油田大屏幕系统设计与应用研究

谢光华 蒋其斌 蒋能记 兰明菊

[摘 要] 随着油田自动化规模增大，需要充分利用油田自动化，提高生产管理水平。目前大屏幕显示系统以显著的技术优势，越来越得到广泛应用。本文根据油田实际，结合油田自动化、生产管理整体架构，设计建立了一套油田大屏幕系统，详细介绍了系统结构、功能设计以及系统应用，简要介绍了大屏工程建设要点，虚拟信号源的设置。大屏幕系统与油田其他系统综合应用，形成了油田集中监控、生产指挥、辅助分析的综合业务平台，对提高油田管理和形象展示水平有重要意义，可供其他油田大屏系统建设参考。

[关键词] 油田；大屏幕系统；建设；应用；虚拟

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

[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）04- 0070- 04

1 引 言

随着油田滚动开发，自动化规模逐渐增大，数据、应用系统快速增多。油田生产管理进一步提高，需要将油田生产监测、视频监视、生产应用等系统，通过统一平台集中展示，综合应用分析，对终端显示系统提出了更高的要求。

近年，具有高分辨率显示、色彩均匀稳定的大屏幕系统，作为多种类型信号（计算机、视频、网络）的集中显示终端，被广泛应用于政府、通信、电力、军队指挥机构，监控、网管、指挥、调度、会议及公共场所等领域[1]，在提供共享信息、决策支持、态势显示方面发挥着重要作用。本文根据油田需求，与油田信息自动化系统相结合，建设油田中控室大屏幕系统，为油气生产集中监控、调度指挥提供统一技术平台。

2 油田大屏幕系统设计

2.1 大屏幕技术简介

根据显示屏幕数量，大屏幕图像显示方式主要有单屏显示和多屏显示。单屏幕显示尺寸超过23in（1in=2.54cm）时，可称为大屏幕[2]。多屏幕显示常通过投影幕或投影屏拼接。单屏幕显示可分投影、直视方式。投影显示方式按照投影机与观看者相对投影幕的位置可以分为正面投影和背面投影；按投影幕的结构形式可分为投影幕和投影屏；投影机成像原理可分为CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）投影、LED（Light Emitting Diode，发光二极管）投影、DLP（Digital Light Procession，数字光处理）投影和LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）投影。直视方式根据显示器成像方式可分为显像管显示、等离子显示、液晶显示和发光二极管显示。

指挥所根据不同应用场合可分为固定式、机动式和开设式[2]。大屏幕显示系统需根据指挥所实际应用需求和使用条件选择。

2.2 大屏幕选择

油田中控室或生产指挥室建设大屏幕系统，需根据房间空间情况设计，选择大屏幕。下文以某油田大屏幕系统建设为例介绍设计，中控室房间长16.8m、宽8.7m、高3.35m，面积约146m2，以8.7m（宽）×3.35m（高）为平面设置屏幕墙。

根据屏幕墙安装位置和需求规模，采用多屏显示。从多屏拼接方式、拼接屏幕、投影系统光源3方面比较，油田选用DLP背投拼接大屏幕。DLP背投拼接系统是目前大屏幕拼接墙行业主流产品，采用数字光处理技术，具有以下优点：高可靠性和持久稳定的亮度对比度，且亮度对比度、清晰度高[3]；有精确的灰度和彩色再现能力，色彩容易调节，整屏均匀性高；可做到无缝拼接大尺寸显示；可长时间显示计算机和静态图像，适合较大展示空间和显示面积、每年运行时间较长的场合。

投影系统光源选用固态LED光源，具有以下优点：LED光色纯色域广，有助于再现绚丽多彩图像，画面长时间一致性高；新一代LED光源拥有60 000小时超长使用寿命，在7×24小时使用下，可用7.5年，生命周期内可不考虑照明光源更换问题，免除后期高维护成本投入；不含汞、钠等有害物质，不存环境污染问题，符合环保要求。

2.3 系统结构

结合油田自动化、生产管理，设计大屏幕系统，架构见图1，依托油田办公网络、生产调度指挥系统，构建油田生产管理交互工作环境，可与油田上级公司，基层单位实时交互、数据共享以及业务信息综合展示，是集音视频的协同办公平台，满足油田生产调度、应急指挥、远程协作、远程诊断、技术培训、专题交流等业务发展需要。

系统主要由以下几部分组成：LED情报屏子系统，选用双基色LED条屏，显示天气时间、欢迎词、题词等；DLP显示子系统，由60″2×6显示单元拼接墙体、多屏处理器、管理软件等构成，主要用于视频信号，图形多样显示；交互子系统，由IDB（Interactive Digital Board，数字交互平台）交互平台及软件构成，汇报者操作交互平台，大屏幕上显示实时交互过程；IP流媒体视频子系统，由IP网络视频解码卡及软件构成，直接将IP摄像头视频解码后输出大屏显示；三维处理子系统，主要由三维图像处理器及软件构成，能够在全屏幕拼接状态下运行3D动态画面，实现高精度、高分辨率、立体图形显示输出；音频扩声子系统；线缆等其他外围设备。

2.4 系统功能

通过大屏幕，实现油田生产监测、安防监视、生产指挥调度，大屏幕系统具有以下功能。

（1）数据交互：使用数字交互白板、触摸电脑和交互软件，通过手写笔、触摸等操作方式，实现支持PPT、方案、勘探部署图等内容进行重点标注的交互功能，以提供讨论式会商环境。主要应用场景：多会场参加方案讨论的会议、各地专家对重大问题会诊的会议、多方技术交流的会议等。

（2）多种会商模式：实现点到点、多点、多组等多种会商形式，以满足各部门，与油田公司、甚至股份公司的应急指挥、生产调度、专家会诊等业务需要。主要应用场景：点对点的生产例会，多方方案讨论、技术交流、工作汇报，各地专家重大问题会诊会议等。

（3）模拟电话接入：为了满足外出的领导、专家能够通过手机、座机加入到交互会议；实现作业现场能够通过手机、座机向会场汇报现场情况。主要应用场景：应急指挥、重大问题会诊等会议。

（4）高清视频会议：系统能够支持目前最高分辨率1080P的高清视频会议，以满足应急指挥、生产指挥、专家会商等业务功能对高精度视频和实时交互的要求。

（5）双流数据协作：支持H.239双流协议，实现1080P高清双流信号的传输，以满足在召开视频会议的同时，实现勘探部署图、工作文档等内容显示需要。

（6）会议录播点播：系统具备会议录播功能，实现工作会议、视频交互的全程录播功能，并提供点播功能，以满足随时观看会议内容的需要。

2.5 系统建设要点

DLP大屏幕拼接工程具有安装时间紧凑、涉及周边设备多的特点，部分工作需在非常规工作时间进行，工程项目可分为：项目策划、前期勘查、工程实施、项目后期4个阶段式[4]。工程规范，可以减少工程中的随机性，增加工作的有效性和目的性，达到增强系统稳定，提高工程质量。大屏建设对工程人员的色彩敏感性、精细的工作态度和责任心都有很高要求，需要注意以下几点：

（1）根据现场情况和实际需求确定系统环境改造方案及施工保障计划。

（2）屏幕底座是大屏幕系统的结构基础，底座的稳定性和水平精度小于毫米级，需用红外水平仪精测。

（3）屏幕安装调试是大屏幕最终效果的保证，屏幕接缝需均匀，控制小于0.5mm（根据环境和屏幕特性预留）。

（4）线缆标准匝扎、标记有序，以便故障快速处理和后期维护。

（5）光学调整是显示效果的关键环节，需做屏幕（水平、垂直）、光机调试，光栅（水平、垂直）、颜色调整。其中颜色调整标准为各单元基色红、绿、蓝色度及亮度一致；各单元100%白亮度一致，各单元50%或30%亮度一致，其他灰阶、合成色基本一致。

（6）系统总调试是项目设计的检验和最终质量的保证，对系统细节进一步精细调整，与实际要求进一步磨合，达到最终完美效果。

3 大屏幕系统油田应用

大屏幕显示系统是现代化视频显示工具。RGB信号、视频信号、网络信号与图形控制器连接，在大屏上有开窗、缩放、移动等多种显示功能。可同时运用不同显示方式，增强信号显示的灵活性。通过控制计算机集中控制，所有显示屏根据分工需要，全屏高分辨率显示或划分相应显示区域，各分区独立控制；各通道任何一路信号自由切换；根据需要制定常用显示模式，实现对各种信号源的简单灵活快速调用。

3.1 信号源设置

油田中控室SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）监控机、媒体播放机（计算机）、大屏控制机（计算机）、IDB数字交互平台以RGB直通信号接入多屏处理器；三维图像处理器以视频直通信号接入多屏处理器；与多屏处理器网路相通的各类应用电脑、工作站、服务器（如视频服务器）以及IP摄像机以网络信号方式接入。

考虑节约油田办公室机房、计算机资源，采用虚拟机技术搭建DLP大屏网络视频源。目前流行的虚拟机软件有VMware和Virtual PC，都能在Windows系统上虚拟出多个计算机。VMware创建的虚拟机与真实的计算机几乎一样，虚拟有自己的CPU、内存、硬盘、光驱、BIOS。在虚拟机上，可以安装Windows、Linux等真实的操作系统，及各种应用程序。根据虚拟化层所处的位置，虚拟机可分为寄居架构和裸金属架构。虚拟化层位于操作系统之上为寄居架构；虚拟层位于操作系统之下、硬件平台之上的为裸金属架构。虚拟机技术为显著减少停机时间、增强灵活性、提高硬件利用效率、节省能耗和机房空间提供了一种经济高效的方式。

3.2 大屏显示内容

大屏幕系统通过相应的信号源设置，实现油田三维地理，油气水管网、电力线分布和生产区域道路分布查询展示；调用中控室监控系统，全屏分析油井、水井、接转站、原油处理站、水处理站、注汽站等站场生产动态，实时数据监测；油田重要井场、油区关键路口、油田站场、办公公寓、生活公寓安全视频监视；作业区各类车辆的实时跟踪、定位、车速监管；油田生产数据、生产趋势、每日重点工作显示提示；油田生产运行各类重点报警信息显示；各种生产应用系统的关联查询、分析。

按照油田业务需求，展示内容分为欢迎主界面、油田概况、生产总况、油气生产、油气集输、大型专项试验、数字油田、勘探管理、应急指挥、运行保障、生产监控、综合信息等展示主题，多种展示模式组合。数据间的调用关系以相同业务内不同模块间的调用居多，跨业务模块间的数据调用主要发生在生产总况和油气生产模块之间，展示内容结构示例见图3。

3.3 应用效果

通过大屏幕系统，高分辨率（8 400*2 100）显示油田三维地理信息系统，流畅操作，实现油田油气水管网、电力线分布和生产区域道路分布查询及展示；网络、系统运行情况监测，油田安全视频监视，车辆跟踪调度；油气生产、处理过程监测，远程维护及故障处理；生产经营数据综合查询，会议汇报媒体播放；油田大屏幕系统应用，实现自动化系统集中监控与管理；生产、自动化、视频数据的集中展示，为生产分析与指挥决策的综合应用提供了平台。

4 结 论

根据油田实际，选择DLP大屏与油田信息自动化整体架构相结合，设计建立大屏幕系统，集高分辨率显示、三维展示、交互、LED滚动屏诸多功能，利于油气生产过程全局分析。采用虚拟机技术灵活设置大屏视频源，与油田各类系统集成应用，形成油田集中监控、生产指挥、辅助分析的综合业务平台，提高油田生产管理水平以及油田形象展示水平。本文大屏系统技术先进，扩展性强，操作维护方便，有着很好的应用推广前景，可供其他油田大屏系统建设参考。

主要参考文献

[1]浦廷民.大屏幕显示系统的应用与分析[J].智能建筑电气技术，2011，5（3）：100-103.

[2]卢晓勇，周松，苏旺.大屏幕显示技术及在指挥控制系统中的应用[J].指挥信息系统与技术，2010，1（2）：34-38.

[3]邱崧.基于LED光源的DLP投影系统的研究[D].上海：华东师范大学，2007.

[4]宋晓红.DLP大屏幕在电子会议系统的应用[J].智能建筑与城市信息，2009（6）：32-35.