基于云視頻的設備搶維修遠程指揮系統

魏建華　張魯濱　趙厲宇哲　劉學軍

摘要：為了加強搶維修事件的時效性，實現更為全面的設備管理，基于Android操作系統，結合HMFS高清流媒體文件系統、分布式消息調度框架、云協作技術，前端APP軟件配套后端Web管理，構建了一套遠程指揮系統，實現對設備搶維修事件的遠程指揮與監控管理。應用結果表明：系統有利于高效推進搶維修工作，并為事后取證與深入分析保存了原始資料。

關鍵詞關鍵詞：云視頻；遠程指揮系統；設備搶維修

DOIDOI：10.11907/rjdk.171725

中圖分類號：TP319

文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）011009004

0引言

隨著云技術的成熟，云應用逐漸滲透到了人們生活的方方面面，云平臺作為云技術應用載體之一，發展日新月異。云平臺不僅具有集群管理、數據安全保障、自動故障恢復及防網絡攻擊等功能，還能夠簡化部署過程，降低運維成本，構建按需擴展的移動視頻服務架構[1]。

綜合視頻開放云平臺是基于分布式、云計算架構的PaaS（PlatformasaService）產品，是集視頻實時采集、即拍即傳、視頻直播、視頻轉碼、錄制存儲、視頻點播、內容管理、流媒體分發等基礎功能于一身的綜合視頻應用平臺，能夠為不同用戶提供快速開通、視頻協作相關服務[2]。

日益成熟的網絡傳輸技術環境下，遠程指揮系統在應對社會公共安全、暴力事件、公共衛生、意外事故、自然災害等突發事件時展現出有效性與即時性等優點，逐漸獲得了各界重視[36]。隨著云技術的發展，將云視頻與遠程指揮系統進行融合，已成為新的發展趨勢[710]。

本文從設備搶維修實際需要出發，利用云視頻技術，研究與實現了基于云視頻的設備搶維修遠程指揮系統，提高了設備搶維修的時效性與管理水平。

當發生設備故障或突發事件需要搶修時，往往需要將現場視頻信號快速傳回指揮中心，以便對問題進行分析判斷。設備搶維修遠程指揮系統可通過移動設備的無線視頻功能將現場情況實時傳回指揮中心，進行遠程指揮與調度，降低危險性，極大地縮短反應時間，提高搶修效率。同時可對現場情況錄像，并采用無線傳輸方式將錄像文件保存到后端系統平臺上，以便后續查詢取證與深入分析。

1系統設計

1.1系統架構

設備搶維修遠程視頻指揮系統以高清流媒體云平臺為基礎，實現視頻數據的交互、加解密、編解碼、并發性與鏈路控制維護等功能。系統整合了移動網絡與Internet網絡的優勢，任意時間、地點都可以迅速接入系統，隨時隨地進行遠程指揮與監控管理。

系統由前端視頻采編系統與后端高清流媒體云平臺組成，實現搶維修遠程視頻傳輸、搶維修現場指揮與調度以及后續查詢取證。系統總體結構如圖1所示。

前端視頻采編系統由搶維修人員隨身攜帶的移動終端與相應軟件組成。通過移動終端將現場視頻圖像編碼后，經移動網絡上傳至遠程指揮系統平臺，實現現場畫面遠程傳送。

指揮中心部署高清流媒體云平臺，每個現場移動終端統一接入高清流媒體云平臺進行存儲與轉發。高清流媒體云平臺基于分布式云平臺架構設計理念，依托云計算、云存儲、云管理、分布式、大數據等最新技術手段，具備多協議設備快速接入能力、外部系統便捷集成能力、業務流程快速編排能力，打造搶維修的媒體信息化生態環境。平臺內置分布式消息調度框架、高清流媒體文件系統、萬能播放器、云協作等技術，具備大數據處理、分布式云搜索等功能。

1.2系統功能

系統硬件部分由視頻服務器與移動前端組成。系統軟件部分由移動端APP軟件與后端Web軟件構成，如圖2所示。移動端軟件主要包括檢維修視頻的采集與實時上傳、歷史視頻查詢、視頻同步觀摩、本地上傳等功能。后端WEB軟件安裝于視頻服務器，PC客戶端可通過主流瀏覽器登陸系統，主要包括檢維修視頻同步觀摩、專家遠程指揮、檢維修事件管理、組織架構、系統管理等功能。

移動端檢維修視頻模塊包括現場視頻錄制與遠程回傳、語音與文本備注上傳等功能，實現了圖像、語音、文字一體化。基于搶維修業務中出現的設備內無線屏蔽、偏遠野外網絡信號弱等情況，系統提供了離線錄像功能，可將錄像暫時保存在移動終端，一旦網絡恢復正常，離線狀態錄制的圖像與對應任務進行綁定，上傳服務器，解決了短時離線的視頻錄制與上傳問題。為了滿足事后分析對高清視頻的需求，用戶可設置本地自動保存高清錄像，在網絡信號較強時上傳視頻服務器，取代質量較差的實時視頻。為滿足對現場搶維修的遠程指揮、調度需要，系統提供了雙向語音對講功能，移動終端在收到對講指揮信息后，可同時顯示指揮端視頻畫面與現場錄制的視頻畫面，Web端可實時觀看現場圖像信息。

移動端視頻查詢模塊支持關于任務名稱與編號的雙重模糊查詢，提高了查詢效率。用戶可通過移動端隨時查看任務詳細信息與歷史視頻，以便信息交流與事后取證。

設備搶維修過程中，不僅需要指揮中心指揮、調度，也需要多人協商、交流。移動端視頻觀摩模塊可將視頻同時推送至多個終端供多用戶觀看，對搶維修信息的交流起到了重要協助作用。

移動端本地上傳模塊支持將本地高清錄像及圖片上傳服務器，并能夠將斷網情況下錄制的視頻與相應任務綁定上傳。

Web軟件采用B/S結構，其檢維修視頻模塊包括實況視頻與歷史視頻兩方面。實況視頻支持視頻在線觀看、對講指揮，實現指揮中心與搶維修現場的實時溝通。歷史視頻支持事后查詢、取證與分析，可查看相關事件信息、任務信息、上傳的圖片與文字信息、錄制的實況視頻、本地上傳的高清視頻以及播放錄制的聲音等。

專家會診模塊支持分布在不同地理位置的專家登錄系統，針對搶維修技術難題進行遠程會診。系統提供即時通訊功能，可以進行在線文字、語音、視頻交流。

Web軟件檢維修事件模塊包括事件列表、任務列表，實現相關事件與任務的管理、檢索。組織架構包括單位列表、我的主頁、角色管理、用戶管理等功能。系統配置實現了系統各種參數配置的管理。為方便用戶安裝，可通過掃描二維碼下載移動端軟件。endprint

2系統技術

2.1HMFS高清流媒體文件系統

傳統錄像技術是基于通用操作系統的文件系統，存在諸多問題，如磁盤碎片、磁盤讀寫性能不高、巨量文件管理與檢索、錄像實時檢索播放、災難數據保護與恢復等問題。

HMFS（HighDefinition Media File System）文件系統摒棄了通用操作系統的文件系統，量身定制了流媒體專用文件系統，通過提高單盤IO性能優化、文件分類存儲、文件Cache等手段，充分利用磁盤IO帶寬，提升了流媒體存儲性能及可靠性。

HMFS文件系統分離了元數據信息，實現零寫懲罰。HMFS的磁盤采用點對點技術，保持了多線程處理能力并提升存儲能力。HMFS的自緩存技術，使得應用系統發生異常時緩存數據繼續有效，系統恢復后數據不丟失。

2.2分布式消息調度框架

不同廠家、不同年代的產品，在規格、接口、制式上都會存在差異。為了使系統具有更高的靈活性，需要考慮對不同類型、不同廠商的攝像機進行兼容與適配。

分布式消息調度框架內置“業務總線”，面向業務層提供消息驅動的業務體驗，具備插件式多協議多業務的處理能力，支持協議插件與業務插件的分布式部署，實現協議插件與業務插件分離、基線與定制分離，可以快速對接、集成各種外部設備。分布式消息調度框架具有以下技術特點：

（1）消息動態訂閱。業務層按照規范實現接口簡單的插件，向消息總線注冊自身地址訂閱其它業務單元的消息。

（2）消息投遞自動化。業務層只需要填寫簡單包含收、發地址的消息頭，即可完成消息投遞，無需關心對端模塊部署位置，對端可靈活部署。

（3）集群負載均衡。由消息總線自動完成，可編寫接口簡單的插件定制動態、靜態負載均衡策略。

（4）契約式通信。向協議插件、業務插件開發者提供契約式通信開發體驗，通過專門的聲明對通信雙方進行約定，業務層可直接收發對象，調度框架屏蔽一些底層實現細節，實現消息的透明投遞。

（5）協議與業務分離。平臺與業務分離，基線與定制分離。支持內外協議格式自動化轉換，內部虛擬總線調度基于Peer to peer模式。

2.3云協作

視頻數據已經步入數據洪水時代，原有SOA、分層結構設計的架構已經無法滿足當前訴求，需要以最新互聯網架構模式進行頂層設計，并依托云計算、云存儲、分布式、大數據等技術手段進行平臺構建。

系統基于云計算、云存儲的云模型，依托分布式、大數據等技術手段，將跨地域、跨層級的流媒體資源進行整合，按需提供給用戶使用，同時提供便捷的統一管理與維護，任意一個流媒體節點出現故障不影響正常業務。云協作技術有以下技術優勢：

（1）自集群。支持N+0集群部署，根據業務請求自動負載均衡及交叉保護、無單點故障。

（2）虛擬云化管理。自動發現網絡內設備組建集群，將所有分散開的服務器與存儲資源邏輯上進行統一，形成統一資源用于業務調度。

（3）云能力提供。通過統一接口將網絡內所有設備流媒體資源按需提供給用戶及行業使用，平臺內部故障以及擴容不影響到業務。

（4）統一運維。可以針對全網設備提供統一運維管理，有效降低運維成本。

（5）平滑擴容。可以快速對計算能力及存儲能力進行無縫擴容。

3系統應用

基于上述系統設計與關鍵技術，結合中原油田普光分公司的實際，開發了集輸設備搶維修遠程視頻指揮系統，支持遠程指揮與調度，以及后續分析、查詢、取證。

系統軟件由移動端（手機）APP軟件與后端Web軟件構成。APP軟件基于Andriod操作系統，采用JAVA語言開發。Web軟件考慮到多用戶性與可擴展性，基于自主開發的視頻云平臺，采用B/S 的體系結構與JAVA語言實現。系統已經應用于中原油田普光分公司的搶維修業務。

圖3移動端軟件界面示例

圖4web軟件界面示例

系統集視頻實時采集、即拍即傳、視頻直播、視頻轉碼、錄制存儲、視頻點播、內容管理、流媒體分發等功能于一體，能夠為不同用戶提供快速開通、視頻協作相關服務。

通過搶維修遠程視頻指揮系統，有效解決了搶維修記錄與視頻實時傳輸問題，實現了操作人員定位、視頻回傳、搶維修現場視頻監控、雙向視頻對講等一系列功能。

系統體現了移動運維。手機既作為攝像頭，又作為觀看終端，手機自帶攝像頭采集視頻，并同步回傳至后端存儲。指導人員可以遠程實時查看現場情況，處理突發情況。交互過程錄像高效存儲，避免責任推諉等現象出現，脫離了傳統匯報手段，全面采用視頻數字化的方式。現場搶維修人員利用防爆手機與技術專家進行雙向可視化對講，技術專家遠程查看現場情況，指導維修方式，保障維修質量，提升了檢維修人員的搶維修能力。

系統也可應用于可視化巡檢，打破傳統巡查模式，展示現場真實情況，使得巡查結果有圖可看、有源可查。

4結語

基于云平臺開發的設備搶維修遠程指揮系統，實現了現場狀況可視化、管理溝通扁平化、操作手段移動化，有利于應急指揮。系統提供以下功能：

（1）視頻推送。遇到突發事件，用戶可通過手機將采集到的現場視頻推送至云端，上級領導或相關負責人可以通過Web端進行查看并及時指導。

（2）遠程指揮。上級領導或相關負責人可以通過手機或Web端遠程查看現場正在拍攝的音視頻，了解第一手資料，并可通過Web端發起對講指揮。

（3）視頻對講。緊急情況下，現場人員可以與上級領導或相關負責人直接進行視頻對講。

（4）實時監控。支持實況過程中主輔碼流的選擇，支持視頻窗口全屏、縮小操作，支持對監控畫面進行抓拍，包括本地抓拍與前端抓拍，支持對瀏覽窗口位置的拖動切換，支持對瀏覽畫面的視頻寬高比例調整，支持顯示實時視頻信息。endprint

（5）錄像回放。用戶可以通過手機或者Web端隨時查詢、調取搶維修作業過程中手機采集的音視頻錄像。

（6）音視頻采集與觀摩。通過手機攝像頭與話筒進行音視頻采集，采集到的音視頻可推送至多個用戶同步觀看，也可存儲至云端系統。

系統采用分布式云平臺架構設計理念與架構模式，依托云計算、云存儲、分布式、大數據等最新技術手段，構建了一個綜合高清流媒體云平臺，具有分布式消息調度框架、高清流媒體文件系統、云協作等技術特點。

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責任編輯（責任編輯：何麗）endprint