Medientechnik: Visualisierung und Steuerung im Kontrollzentrum
Case Study: EUMETSAT – Medientechnik im GEO Mission Control Centre
von Jörg Küster, Artikel aus dem Archiv
Im GEO Mission Control Centre von EUMETSAT sorgt zeitgemäß erneuerte Medientechnik mit einer IP-basierten Signaldistribution von AMX seit Kurzem für weiter verbesserte Betriebsabläufe.
EUMETSAT ist das Akronym für „European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites“. Die zwischenstaatliche Organisation hat ihren Sitz in Darmstadt und betreibt unterschiedliche Wettersatelliten. Letztere liefern Bilder, die als Grundlagen für Wetterbeobachtung und Wettervorhersage herangezogen werden und dabei helfen, Erkenntnisse zur Klimaveränderung sowie zur globalen Erwärmung zu sammeln – in einem umfangreichen Digitalarchiv mit einer aktuellen Kapazität von 50 Petabyte (1 Petabyte = 1015 byte, Anm. d. Red.) sind Wetterdaten bis zurück in das Jahr 1977 verfügbar.
Die Daten und Wetterbilder des Satellitenkontrollzentrums sind primär dazu bestimmt, von den nationalen Wetterinstituten (z. B. Deutscher Wetterdienst) der 30 Mitgliedsstaaten sowie von kooperierenden Staaten verwendet zu werden. Darüber hinaus wurden Lizenzen an eine Reihe weiterer Nutzer (z. B. Universitäten) vergeben – EUMETSAT selber liefert keine Wettervorhersagen. In Darmstadt arbeiten in der Eumetsat-Allee 1 rund 850 Menschen unterschiedlicher Nationen; Englisch ist die gängige Sprache auf den Fluren.
Herzstück von EUMETSAT sind zwei Kontrollzentren, die im Zentrum des Gebäudeensembles übereinander auf zwei Etagen untergebracht sind und sich jeweils auf andere Satellitentypen konzentrieren. Medientechnisch vollständig neu ausgestattet wurde das auf der oberen Ebene angesiedelte GEO Mission Control Centre. Das Kürzel steht für „Geostationary Earth Orbit“; gesteuert werden hier geostationäre Satelliten, deren Kreisbahn in definierter Höhe oberhalb des Erdäquators liegt.
Für das Personal stehen im GEO MCC drei Arbeitsinseln („Ovals“) bereit. (Bild: Jörg Küster)
Fast ein Jahr lang wurde während des laufenden Kontrollzentrumbetriebs gearbeitet, um die bestehende Infrastruktur, in der u. a. noch betagte Röhrenmonitore Verwendung fanden, Schritt für Schritt in eine zeitgemäße AV-Ausstattung zu überführen. Zum Zeitpunkt unseres Besuchs Ende Juli 2018 war das GEO MCC fast fertiggestellt – nach Aussage von EUMETSAT-Sprecherin Ruth Evans handelt es sich um Europas modernsten Kontrollraum für die Steuerung von Satelliten (MSG Meteosat 2nd Generation; in Zukunft ergänzt durch MTG Meteosat 3rd Generation).
LED-Streifen unterhalb der einzelnen Bildschirme machen bei Bedarf auf einzelne Alarmsituationen aufmerksam. (Bild: Jörg Küster)
Das GEO MCC erstreckt sich über eine Fläche von 205 m2 und erreicht eine Deckenhöhe von 4,1 Meter. Der langgestreckte Raum verfügt über Tageslicht, das frontseitig sowie in Teilbereichen von oben durch Fenster einfällt. Die Rückseite bildet eine gläserne Wand, die Gästen auf der gegenüberliegenden, ebenfalls mit einer Glaswand versehenen Besucherplattform Einblicke in das Geschehen eröffnet.
Für das Personal stehen im GEO MCC drei Arbeitsinseln, die sogenannten „Ovals“, bereit: Die links und rechts befindlichen Inseln sind den Satelliten zugewiesen, während die mittlere Insel den „Common Systems“ (Bodenstationen etc.) zugeteilt ist. Die schwungvoll gerundeten Konsolen wurden von Beat Wicki (Welco) passend zu den Anforderungen von EUMETSAT gefertigt.
Die Bedienung erfolgt mithilfe diverser AMX Touchpanels. (Bild: Jörg Küster)
Die Arbeitstische sind in ihren Höhen nicht motorisch verstellbar: „Das wäre zu aufwändig und hätte kein einheitliches Bild für Gäste in der gegenüberliegenden Besuchergalerie ergeben. Weiterhin wären die Kosten durch die Decke gegangen, und zwischen den unterschiedlichen Ovals wäre die Sicht beeinträchtigt worden“, erklärt Jörg Schmittroth, der als Consultant für EUMETSAT tätig ist und früher über viele Jahre hinweg als Operator im Kontrollraum gearbeitet hat.
Verfügbar sind auf den Tischen auch von SWiCA angefertigte, robust wirkende Hardware-Tastenfelder mit hinterleuchteten Tastern für den Direktzugriff auf Presets, die Pegelsteuerung und weitere Features. (Bild: Jörg Küster)
An jeder Insel ist im Normalbetrieb ein Operator anzutreffen; nach dem Launch von MTG werden am mittleren Oval künftig zwei Personen ihren Dienst verrichten. Teil der Ausstattung im GEO MCC ist eine Trainingsecke, in der neuen Mitarbeitern ihre künftigen Tätigkeiten nahegebracht und gelegentlich auch Meetings abgehalten werden. Ein an der Wand montiertes LG 55LV77A Display erlaubt die Darstellung gewünschter Inhalte.
Schaut man sich die 19″-Schänke im Technikraum genauer an, sieht man unter anderem, dass je sechs SVSI Encoder-Karten des Typs NMX-ENC-N1133A-C in einem 19″-Frame zusammengefasst sind – auf dem Foto zwischen Shuttle Mini-PCs zu sehen. (Bild: Jörg Küster)
Im GEO MCC springen sofort drei Videowalls ins Auge, die sich aus jeweils zehn Bildschirmen in IPS-Technologie (LG 55LV77A) mit Diagonalen von 55 Zoll in einer 5×2-Anordnung (B×H) zusammensetzen. „Die Videowände dienen in erster Linie dazu, auf bestimmte Ereignisse aufmerksam zu machen – konkrete Aktionen werden dann mithilfe der auf den Arbeitstischen stehenden Bildschirme ausgelöst“, erklärt Jörg Schmittroth. „Bei besonderen Vorhaben wie beispielsweise Satellitenmanövern war es früher so, dass sich mehrere Ingenieure und Analysten Kopf an Kopf um den kleinen Computerbildschirm eines Operators drängten – heute funktioniert das dank der flexiblen Darstellungsmöglichkeiten der Videowände wesentlich entspannter. Bildsignale lassen sich zwischen den Videowänden frei hin und her schalten und je nach Lage sogar in anderen Räumen ausgeben.“
Schmittroth spricht im letztgenannten Zusammenhang über das sogenannte „House- TV“, bei dem Produkte aus der SVSI 3000er- Serie von AMX zum Einsatz kommen, die mit hoher Kompression respektive geringen Datenraten arbeiten (H.264-Codierung). Das „House-TV“ wird in einem vom GEO MCC getrennten Netzwerk übertragen, das keine Kapazitäten für enorm hohe Bilddatenraten bereitstellt.
Erwartungsgemäß wird im GEO MCC rund um die Uhr gearbeitet, und damit bei einem Schichtwechsel eine möglicherweise veränderte Bilddarstellung schnell zurückgesetzt werden kann, ist per Touch-Befehl ein vollständiger Reset der Bildwände auf eine definierte Einstellung („Schicht Handover“) möglich. Eine Anpassung der Helligkeit durch die Mitarbeiter ist vorgesehen; LED-Streifen unterhalb der einzelnen Bildschirme machen bei Bedarf auf einzelne Alarmsituationen aufmerksam.
Dass bei den Displaywalls Bildschirme mit spiegelnden Oberflächen zum Einsatz kommen, resultiert dem Vernehmen nach daraus, dass LG bei der verwendeten Serie zum fraglichen Zeitpunkt keine matten Oberflächen im Programm hatte und Alternativen mit Non-Glare-Displays zu teuer gewesen wären – Gleiches galt für ohnehin deutlich kostenintensivere LED-Wände. Die heute zum Einsatz kommenden LG 55LV77A wurden von den EUMETSAT-Verantwortlichen während der Prototypenphase getestet und ausgewählt.
Eine angeschrägte Montage war nicht gewünscht, so dass sich bei üblichen Betrachtungswinkeln die im Raum verteilten kreisförmigen LED-Beleuchtungselemente in den glänzenden Oberflächen der Videowall-Displays spiegeln. Weitere Reflexionen werden durch den Tageslichteinfall hervorgerufen – bereits installierte, allerdings in der Raumsteuerung noch nicht aktivierte Verdunkelungen werden schon bald dabei helfen, das von außen kommende Licht nach Belieben zu kontrollieren.
Die Ausschreibung für die medientechnische Ausstattung sowie für die Möblierung konnte die SWiCA Conference Technology e.K. aus Hirschberg an der Bergstraße für sich entscheiden; federführend trug Inhaber Markus Schürmann Verantwortung. Das Unternehmen wurde im Jahr 2000 von Schürmann gegründet; der Name steht für „Schürmann Worldwide Integration of Conference Applications“.
SWiCA beschäftigt aktuell zehn Mitarbeiter und wird u. a. regelmäßig für das US-amerikanische Militär tätig. Die Strukturen in Kommandoräumen dort sind laut Aussage von Markus Schürmann mit den Anforderungen im GEO MCC in vielerlei Hinsicht vergleichbar. Von EUMETSAT wurde Markus Schürmann bereits Mitte der 1990er-Jahre die medientechnische Erstausstattung des Darmstädter Gebäudes anvertraut.
Dreh- und Angelpunkt der IP-basierten Signaldistribution im GEO MCC ist heute die SVSI-Produktfamilie von AMX, mit der SWiCA bereits seit 2012 Erfahrungen in diversen Projekten sammeln konnte. Die Video- und Audiosignalverteilung sowie die KVM-Steuerung erfolgen über ein IP-Netzwerk, dessen Basiskomponenten aus der SVSI 1000er-Serie stammen. Die Steuerung übernimmt ein AMX NX-Controller, die Bedienung erfolgt mithilfe diverser AMX Touchpanels. Sechs AMX Netzwerk Windowing- Prozessoren ermöglichen unterschiedliche Darstellungsformen auf den Videowänden (PiP, Großbild, Split etc.).
Zum Signalfluss: Aus den Rechnern von EUMETSAT, die in einem gesicherten Serverraum installiert sind, werden für die Arbeit im Kontrollraum relevante Signale in abgesetzte Shuttle PCs geführt, welche ihrerseits HDMI-Signale für die weitere medientechnische Distribution bereitstellen. Die Shuttle PCs sind in einem Technikraum untergebracht, der mit Gedanken an Kühlung und Geräuschbelastung vom Kontrollzentrum getrennt ist.
Die von den Shuttle PCs ausgegebenen HDMI-Signale werden AMX SVSI-Encodern zugeführt, die ihrerseits per Netzwerk mit leistungsstarken Nexus-Switches aus der 7000er- Serie von Cisco verbunden sind – die Switches sind untereinander per Glasfaser verkoppelt. Aus den Switches gelangen die Signale in den Kontrollraum, wo passende, in Einzelhalterungen platzierte SVSI-Decoder (Speisung über POE und als Backup über 12-V-Industrienetzteile) an den Rückseiten der Arbeitstische untergebracht sind – pro Tisch sind fünf Bildschirme, deren Lautsprecher, eine Tastatur und eine Maus angebunden.
Die Latenz beziffert AMX mit 10 Millisekunden; Werte von 50 ms, die bei anderen Marktbegleitern zu messen sind, wären gemäß Schürmanns Worten im GEO MCC nicht akzeptiert worden. SVSI arbeitet „minimalkomprimiert“ (MPC aka „minimal propietary compression“; der Hersteller verwendet den Terminus „visual losless“), das Datenblatt nennt eine Bandbreite von 800 MBit/s: „Das sieht gut aus, und bislang gab es noch keine Beanstandungen zur Bildqualität“, berichtet Markus Schürmann.
Für eventuelle Ausfälle ist man in Darmstadt gerüstet: In einem kleinen Lager werden sowohl Bildschirme als auch Encoder und Decoder sowie Tastaturen vorgehalten. Das für die Infrastruktur verantwortliche EUMETSAT-Team ist in der Lage, Geräte in eigener Regie auszutauschen und über eine entsprechende Programmierung eine reibungslose Funktion innerhalb des Gesamtverbundes sicherzustellen.
Im gekühlten Technikraum konzentriert sich die Medientechnik in vier großen 19″-Schränken. Zu entdecken sind hier u. a. jede Menge Shuttle Mini-PCs, auf denen Anwendungen von EUMETSAT in einer virtuellen Umgebung laufen – die Remote-Terminals spiegeln die entfernt im Rechenzentrum untergebrachten Server. Die Shuttle PCs stellen HDMI-Anschlüsse sowie analoge Audioausgänge bereit.
Christoph Keller (Vertriebsleiter SPG System- und Projektgruppe) begleitete das Projekt auf Seite der Audio Pro Heilbronn Elektroakustik GmbH. (Bild: Jörg Küster)
„Zu den Besonderheiten des Projekts gehört, dass keine externe Software auf den Rechnern von EUMETSAT laufen darf: Die in Darmstadt zum Einsatz kommenden Applikationen wurden speziell für die Steuerung von Satelliten geschrieben, und im Hintergrund dürfen auf gar keinen Fall Programme aktiv werden, welche die Funktion eventuell beeinträchtigen könnten“, erläutert Markus Schürmann.
„Wir haben vorab einen Test durchgeführt, bei dem wir probehalber ein Setup mit SVSI-Geräten in einem simulierten Kontrollraum aufgebaut haben – die Resonanz der Anwender war durchweg positiv, wenngleich die neuen Funktionalitäten oft weiteren Erklärungsbedarf bedingten. Wettbewerberprodukte bieten meiner Erfahrung nach keine vergleichbare Flexibilität: Unsere Kunst als Systemhaus besteht letztlich ja auch darin, aus der Vielzahl verfügbarer Funktionen genau jene auszuwählen, welche der Kunde wirklich benötigt – das ist der Leitsatz, den wir uns bei SWiCA auf die Fahnen geschrieben haben.“
Am Satellitenmodell: Markus Schürmann, Inhaber der SWiCA Conference Technology e. K. aus Hirschberg an der Bergstraße. (Bild: Jörg Küster)
Schaut man sich die sauber verkabelten und beschrifteten 19″-Schänke im Technikraum genauer an, sieht man unter anderem, dass je sechs SVSI Encoder-Karten des Typs NMX-ENC-N1133A-C in einem 19″-Frame zusammengefasst sind. Zwei SC-N8002 Controller werden in einem sich gegenseitig überwachenden Master/Slave-Betrieb eingesetzt.
„Je nach Konfiguration und Betrieb dauert es zwischen zwei und fünf Minuten, bis die Konfiguration beim Ausfall eines Geräts komplett umgeschrieben ist und alle Services übernommen wurden“, weiß Markus Schürmann. Auch die NetLinx NX 3200 Controller sind aus Sicherheitsgründen doppelt vorhanden; im Fall der Fälle wäre hier das Netzwerkkabel umzustecken. Gleich sechs NMX-WP-N1512 Videowall- Prozessoren sind verfügbar; im GEO MCC lassen sich somit 24 Quellen bei einer Auflösung 1.080p oder 1.900 × 1.200 Pixeln auf die angeschlossenen Monitore verteilen.
Audiosignale können im GEO MCC auf unterschiedliche Art wiedergegeben werden: Zum einen sind die an den Arbeitstischen angebrachten LG 24MB35 Monitore mit Lautsprechern ausgerüstet; die Signalzuspielung erfolgt in diesem Fall über DVI. Hinzu kommen Lautsprecher, die rechts und links der Displaywalls unsichtbar hinter akustisch transparenten Verkleidungen montiert sind. Zu vernehmen sind im GEO MCC in erster Linie akustische Alarme, die in ihrer Zahl die vorhandenen Monitore übertreffen – es kann also vorkommen, dass ein akustischer Alarm zu hören ist und Handlungsbedarf signalisiert, obwohl die Quelle nicht angezeigt wird.
Als den Videowalls zugeordnete Lautsprecher dienen AD-S6T von QSC mit daran angeschlossenen QSC-Endstufen. Passend dazu ist die Audiosignaldistribution mit einer QSC Q-SYS DSP-Matrix aufgebaut: Analoge Audiosignale werden den separat im Technikraum untergebrachten Q-SYS I/O Frame 8s zugeführt. Pro Rack können 32 Audiokanäle bearbeitet werden, von denen aktuell 24 genutzt werden; 96 Kanäle befinden sich somit derzeit im Einsatz, die mögliche Maximalzahl sollte zukunftssicher sein. Die digitalisierten Audiosignale werden in einem Q-SYS Core 110f (doppelt vorhanden) bearbeitet und anschließend in digitaler Form den Ausgabepositionen zugeleitet.
Für die Alarmmeldungen wurden unterschiedliche Ansagen mit einem professionellen Sprecher aufgenommen und im System hinterlegt, was für die im Kontrollzentrum tätigen Mitarbeiter die Orientierung vereinfacht und den „Nervfaktor“ bei häufig wiederkehrenden Meldungen in Grenzen hält. Getriggert werden die Meldungen über die von Q-SYS ausgewerteten Alarmsignale.
Der noch nicht ganz optimalen Raumakustik, welche sich im komplett neu gestalteten GEO MCC merklich von der Situation im vormals geteilten Kontrollraum unterscheidet, soll mit akustisch wirksamen Elementen zu Leibe gerückt werden. Die komplette „Meeting Corner“-Wand ist mit 4 cm dickem Akustikmaterial bespannt, und die Decke im mittleren Oval ist mit akustisch wirksamer Folie versehen; das verbleibende Oval soll in Kürze ebenfalls entsprechend präpariert werden.
Zustandsmeldungen können im Kontrollraum über Touchpanels visualisiert werden, die in zwei unterschiedlichen Größen vorhanden sind und aus dem Portfolio von AMX stammen. Ein Fingerdruck führt dazu, dass selektierte Bildinhalte auf einen der Workstation-Bildschirme geroutet und Tastatur wie Maus dem entsprechenden Rechner zugewiesen werden.
Die Oberflächen der Touchpanels wurden gemäß der Wünsche von EUMETSAT gestaltet: „Wir haben alle verfügbaren Informationen zusammengetragen, viele Gespräche geführt und anschließend Vorschläge für die Gestaltung der Bedienoberflächen unterbreitet“, berichtet Markus Schürmann. „Wichtiger Bestandteil der Ausschreibung war ein Tisch-Prototyp, mit dessen Hilfe eruiert wurde, wie die Anforderungen der im GEO MCC beschäftigten Mitarbeiter am besten zu erfüllen sind.“ Der Prototyp war passend zum heutigen Szenario mit fünf Bildschirmen, einer Tastatur und einer Maus ausgestattet. In die Tischoberfläche eingearbeitet sind Anschlussfelder von Bachmann, die sich bei Nichtgebrauch hinter einer Blende verbergen. Angestellte dürfen mit Zustimmung des Arbeitgebers über eine HDMI-Schnittstelle ihre privaten Laptops anschließen; Inhalte können in diesem Fall nicht ohne ihre explizite Zustimmung auf die Videowalls geroutet werden.
Welcher Bildschirm gerade mit Tastatur und Maus verbunden ist, wird an den Arbeitstischen im GEO MCC über ein farbiges LED-Profil im gewünschten Farbton sowie mit angenehmer Helligkeit angezeigt. Doppelbelegungen sind ausgeschlossen; ein visueller Hinweis auf bereits belegte Eingabeelemente erfolgt auf den AMX-Touchpanels. Verfügbar sind auf den Tischen auch von SWiCA angefertigte, robust wirkende Hardware-Tastenfelder mit hinterleuchteten Tastern für den Direktzugriff auf Presets, die Pegelsteuerung und weitere Features.
Insgesamt werden laut Aussage von Markus Schürmann im GEO MCC stattliche 108 Quellen sowie mehrere externe Sources (Tischanschlussfeld, Sat-Receiver etc.) innerhalb des neu installierten Medientechnik-Setups verwaltet. Aufgrund der schieren Menge würden Anwender mit Bezeichnungen wie „PC 28“ vermutlich nicht glücklich werden – SWiCA hat daher eine Tabelle mit Indexnummern erstellt, in welche die Nutzer die von ihnen gewünschten Namen eintragen können: Jede Maschine ist auf diese Weise mit einer individuellen, für die Anwender sinnvollen Bezeichnung versehen, die durch die Nutzer auch kurzfristig geändert werden kann.
Die Displaywalls verfügen an ihren Rändern über eine RGB-LED-Beleuchtung, welche später einmal Arbeitsgruppen visualisieren soll. Alle Bildschirminhalte lassen sich in drei User-Einstellungen sowie in drei Admin-Einstellungen speichern und abrufen – unabhängig davon, ob diese gerade den „Single“- oder „Combined“-Modus darstellen.
„Wir sind sehr froh, dass alles stabil läuft“, sagt Jörg Schmittroth über den beinahe abgeschlossenen Umbau des GEO MCC und weist darauf hin, dass Features, die aktuell noch nicht regelmäßig Verwendung finden, spätestens dann zur Anwendung kommen werden, wenn die neue MTG Meteosat 3rd Generation von einem Oval des Kontrollraums gesteuert wird. „Die vollständig überarbeitete Medientechnik wird sehr gut angenommen, wenngleich es wie überall auch Traditionalisten gibt, die jeder Änderung bestehender Betriebsabläufe skeptisch gegenüberstehen. Man kann es einfach nicht jedem recht machen: Während sich große Teile des Teams darüber freuen, dass endlich weniger Tastaturen auf den Tischen liegen, gibt es einzelne Stimmen, die gerne weiterhin ein Keyboard für jeden einzelnen Bildschirm hätten.“
Grundriss des GEO Mission Control Centre (Bild: SWiCA)
Insgesamt scheint die Zufriedenheit jedoch deutlich zu überwiegen, denn das eine Etage unter dem GEO Mission Control Centre angesiedelte LEO MCC („Low Earth Orbiter“) soll in naher Zukunft ebenfalls vollständig überarbeitet werden – auch hier konnte die SWiCA Conference Technology e.K. die Ausschreibung für sich entscheiden. Der Umbau wird in bewährter Manier während des laufenden Betriebs stattfinden.
Übrigens: Wer EUMETSAT einen Besuch abstatten möchte, hat über die „Wissenschaftsstadt Darmstadt Marketing GmbH“ die Möglichkeit dazu – es werden geführte Touren (auch in deutscher Sprache) durch das Satellitenkontrollzentrum angeboten, bei denen selbstverständlich auch die Möglichkeit besteht, einen Blick auf die Kontrollräume zu werfen. Interessierten Lesern und allen Wissbegierigen sei darüber hinaus die Learningzone- Website von EUMETSAT wärmstens empfohlen.
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