動等多種顯示功能?？赏瑫r運用不同顯示方式，增強信號顯示的靈活性。通過控制計算機集中控制，所有顯示屏根據(jù)分工需要，全屏高分辨率顯示或劃分相應(yīng)顯示區(qū)域，各分區(qū)獨立控制；各通道任何一路信號自由切換；根據(jù)需要制定常用顯示模式，實現(xiàn)對各種信號源的簡單靈活快速調(diào)用。

3.1 信號源設(shè)置

油田中控室SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）監(jiān)控機、媒體播放機（計算機）、大屏控制機（計算機）、IDB數(shù)字交互平臺以RGB直通信號接入多屏處理器；三維圖像處理器以視頻直通信號接入多屏處理器；與多屏處理器網(wǎng)路相通的各類應(yīng)用電腦、工作站、服務(wù)器（如視頻服務(wù)器）以及IP攝像機以網(wǎng)絡(luò)信號方式接入。

考慮節(jié)約油田辦公室機房、計算機資源，采用虛擬機技術(shù)搭建DLP大屏網(wǎng)絡(luò)視頻源。目前流行的虛擬機軟件有VMware和Virtual PC，都能在Windows系統(tǒng)上虛擬出多個計算機。VMware創(chuàng)建的虛擬機與真實的計算機幾乎一樣，虛擬有自己的CPU、內(nèi)存、硬盤、光驅(qū)、BIOS。在虛擬機上，可以安裝Windows、Linux等真實的操作系統(tǒng)，及各種應(yīng)用程序。根據(jù)虛擬化層所處的位置，虛擬機可分為寄居架構(gòu)和裸金屬架構(gòu)。虛擬化層位于操作系統(tǒng)之上為寄居架構(gòu)；虛擬層位于操作系統(tǒng)之下、硬件平臺之上的為裸金屬架構(gòu)。虛擬機技術(shù)為顯著減少停機時間、增強靈活性、提高硬件利用效率、節(jié)省能耗和機房空間提供了一種經(jīng)濟高效的方式。

3.2 大屏顯示內(nèi)容

大屏幕系統(tǒng)通過相應(yīng)的信號源設(shè)置，實現(xiàn)油田三維地理，油氣水管網(wǎng)、電力線分布和生產(chǎn)區(qū)域道路分布查詢展示；調(diào)用中控室監(jiān)控系統(tǒng)，全屏分析油井、水井、接轉(zhuǎn)站、原油處理站、水處理站、注汽站等站場生產(chǎn)動態(tài)，實時數(shù)據(jù)監(jiān)測；油田重要井場、油區(qū)關(guān)鍵路口、油田站場、辦公公寓、生活公寓安全視頻監(jiān)視；作業(yè)區(qū)各類車輛的實時跟蹤、定位、車速監(jiān)管；油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)趨勢、每日重點工作顯示提示；油田生產(chǎn)運行各類重點報警信息顯示；各種生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)查詢、分析。

按照油田業(yè)務(wù)需求，展示內(nèi)容分為歡迎主界面、油田概況、生產(chǎn)總況、油氣生產(chǎn)、油氣集輸、大型專項試驗、數(shù)字油田、勘探管理、應(yīng)急指揮、運行保障、生產(chǎn)監(jiān)控、綜合信息等展示主題，多種展示模式組合。數(shù)據(jù)間的調(diào)用關(guān)系以相同業(yè)務(wù)內(nèi)不同模塊間的調(diào)用居多，跨業(yè)務(wù)模塊間的數(shù)據(jù)調(diào)用主要發(fā)生在生產(chǎn)總況和油氣生產(chǎn)模塊之間，展示內(nèi)容結(jié)構(gòu)示例見圖3。

3.3 應(yīng)用效果

通過大屏幕系統(tǒng)，高分辨率（8 400*2 100）顯示油田三維地理信息系統(tǒng)，流暢操作，實現(xiàn)油田油氣水管網(wǎng)、電力線分布和生產(chǎn)區(qū)域道路分布查詢及展示；網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)運行情況監(jiān)測，油田安全視頻監(jiān)視，車輛跟蹤調(diào)度；油氣生產(chǎn)、處理過程監(jiān)測，遠程維護及故障處理；生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)綜合查詢，會議匯報媒體播放；油田大屏幕系統(tǒng)應(yīng)用，實現(xiàn)自動化系統(tǒng)集中監(jiān)控與管理；生產(chǎn)、自動化、視頻數(shù)據(jù)的集中展示，為生產(chǎn)分析與指揮決策的綜合應(yīng)用提供了平臺。

4 結(jié) 論

根據(jù)油田實際，選擇DLP大屏與油田信息自動化整體架構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計建立大屏幕系統(tǒng)，集高分辨率顯示、三維展示、交互、LED滾動屏諸多功能，利于油氣生產(chǎn)過程全局分析。采用虛擬機技術(shù)靈活設(shè)置大屏視頻源，與油田各類系統(tǒng)集成應(yīng)用，形成油田集中監(jiān)控、生產(chǎn)指揮、輔助分析的綜合業(yè)務(wù)平臺，提高油田生產(chǎn)管理水平以及油田形象展示水平。本文大屏系統(tǒng)技術(shù)先進，擴展性強，操作維護方便，有著很好的應(yīng)用推廣前景，可供其他油田大屏系統(tǒng)建設(shè)參考。

主要參考文獻

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