福州市消防救援支隊(duì) 翁楊華

本文通過(guò)分析指揮中心傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)架構(gòu)的缺陷，闡明建設(shè)分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)的必要性，同時(shí)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、核心優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用場(chǎng)景等方面對(duì)分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，提出了新時(shí)期消防指揮中心建設(shè)方案新思路。

消防救援隊(duì)伍作為應(yīng)急救援的主力軍和國(guó)家隊(duì)，承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)對(duì)處置各類災(zāi)害事故的重要職責(zé)，消防指揮中心作為信息傳遞、科學(xué)調(diào)度、作戰(zhàn)指揮的大腦與中樞，在滅火救援工作中扮演著舉足輕重的角色。為更好地適應(yīng)新時(shí)期滅火救援可視化、扁平化、多維化的指揮作戰(zhàn)需求，傳統(tǒng)以中控加混合矩陣為代表的指揮中心音視頻一體化集成系統(tǒng)已無(wú)法滿足需求。

1.3 傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)架構(gòu)無(wú)法低成本擴(kuò)展

已投入使用的混合矩陣固定信號(hào)源類型、信號(hào)進(jìn)出入數(shù)，今后如需進(jìn)行信號(hào)數(shù)量擴(kuò)展（如指揮中心原配視頻矩陣是16進(jìn)16出規(guī)格，現(xiàn)信號(hào)擴(kuò)展到18路輸入），只能淘汰原有矩陣，更換更大容量設(shè)備，一定程度上造成人力、時(shí)間及經(jīng)費(fèi)上的浪費(fèi)。

1.4 傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)架構(gòu)運(yùn)行容錯(cuò)率低

所有信號(hào)的采集與分發(fā)必須經(jīng)過(guò)矩陣，一旦核心矩陣故障，將導(dǎo)致所有信號(hào)丟失。同時(shí)，因部署較遠(yuǎn)距離視頻傳輸線纜，無(wú)法保證視頻線纜傳輸?shù)目煽啃?，如用網(wǎng)絡(luò)傳輸器進(jìn)行視頻信號(hào)傳輸，無(wú)形增加了轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，增加故障隱患點(diǎn)。

1 建設(shè)指揮中心分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)的必要性

1.1 傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)備繁多

分布式是集矩陣、拼接（LED、LCD、DLP等）、控制、傳輸、中控、畫面分割、KVM、投影融合、可視化控制等于一體的系統(tǒng)，系統(tǒng)整體包含設(shè)備種類多、配置復(fù)雜、線路部署繁瑣，系統(tǒng)統(tǒng)一性、集約性不高，指揮中心管理操作及技術(shù)維護(hù)人員工作任務(wù)重、壓力大，操作出錯(cuò)率較高，排障維修較為困難。

1.2 傳統(tǒng)集中式系統(tǒng)架構(gòu)信息共享受制約

單個(gè)指揮中心內(nèi)各類信息的互聯(lián)互通只能依托會(huì)商系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等第三方應(yīng)用系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)，無(wú)法通過(guò)指揮中心部署的音視頻綜合處理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與異地指揮中心、移動(dòng)指揮中心的信息資源共享。

2 指揮中心分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)原則

2.1 技術(shù)先進(jìn)性

區(qū)別傳統(tǒng)集中式架構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)采用去中心設(shè)計(jì)，無(wú)服務(wù)器架構(gòu)，在滿足當(dāng)前指揮中心需要的同時(shí)，著眼于未來(lái)協(xié)作指揮發(fā)展的趨勢(shì)。

2.2 安全可靠性

系統(tǒng)能滿足7×24h連續(xù)不間斷運(yùn)行，保證系統(tǒng)99.9%以上的年利用率。采用物理隔離機(jī)制，有效消除病毒感染、黑客攻擊等網(wǎng)絡(luò)安全隱患，安全保密性強(qiáng)。

2.3 易維護(hù)性

系統(tǒng)采用模塊化設(shè)備結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵設(shè)備具有冗余設(shè)計(jì)，支持模塊接口熱備、鏈路傳輸熱備、供電雙備份和系統(tǒng)熱備，設(shè)備故障可快速修復(fù)。

2.4 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

系統(tǒng)具備故障點(diǎn)少、操作簡(jiǎn)單、管理方便、無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、遠(yuǎn)程改造或擴(kuò)容投資少以及運(yùn)營(yíng)成本低等特性。

3 指揮中心分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)(如圖1）

圖1 指揮中心分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3.1 前端子系統(tǒng)

依托輸入采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備，資源信號(hào)由各類輸入源設(shè)備（如：業(yè)務(wù)主機(jī)、高清攝像機(jī)、筆記本、視頻會(huì)議終端等）通過(guò)HDMI/DVI/VGA/SDI/DP等模擬或數(shù)字接口接入輸入采集節(jié)點(diǎn)，業(yè)務(wù)終端（臺(tái)式PC、筆記本、平板等）控制信號(hào)由電腦USB端口連接到輸入采集節(jié)點(diǎn)，完成信號(hào)采集后，輸入端節(jié)點(diǎn)會(huì)將采集到的信號(hào)進(jìn)行編碼，打包到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

輸入模塊支持常見高清視頻信號(hào)的直接接入。業(yè)務(wù)終端與分布式KVM輸入節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)USB-HID協(xié)議連接，識(shí)別設(shè)備的固件僅支持HID 報(bào)表格式，接口無(wú)法傳輸存儲(chǔ)類U盤設(shè)備，確保數(shù)據(jù)資料不外泄。

3.2 網(wǎng)絡(luò)交互子系統(tǒng)

交互設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)，無(wú)需占用中心網(wǎng)絡(luò)資源。交互設(shè)備與輸入/輸出端之間通過(guò)CAT6網(wǎng)線連接，可配置POE交換機(jī)給各個(gè)輸入/輸出端供電，無(wú)需再為輸入輸出端單獨(dú)供電，減少部署難度及故障產(chǎn)生點(diǎn)，使用維護(hù)簡(jiǎn)單。

依托新型傳輸算法及圖像編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)低帶寬傳輸高畫質(zhì)圖像，有效解決高碼率在多路并行時(shí)畫面出現(xiàn)卡死、撕裂不同步等問(wèn)題，防止因帶寬占用壓力過(guò)大而造成網(wǎng)絡(luò)崩潰。

3.3 輸出系統(tǒng)子系統(tǒng)

依托輸出顯示節(jié)點(diǎn)設(shè)備，輸出顯示節(jié)點(diǎn)通過(guò)各類音視頻線材與顯示單元連接，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行解碼，實(shí)現(xiàn)輸高分辨率輸出，保證音視頻清晰度與還原度。無(wú)需拼接，處理器直接對(duì)接各種拼接大屏，為大屏顯示系統(tǒng)提供拼接、分屏、開窗、漫游等操作。

3.4 中心管理平臺(tái)軟件

中心管理平臺(tái)軟件可安裝于電腦、服務(wù)器及移動(dòng)終端，平臺(tái)以IP為基礎(chǔ),通過(guò)每一路網(wǎng)絡(luò)IP信號(hào)辨別音視頻輸入、輸出源,進(jìn)行編解碼、傳輸、切換、拼接等處理計(jì)算?；诰W(wǎng)絡(luò)IP標(biāo)識(shí),系統(tǒng)可隨意交換接口并保證穩(wěn)定性。系統(tǒng)支持第三方設(shè)備的集中控制,支持雙向?qū)崟r(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)第三方電源系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備等設(shè)備的控制。

4 指揮中心分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)核心優(yōu)勢(shì)

4.1 系統(tǒng)去中心化架構(gòu)

系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)設(shè)備均內(nèi)置獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)，無(wú)需依靠中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)去中心化運(yùn)行?；诜植际郊軜?gòu)，可以做到任意節(jié)點(diǎn)設(shè)備離線不影響全局，避免單點(diǎn)故障全局癱瘓困境，為指揮中心提供安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。

4.2 跨區(qū)域無(wú)縫調(diào)度

系統(tǒng)支持跨區(qū)域信息資源調(diào)度，不受空間地域限制。滿足分散于各地的消防支隊(duì)、大隊(duì)、站及移動(dòng)通信指揮車、前方作戰(zhàn)指揮部、安保指揮部?jī)?nèi)不同消防信息資源調(diào)度需求。在重大事件、急難險(xiǎn)重任務(wù)發(fā)生，跨區(qū)域調(diào)派消防作戰(zhàn)力量時(shí)，實(shí)現(xiàn)異地消防信息資源的相互共享、互聯(lián)互通。

4.3 系統(tǒng)擴(kuò)容性強(qiáng)

系統(tǒng)可根據(jù)整體信號(hào)容量配置交換機(jī)，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)技術(shù)，通過(guò)對(duì)多個(gè)交換機(jī)級(jí)聯(lián)、堆疊或配置匯聚、核心交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，理論上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無(wú)限擴(kuò)容。同時(shí)，基于網(wǎng)絡(luò)交互實(shí)現(xiàn)異地信息互通，進(jìn)行不同區(qū)域、不同地點(diǎn)的音視頻信號(hào)傳輸。

4.4 物理隔離機(jī)制

分布式前后端節(jié)點(diǎn)設(shè)備跟指揮中心電腦主機(jī)通過(guò)視頻線進(jìn)行對(duì)接，因視頻數(shù)據(jù)協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分屬不同協(xié)議，不存在相互之間數(shù)據(jù)的外泄或入侵。消防業(yè)務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)與分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物理隔離，通過(guò)物理隔離機(jī)制、軟件加密算法隔離、USB單向傳輸隔離等技術(shù)手段確保信息安全。

5 指揮中心分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景

（1）指揮中心內(nèi)各類音視頻信號(hào)資源通過(guò)專用局域網(wǎng)（獨(dú)立設(shè)置，區(qū)別于消防指揮調(diào)度專網(wǎng)）統(tǒng)一調(diào)度管理。在各音視頻節(jié)點(diǎn)部署分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)備，通過(guò)系統(tǒng)控制軟件將所有音視頻節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可視化匯聚，實(shí)現(xiàn)指揮中心內(nèi)不同信號(hào)源的監(jiān)控、顯示、控制和切換。在應(yīng)對(duì)重大警情時(shí)，在大屏上靈活切換所需數(shù)據(jù)、圖像資源，不占用消防指揮調(diào)度專網(wǎng)帶寬，為滅火救援指揮決策提供科學(xué)可靠依據(jù)。

（2）指揮中心內(nèi)各電腦終端互通協(xié)作。通過(guò)分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)設(shè)置KVM坐席輸入節(jié)點(diǎn)、KVM坐席輸出節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電腦操作不同位置電腦，即一個(gè)指揮中心坐席可同時(shí)管理多個(gè)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)坐席，所有操作通過(guò)一個(gè)操作員、一套鍵盤鼠標(biāo)完成，任意調(diào)用不同操作系統(tǒng)、不同分辨率、不同接口數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“人機(jī)分離”、“一人多機(jī)”。同時(shí)，按需分配全面控制、僅可觀看、不可訪問(wèn)控制等不同操作權(quán)限，做到分級(jí)管理、分級(jí)操控、分級(jí)指揮，進(jìn)一步推動(dòng)指揮中高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）移動(dòng)指揮中心克隆城市指揮中心。消防救援隊(duì)伍主要依托“動(dòng)中通”、“靜中通”衛(wèi)星通信指揮車或是前突通信保障車建立移動(dòng)指揮中心，并統(tǒng)一接入消防指揮調(diào)度專網(wǎng)。通過(guò)分布式可視化調(diào)度系統(tǒng)前后端采集節(jié)點(diǎn)設(shè)備及分布式KVM功能，將城市指揮中心坐席電腦信號(hào)直接遠(yuǎn)程調(diào)度至移動(dòng)指揮中心內(nèi)顯示設(shè)備（如在城市指揮中心內(nèi)已部署的119接警調(diào)度系統(tǒng)、已對(duì)接的公安社會(huì)監(jiān)控、交警路面監(jiān)控、氣象預(yù)警等資源），改進(jìn)以往移動(dòng)指揮中心僅有現(xiàn)場(chǎng)圖像資源，指揮決策信息量不足的問(wèn)題，進(jìn)一步提升滅火救援效能。