基于云視頻的設(shè)備搶維修遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)

魏建華　張魯濱　趙厲宇哲　劉學(xué)軍

摘要：為了加強(qiáng)搶維修事件的時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)更為全面的設(shè)備管理，基于Android操作系統(tǒng)，結(jié)合HMFS高清流媒體文件系統(tǒng)、分布式消息調(diào)度框架、云協(xié)作技術(shù)，前端APP軟件配套后端Web管理，構(gòu)建了一套遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備搶維修事件的遠(yuǎn)程指揮與監(jiān)控管理。應(yīng)用結(jié)果表明：系統(tǒng)有利于高效推進(jìn)搶維修工作，并為事后取證與深入分析保存了原始資料。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：云視頻；遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)；設(shè)備搶維修

DOIDOI：10.11907/rjdk.171725

中圖分類號(hào)：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）011009004

0引言

隨著云技術(shù)的成熟，云應(yīng)用逐漸滲透到了人們生活的方方面面，云平臺(tái)作為云技術(shù)應(yīng)用載體之一，發(fā)展日新月異。云平臺(tái)不僅具有集群管理、數(shù)據(jù)安全保障、自動(dòng)故障恢復(fù)及防網(wǎng)絡(luò)攻擊等功能，還能夠簡(jiǎn)化部署過(guò)程，降低運(yùn)維成本，構(gòu)建按需擴(kuò)展的移動(dòng)視頻服務(wù)架構(gòu)[1]。

綜合視頻開(kāi)放云平臺(tái)是基于分布式、云計(jì)算架構(gòu)的PaaS（PlatformasaService）產(chǎn)品，是集視頻實(shí)時(shí)采集、即拍即傳、視頻直播、視頻轉(zhuǎn)碼、錄制存儲(chǔ)、視頻點(diǎn)播、內(nèi)容管理、流媒體分發(fā)等基礎(chǔ)功能于一身的綜合視頻應(yīng)用平臺(tái)，能夠?yàn)椴煌脩籼峁┛焖匍_(kāi)通、視頻協(xié)作相關(guān)服務(wù)[2]。

日益成熟的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)環(huán)境下，遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)在應(yīng)對(duì)社會(huì)公共安全、暴力事件、公共衛(wèi)生、意外事故、自然災(zāi)害等突發(fā)事件時(shí)展現(xiàn)出有效性與即時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸獲得了各界重視[36]。隨著云技術(shù)的發(fā)展，將云視頻與遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)進(jìn)行融合，已成為新的發(fā)展趨勢(shì)[710]。

本文從設(shè)備搶維修實(shí)際需要出發(fā)，利用云視頻技術(shù)，研究與實(shí)現(xiàn)了基于云視頻的設(shè)備搶維修遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)，提高了設(shè)備搶維修的時(shí)效性與管理水平。

當(dāng)發(fā)生設(shè)備故障或突發(fā)事件需要搶修時(shí)，往往需要將現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào)快速傳回指揮中心，以便對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析判斷。設(shè)備搶維修遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)可通過(guò)移動(dòng)設(shè)備的無(wú)線視頻功能將現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)傳回指揮中心，進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮與調(diào)度，降低危險(xiǎn)性，極大地縮短反應(yīng)時(shí)間，提高搶修效率。同時(shí)可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況錄像，并采用無(wú)線傳輸方式將錄像文件保存到后端系統(tǒng)平臺(tái)上，以便后續(xù)查詢?nèi)∽C與深入分析。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)架構(gòu)

設(shè)備搶維修遠(yuǎn)程視頻指揮系統(tǒng)以高清流媒體云平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的交互、加解密、編解碼、并發(fā)性與鏈路控制維護(hù)等功能。系統(tǒng)整合了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，任意時(shí)間、地點(diǎn)都可以迅速接入系統(tǒng)，隨時(shí)隨地進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮與監(jiān)控管理。

系統(tǒng)由前端視頻采編系統(tǒng)與后端高清流媒體云平臺(tái)組成，實(shí)現(xiàn)搶維修遠(yuǎn)程視頻傳輸、搶維修現(xiàn)場(chǎng)指揮與調(diào)度以及后續(xù)查詢?nèi)∽C。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

前端視頻采編系統(tǒng)由搶維修人員隨身攜帶的移動(dòng)終端與相應(yīng)軟件組成。通過(guò)移動(dòng)終端將現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像編碼后，經(jīng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳至遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面遠(yuǎn)程傳送。

指揮中心部署高清流媒體云平臺(tái)，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)終端統(tǒng)一接入高清流媒體云平臺(tái)進(jìn)行存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)發(fā)。高清流媒體云平臺(tái)基于分布式云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，依托云計(jì)算、云存儲(chǔ)、云管理、分布式、大數(shù)據(jù)等最新技術(shù)手段，具備多協(xié)議設(shè)備快速接入能力、外部系統(tǒng)便捷集成能力、業(yè)務(wù)流程快速編排能力，打造搶維修的媒體信息化生態(tài)環(huán)境。平臺(tái)內(nèi)置分布式消息調(diào)度框架、高清流媒體文件系統(tǒng)、萬(wàn)能播放器、云協(xié)作等技術(shù)，具備大數(shù)據(jù)處理、分布式云搜索等功能。

1.2系統(tǒng)功能

系統(tǒng)硬件部分由視頻服務(wù)器與移動(dòng)前端組成。系統(tǒng)軟件部分由移動(dòng)端APP軟件與后端Web軟件構(gòu)成，如圖2所示。移動(dòng)端軟件主要包括檢維修視頻的采集與實(shí)時(shí)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(wù)器，PC客戶端可通過(guò)主流瀏覽器登陸系統(tǒng)，主要包括檢維修視頻同步觀摩、專家遠(yuǎn)程指揮、檢維修事件管理、組織架構(gòu)、系統(tǒng)管理等功能。

移動(dòng)端檢維修視頻模塊包括現(xiàn)場(chǎng)視頻錄制與遠(yuǎn)程回傳、語(yǔ)音與文本備注上傳等功能，實(shí)現(xiàn)了圖像、語(yǔ)音、文字一體化。基于搶維修業(yè)務(wù)中出現(xiàn)的設(shè)備內(nèi)無(wú)線屏蔽、偏遠(yuǎn)野外網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱等情況，系統(tǒng)提供了離線錄像功能，可將錄像暫時(shí)保存在移動(dòng)終端，一旦網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，離線狀態(tài)錄制的圖像與對(duì)應(yīng)任務(wù)進(jìn)行綁定，上傳服務(wù)器，解決了短時(shí)離線的視頻錄制與上傳問(wèn)題。為了滿足事后分析對(duì)高清視頻的需求，用戶可設(shè)置本地自動(dòng)保存高清錄像，在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較強(qiáng)時(shí)上傳視頻服務(wù)器，取代質(zhì)量較差的實(shí)時(shí)視頻。為滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)搶維修的遠(yuǎn)程指揮、調(diào)度需要，系統(tǒng)提供了雙向語(yǔ)音對(duì)講功能，移動(dòng)終端在收到對(duì)講指揮信息后，可同時(shí)顯示指揮端視頻畫(huà)面與現(xiàn)場(chǎng)錄制的視頻畫(huà)面，Web端可實(shí)時(shí)觀看現(xiàn)場(chǎng)圖像信息。

移動(dòng)端視頻查詢模塊支持關(guān)于任務(wù)名稱與編號(hào)的雙重模糊查詢，提高了查詢效率。用戶可通過(guò)移動(dòng)端隨時(shí)查看任務(wù)詳細(xì)信息與歷史視頻，以便信息交流與事后取證。

設(shè)備搶維修過(guò)程中，不僅需要指揮中心指揮、調(diào)度，也需要多人協(xié)商、交流。移動(dòng)端視頻觀摩模塊可將視頻同時(shí)推送至多個(gè)終端供多用戶觀看，對(duì)搶維修信息的交流起到了重要協(xié)助作用。

移動(dòng)端本地上傳模塊支持將本地高清錄像及圖片上傳服務(wù)器，并能夠?qū)嗑W(wǎng)情況下錄制的視頻與相應(yīng)任務(wù)綁定上傳。

Web軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，其檢維修視頻模塊包括實(shí)況視頻與歷史視頻兩方面。實(shí)況視頻支持視頻在線觀看、對(duì)講指揮，實(shí)現(xiàn)指揮中心與搶維修現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)溝通。歷史視頻支持事后查詢、取證與分析，可查看相關(guān)事件信息、任務(wù)信息、上傳的圖片與文字信息、錄制的實(shí)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(huì)診模塊支持分布在不同地理位置的專家登錄系統(tǒng)，針對(duì)搶維修技術(shù)難題進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診。系統(tǒng)提供即時(shí)通訊功能，可以進(jìn)行在線文字、語(yǔ)音、視頻交流。

Web軟件檢維修事件模塊包括事件列表、任務(wù)列表，實(shí)現(xiàn)相關(guān)事件與任務(wù)的管理、檢索。組織架構(gòu)包括單位列表、我的主頁(yè)、角色管理、用戶管理等功能。系統(tǒng)配置實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各種參數(shù)配置的管理。為方便用戶安裝，可通過(guò)掃描二維碼下載移動(dòng)端軟件。endprint

2系統(tǒng)技術(shù)

2.1HMFS高清流媒體文件系統(tǒng)

傳統(tǒng)錄像技術(shù)是基于通用操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)，存在諸多問(wèn)題，如磁盤碎片、磁盤讀寫(xiě)性能不高、巨量文件管理與檢索、錄像實(shí)時(shí)檢索播放、災(zāi)難數(shù)據(jù)保護(hù)與恢復(fù)等問(wèn)題。

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

HMFS文件系統(tǒng)分離了元數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)零寫(xiě)懲罰。HMFS的磁盤采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)，保持了多線程處理能力并提升存儲(chǔ)能力。HMFS的自緩存技術(shù)，使得應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)緩存數(shù)據(jù)繼續(xù)有效，系統(tǒng)恢復(fù)后數(shù)據(jù)不丟失。

2.2分布式消息調(diào)度框架

不同廠家、不同年代的產(chǎn)品，在規(guī)格、接口、制式上都會(huì)存在差異。為了使系統(tǒng)具有更高的靈活性，需要考慮對(duì)不同類型、不同廠商的攝像機(jī)進(jìn)行兼容與適配。

分布式消息調(diào)度框架內(nèi)置“業(yè)務(wù)總線”，面向業(yè)務(wù)層提供消息驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，具備插件式多協(xié)議多業(yè)務(wù)的處理能力，支持協(xié)議插件與業(yè)務(wù)插件的分布式部署，實(shí)現(xiàn)協(xié)議插件與業(yè)務(wù)插件分離、基線與定制分離，可以快速對(duì)接、集成各種外部設(shè)備。分布式消息調(diào)度框架具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）消息動(dòng)態(tài)訂閱。業(yè)務(wù)層按照規(guī)范實(shí)現(xiàn)接口簡(jiǎn)單的插件，向消息總線注冊(cè)自身地址訂閱其它業(yè)務(wù)單元的消息。

（2）消息投遞自動(dòng)化。業(yè)務(wù)層只需要填寫(xiě)簡(jiǎn)單包含收、發(fā)地址的消息頭，即可完成消息投遞，無(wú)需關(guān)心對(duì)端模塊部署位置，對(duì)端可靈活部署。

（3）集群負(fù)載均衡。由消息總線自動(dòng)完成，可編寫(xiě)接口簡(jiǎn)單的插件定制動(dòng)態(tài)、靜態(tài)負(fù)載均衡策略。

（4）契約式通信。向協(xié)議插件、業(yè)務(wù)插件開(kāi)發(fā)者提供契約式通信開(kāi)發(fā)體驗(yàn)，通過(guò)專門的聲明對(duì)通信雙方進(jìn)行約定，業(yè)務(wù)層可直接收發(fā)對(duì)象，調(diào)度框架屏蔽一些底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)消息的透明投遞。

（5）協(xié)議與業(yè)務(wù)分離。平臺(tái)與業(yè)務(wù)分離，基線與定制分離。支持內(nèi)外協(xié)議格式自動(dòng)化轉(zhuǎn)換，內(nèi)部虛擬總線調(diào)度基于Peer to peer模式。

2.3云協(xié)作

視頻數(shù)據(jù)已經(jīng)步入數(shù)據(jù)洪水時(shí)代，原有SOA、分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前訴求，需要以最新互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模式進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，并依托云計(jì)算、云存儲(chǔ)、分布式、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段進(jìn)行平臺(tái)構(gòu)建。

系統(tǒng)基于云計(jì)算、云存儲(chǔ)的云模型，依托分布式、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，將跨地域、跨層級(jí)的流媒體資源進(jìn)行整合，按需提供給用戶使用，同時(shí)提供便捷的統(tǒng)一管理與維護(hù)，任意一個(gè)流媒體節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障不影響正常業(yè)務(wù)。云協(xié)作技術(shù)有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）自集群。支持N+0集群部署，根據(jù)業(yè)務(wù)請(qǐng)求自動(dòng)負(fù)載均衡及交叉保護(hù)、無(wú)單點(diǎn)故障。

（2）虛擬云化管理。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備組建集群，將所有分散開(kāi)的服務(wù)器與存儲(chǔ)資源邏輯上進(jìn)行統(tǒng)一，形成統(tǒng)一資源用于業(yè)務(wù)調(diào)度。

（3）云能力提供。通過(guò)統(tǒng)一接口將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有設(shè)備流媒體資源按需提供給用戶及行業(yè)使用，平臺(tái)內(nèi)部故障以及擴(kuò)容不影響到業(yè)務(wù)。

（4）統(tǒng)一運(yùn)維。可以針對(duì)全網(wǎng)設(shè)備提供統(tǒng)一運(yùn)維管理，有效降低運(yùn)維成本。

（5）平滑擴(kuò)容。可以快速對(duì)計(jì)算能力及存儲(chǔ)能力進(jìn)行無(wú)縫擴(kuò)容。

3系統(tǒng)應(yīng)用

基于上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合中原油田普光分公司的實(shí)際，開(kāi)發(fā)了集輸設(shè)備搶維修遠(yuǎn)程視頻指揮系統(tǒng)，支持遠(yuǎn)程指揮與調(diào)度，以及后續(xù)分析、查詢、取證。

系統(tǒng)軟件由移動(dòng)端（手機(jī)）APP軟件與后端Web軟件構(gòu)成。APP軟件基于Andriod操作系統(tǒng)，采用JAVA語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。Web軟件考慮到多用戶性與可擴(kuò)展性，基于自主開(kāi)發(fā)的視頻云平臺(tái)，采用B/S 的體系結(jié)構(gòu)與JAVA語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于中原油田普光分公司的搶維修業(yè)務(wù)。

圖3移動(dòng)端軟件界面示例

圖4web軟件界面示例

系統(tǒng)集視頻實(shí)時(shí)采集、即拍即傳、視頻直播、視頻轉(zhuǎn)碼、錄制存儲(chǔ)、視頻點(diǎn)播、內(nèi)容管理、流媒體分發(fā)等功能于一體，能夠?yàn)椴煌脩籼峁┛焖匍_(kāi)通、視頻協(xié)作相關(guān)服務(wù)。

通過(guò)搶維修遠(yuǎn)程視頻指揮系統(tǒng)，有效解決了搶維修記錄與視頻實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了操作人員定位、視頻回傳、搶維修現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控、雙向視頻對(duì)講等一系列功能。

系統(tǒng)體現(xiàn)了移動(dòng)運(yùn)維。手機(jī)既作為攝像頭，又作為觀看終端，手機(jī)自帶攝像頭采集視頻，并同步回傳至后端存儲(chǔ)。指導(dǎo)人員可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，處理突發(fā)情況。交互過(guò)程錄像高效存儲(chǔ)，避免責(zé)任推諉等現(xiàn)象出現(xiàn)，脫離了傳統(tǒng)匯報(bào)手段，全面采用視頻數(shù)字化的方式。現(xiàn)場(chǎng)搶維修人員利用防爆手機(jī)與技術(shù)專家進(jìn)行雙向可視化對(duì)講，技術(shù)專家遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)情況，指導(dǎo)維修方式，保障維修質(zhì)量，提升了檢維修人員的搶維修能力。

系統(tǒng)也可應(yīng)用于可視化巡檢，打破傳統(tǒng)巡查模式，展示現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)情況，使得巡查結(jié)果有圖可看、有源可查。

4結(jié)語(yǔ)

基于云平臺(tái)開(kāi)發(fā)的設(shè)備搶維修遠(yuǎn)程指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)狀況可視化、管理溝通扁平化、操作手段移動(dòng)化，有利于應(yīng)急指揮。系統(tǒng)提供以下功能：

（1）視頻推送。遇到突發(fā)事件，用戶可通過(guò)手機(jī)將采集到的現(xiàn)場(chǎng)視頻推送至云端，上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)或相關(guān)負(fù)責(zé)人可以通過(guò)Web端進(jìn)行查看并及時(shí)指導(dǎo)。

（2）遠(yuǎn)程指揮。上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)或相關(guān)負(fù)責(zé)人可以通過(guò)手機(jī)或Web端遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)正在拍攝的音視頻，了解第一手資料，并可通過(guò)Web端發(fā)起對(duì)講指揮。

（3）視頻對(duì)講。緊急情況下，現(xiàn)場(chǎng)人員可以與上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)或相關(guān)負(fù)責(zé)人直接進(jìn)行視頻對(duì)講。

（4）實(shí)時(shí)監(jiān)控。支持實(shí)況過(guò)程中主輔碼流的選擇，支持視頻窗口全屏、縮小操作，支持對(duì)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行抓拍，包括本地抓拍與前端抓拍，支持對(duì)瀏覽窗口位置的拖動(dòng)切換，支持對(duì)瀏覽畫(huà)面的視頻寬高比例調(diào)整，支持顯示實(shí)時(shí)視頻信息。endprint

（5）錄像回放。用戶可以通過(guò)手機(jī)或者Web端隨時(shí)查詢、調(diào)取搶維修作業(yè)過(guò)程中手機(jī)采集的音視頻錄像。

（6）音視頻采集與觀摩。通過(guò)手機(jī)攝像頭與話筒進(jìn)行音視頻采集，采集到的音視頻可推送至多個(gè)用戶同步觀看，也可存儲(chǔ)至云端系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用分布式云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念與架構(gòu)模式，依托云計(jì)算、云存儲(chǔ)、分布式、大數(shù)據(jù)等最新技術(shù)手段，構(gòu)建了一個(gè)綜合高清流媒體云平臺(tái)，具有分布式消息調(diào)度框架、高清流媒體文件系統(tǒng)、云協(xié)作等技術(shù)特點(diǎn)。

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