基于光纖技術(shù)在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用

文｜上海金橋信息股份有限公司 莊正云

近年來(lái)，隨著災(zāi)害、災(zāi)難及突發(fā)事件呈現(xiàn)出多態(tài)、綜合、發(fā)生頻度高、危害面廣等新特點(diǎn)，面對(duì)諸如SARS、5·12大地震、11·15膠州路火災(zāi)等情況，需要政府職能部門建立完善的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮預(yù)案，積極響應(yīng)、快速應(yīng)對(duì)，提高政府應(yīng)對(duì)災(zāi)害、災(zāi)難及突發(fā)事件的能力，保障公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

隨著計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子政務(wù)正逐步應(yīng)用在突發(fā)事件的應(yīng)急處理上。完善突發(fā)公共事件應(yīng)急信息系統(tǒng)的管理體制，加強(qiáng)應(yīng)急平臺(tái)的建設(shè)，整合各類應(yīng)急信息資源，提高突發(fā)公共事件應(yīng)急信息系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用水平，已成為政府系統(tǒng)政務(wù)信息化建設(shè)中不可或缺的部分。

中國(guó)各省市根據(jù)自身特點(diǎn)以及自身工作定位，陸續(xù)構(gòu)建適合自身要求的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮平臺(tái)，完善應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心功能，不斷提高應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心的科技含量，有效增強(qiáng)政府職能部門的快速反應(yīng)能力和指揮調(diào)度能力，提升了處理災(zāi)害、災(zāi)難及突發(fā)事件的指揮能力和日常管理效能。應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心應(yīng)用通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GIS、遙感技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)，協(xié)調(diào)公安、消防、交通、醫(yī)療、市政、水利、環(huán)保、氣象、地震、人防、民政、安全生產(chǎn)等部門以及駐軍、武警應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮機(jī)構(gòu)的互聯(lián)互通和資源共享的能力，實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨部門、跨警區(qū)的統(tǒng)一指揮協(xié)調(diào)，快速反應(yīng)、統(tǒng)一應(yīng)急、聯(lián)合行動(dòng)，完善應(yīng)急聯(lián)動(dòng)救助系統(tǒng)。

政府職能部門建立應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮場(chǎng)所種類較多，包括應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮廳、值班室、會(huì)議及會(huì)商室、流動(dòng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮車、專家工作室及案例室、領(lǐng)導(dǎo)休息室等。應(yīng)急人員位置分布較廣，加上要實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)、跨部門、跨警區(qū)的聯(lián)動(dòng)支援，使各場(chǎng)所共享相同的顯示信號(hào)，確實(shí)是一個(gè)很大的問題。因突發(fā)事件的外部情況時(shí)刻都在變化，若某一場(chǎng)所無(wú)法與其他場(chǎng)所顯示同步的信號(hào)，就意味著應(yīng)急救援工作極有可能會(huì)有所延誤。因此，針對(duì)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮出現(xiàn)的情況，每個(gè)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮場(chǎng)所都需要頻繁地存取和分享信息，給領(lǐng)導(dǎo)決策提供信息獲取、數(shù)據(jù)共享、快速評(píng)估、輔助決策、命令發(fā)布、現(xiàn)場(chǎng)指揮、動(dòng)態(tài)顯示以及輔助功能模塊、信息存儲(chǔ)和再現(xiàn)等功能提供決策支持。如圖1所示。

因此，應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心通常是依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、集成通信、多媒體和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，充分整合、利用現(xiàn)有資源，搭建一個(gè)統(tǒng)一技術(shù)、通信、調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息共享，達(dá)到應(yīng)急響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化、調(diào)度處理聯(lián)動(dòng)化、應(yīng)急預(yù)案系列化，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)決策智能化。應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心通常包括如下系統(tǒng)：建筑智能化系統(tǒng)、通信調(diào)度指揮系統(tǒng)、大屏顯示綜合應(yīng)用系統(tǒng)、日常值班監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、音響擴(kuò)聲系統(tǒng)、多媒體視頻系統(tǒng)、討論系統(tǒng)、簽到統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、攝錄系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)以及預(yù)案數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、綜合應(yīng)用系統(tǒng)、基礎(chǔ)支撐應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)等應(yīng)用技術(shù)手段。

在上述多系統(tǒng)中，信號(hào)處理系統(tǒng)是整個(gè)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)的基礎(chǔ)，尤為重要的是信號(hào)傳輸系統(tǒng)，是解決應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心與值班室、會(huì)商室、專家工作室、其他職能部門之間信息共享的基石。信號(hào)傳輸系統(tǒng)需要解決信號(hào)的實(shí)時(shí)傳輸、展現(xiàn)、信號(hào)存儲(chǔ)的問題，滿足不斷增加的信號(hào)分享和交換需求。下面我們主要對(duì)信號(hào)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)述。

目前，市面上信號(hào)傳輸介質(zhì)主要分為同軸電纜、雙絞線、光纖。而在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)主要是復(fù)合視頻、S-Video、分量視頻、RGBHV、RGBS、RGsB、SDI、HDSDI、DVI、HDMI信號(hào) ；其中計(jì)算機(jī)傳輸信號(hào)分辨率也有很大的差異：從VGA-UXGA以及更高分辨率的WUXGA、QXGA、WQXGA、QSXGA、WQUXGA，高清視頻信號(hào)從720P、1080i到1080P等分辨率。這些不同分辨率的信號(hào)在不同的傳輸介質(zhì)中，傳輸?shù)木嚯x有非常大的差異，從幾米到幾十公里。

同軸電纜：傳輸距離較近，抗干擾能力差，使用周期短，成本高。

雙絞線：中近距離傳輸，抗干擾能力較好，使用周期短，成本高。

光纖：短、中、長(zhǎng)傳輸距離，抗干擾能力強(qiáng)，使用周期長(zhǎng)，價(jià)格便宜。

從短距離來(lái)看，同軸電纜因?yàn)樗膫鬏斀橘|(zhì)，使得視頻信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)衰減較小。

當(dāng)同軸電纜作為遠(yuǎn)距離傳輸，其長(zhǎng)度是有限制的。以同軸電纜傳輸視頻信號(hào)為例，理論值的傳輸距離是：75-3傳輸距離100m，75-5傳輸距離300m，但是在施工過程中，其傳輸距離受到外部因數(shù)的影響，傳輸距離會(huì)縮短。如果同軸電纜傳輸計(jì)算機(jī)信號(hào)，其傳輸距離更短，表1為Extron公司線纜技術(shù)參數(shù)表。

圖1

可以看到，使用不同規(guī)格的線纜傳輸相同分辨率時(shí)，傳輸距離也不盡相同。而且傳輸高分辨率時(shí)，傳輸距離更短。因此，為了保證信號(hào)傳輸過程中的視頻質(zhì)量，同軸電纜一般不建議在大型綜合性AV系統(tǒng)中使用。

雙絞線的英文名字叫Twist-Pair，是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)，現(xiàn)在也作為專業(yè)AV行業(yè)中常規(guī)信號(hào)傳輸線纜之一。雙絞線采用了一對(duì)互相絕緣的金屬導(dǎo)線，用互相絞合的方式來(lái)抵御一部分外界電磁波干擾。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度相互合絞在一起，可以降低信號(hào)干擾，每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消。

雙絞線常見的有3類線、5類線、超5類線以及6類線，前者線徑細(xì)而后者線徑粗。以Extron公司的MTP系列雙絞線傳輸產(chǎn)品為例，通過單根Cat.5類電纜傳輸高分辨率視頻和單聲道音頻信號(hào)。兼容分辨率高達(dá)1920×1200的高分辨率視頻信號(hào)，同時(shí)使用不同的產(chǎn)品，傳輸距離分為600（185m）和1500（450m），可以滿足一般中小型專業(yè)AV設(shè)計(jì)的需求。

光纖是近年來(lái)使用在專業(yè)AV系統(tǒng)中的一種常用的傳輸介質(zhì)，通過光纖，將一種信息從一端傳送到另一端。光纖比同軸電纜和雙絞線更具獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：寬頻寬、低損耗、屏蔽電磁輻射、重量輕、安全性、隱密性，在現(xiàn)代AV系統(tǒng)中，光纖得到了廣泛應(yīng)用。通過玻璃光纖來(lái)傳遞音頻、視頻和數(shù)據(jù)是專業(yè)AV設(shè)計(jì)的利器。對(duì)于目前銅礦資源越來(lái)越稀缺，銅價(jià)也引來(lái)一波又一波的漲價(jià)潮，專業(yè)AV設(shè)計(jì)師使用光纖而不是銅纜來(lái)傳遞信號(hào)原因是使用光纖具有在技術(shù)上和潛在的經(jīng)濟(jì)上的好處。對(duì)于復(fù)雜的大型應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)中涉及到的AV系統(tǒng)，采用光纖技術(shù)尤其正確，既能滿足遠(yuǎn)距離的傳輸需求，又能提供高質(zhì)量、實(shí)時(shí)傳輸信息，其擴(kuò)展性極強(qiáng)、成本低廉等特點(diǎn)。同時(shí)，光纖能夠承載多種信號(hào)，例如傳送視頻、音頻和控制信號(hào)，我們能夠使用光纖產(chǎn)品很容易地設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜的、緊湊型的專業(yè)AV系統(tǒng)。Extron公司FOXBOX系列光纖產(chǎn)品可以通過單根光纖長(zhǎng)距離地傳輸視頻、音頻和RS232控制信號(hào)。全程全數(shù)字、零壓縮的像素對(duì)像素傳輸，能夠傳輸分辨率高達(dá)1920x1200（包括HDTV1080P/60）的信號(hào)。

相對(duì)于大型的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心，除了整體框架設(shè)計(jì)以外，工程施工調(diào)試也是非常重要的一部分。采用光纖進(jìn)行傳輸，和傳統(tǒng)的常規(guī)線纜相比，其線纜敷設(shè)、安裝和設(shè)備連接都非常簡(jiǎn)單。而且調(diào)試工作由于其傳輸?shù)奶攸c(diǎn)、良好的抗干擾性，使光纖產(chǎn)品調(diào)試變得簡(jiǎn)單，基本上可以達(dá)到“即插即用”。

表1

對(duì)于綜合的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，涉及到的系統(tǒng)框架具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信息交換方式多樣、信號(hào)格式多變等特點(diǎn)。同時(shí)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)需要交換信息內(nèi)容的場(chǎng)所較多，涉及到相關(guān)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心、值班室、會(huì)議室、會(huì)商室、流動(dòng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮車、專家工作室及案例室。同時(shí)要求交換的多媒體數(shù)據(jù)和信息傳輸也是多樣的，應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心與突發(fā)事故現(xiàn)場(chǎng)之間動(dòng)態(tài)圖像、語(yǔ)音及數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、決策支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)信息的共享和處理，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心對(duì)各種資源及救援現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)一指揮和調(diào)度；流動(dòng)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮車可獨(dú)立對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指揮調(diào)度，并和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心保持?jǐn)?shù)據(jù)、信息的一致性，使得數(shù)據(jù)、信息在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心的信號(hào)再現(xiàn)。召開和上級(jí)單位視頻會(huì)議或直轄單位的視頻會(huì)議，請(qǐng)示和指導(dǎo)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮工作，并通過錄播系統(tǒng)對(duì)本地視頻信息進(jìn)行錄像和保存，有效的進(jìn)行信息追溯。在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心內(nèi)召開會(huì)議，決策人員、行業(yè)專家、相關(guān)職能部門人員進(jìn)行信息研討、綜合各種實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)、決策數(shù)據(jù)庫(kù)、預(yù)案等進(jìn)行決策。因此，在應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心中，信息處理系統(tǒng)是核心和基礎(chǔ)。

應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心的信號(hào)處理系統(tǒng)是整個(gè)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心的信號(hào)傳輸中心，是投影機(jī)顯示大屏、桌面顯示屏信號(hào)再現(xiàn)，視頻會(huì)議信號(hào)交換，專家工作室、會(huì)商室等樓內(nèi)信號(hào)互傳的基礎(chǔ)。在目前的大型應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心內(nèi)通常有多種視頻信號(hào)源，可分為兩大類：模擬視頻和數(shù)字視頻。模擬視頻是傳統(tǒng)的視頻信號(hào)，主要有CATV、DVD以及突發(fā)事件及附近重要道路、出入口等重要點(diǎn)位的視頻圖像、各重要交通以及重要點(diǎn)位視頻圖像、各個(gè)職能部門傳輸至應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心的其他相關(guān)視頻信號(hào)。同時(shí)還包括核心通信機(jī)房的數(shù)據(jù)庫(kù)信息圖像、操作席位的計(jì)算機(jī)圖像信號(hào)、實(shí)物投影儀等的信號(hào)；數(shù)字視頻是信息時(shí)代高速發(fā)展的產(chǎn)物，主要有SDI、HD-SDI、HDMI、DVI等。兩大類信號(hào)有著各自的特性，同時(shí)在系統(tǒng)中共存，通過光纖系統(tǒng)如何解決是應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

圖2為整個(gè)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心電信號(hào)處理的框架圖。

我們目前建設(shè)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)包括應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮大廳、會(huì)商室、專家工作室等工作場(chǎng)所；圖3為某市通信行業(yè)的應(yīng)急指揮調(diào)度中心，在該工作場(chǎng)所存在如下的信號(hào)源和顯示終端。應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心本地信號(hào)源包含操作席工作人員計(jì)算機(jī)信號(hào)、桌面外接筆記本信號(hào)、高清攝像機(jī)信號(hào)、視頻會(huì)議信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像、有線電視信號(hào)、DVD信號(hào)。遠(yuǎn)程機(jī)房的信號(hào)源包含核心機(jī)房預(yù)案信號(hào)、輔助決策信號(hào)、各輔助信息系統(tǒng)；本地顯示信號(hào)源包含多屏顯示系統(tǒng)、輔助顯示屏、機(jī)房預(yù)檢信號(hào)；錄播系統(tǒng)信號(hào)源包含外送信號(hào)源、視頻會(huì)議、大樓內(nèi)專家工作室、會(huì)商室等信號(hào)源、相關(guān)管理部分信號(hào)源。該應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心信號(hào)源達(dá)到了120以上。

整個(gè)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)存在大量的視頻信號(hào)，以及不同制式、不同分辨率的信號(hào)，因此，實(shí)際安裝了一臺(tái)144×144光纖矩陣來(lái)進(jìn)行信號(hào)切換。光纖矩陣讓應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮大廳、會(huì)商室、專家工作室等多個(gè)區(qū)域的視頻信息可自由分配，實(shí)現(xiàn)任何點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)面的視頻信號(hào)切換。大大增長(zhǎng)了信號(hào)的傳輸距離，節(jié)省了布線空間，降低了施工難度，同時(shí)光纜的保密性、抗干擾性、環(huán)保性也是傳統(tǒng)的模擬線纜傳輸方式所不具備的。光纖矩陣需要通過光纖進(jìn)行完整的端對(duì)端數(shù)字視音頻傳輸和路由的系統(tǒng)。采用模塊化板卡插槽設(shè)計(jì)，尺寸可擴(kuò)展，并且支持速率高達(dá)4.25Gbps的數(shù)字信號(hào)切換。光纖矩陣配備熱插拔輸入/輸出板、完全冗余電源以及實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)視，是24小時(shí)可靠性以及連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用環(huán)境的理想之選。

圖2 應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮中心電信號(hào)處理框架圖

圖3

同時(shí)光纖矩陣具有高可靠性、模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，能夠很好的滿足應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮的需求。光纖矩陣采用模塊化設(shè)計(jì)，配備多個(gè)板卡插槽，每個(gè)插槽都可插入一塊輸入/輸出板，可使用多模（MM）和單模（SM）兩種版本的板卡。輸入/輸出板-MM型號(hào)支持850nm的多模光纖，通常適用于中等傳輸距離的建筑物或設(shè)施內(nèi)。輸入/輸出板-SM型號(hào)支持1310nm的單模和多模光纖。單模光纖可以提供數(shù)公里或數(shù)英里的超長(zhǎng)距離的傳輸能力，基本上能夠滿足全部信號(hào)共享的要求和實(shí)施顯示。高速數(shù)字切換為音頻、控制和視頻信號(hào)的路由，提供了高達(dá)4.25Gbps的數(shù)字切換功能，清晰度高、格式多樣，并有未經(jīng)壓縮處理的像素對(duì)像素的高吞吐量。這一級(jí)別的性能可以保證與最高質(zhì)量的信號(hào)源分辨率相兼容，包括RGB計(jì)算機(jī)視頻、DVI和多速率SDI信號(hào)。高級(jí)的計(jì)算機(jī)輔助診斷——提供對(duì)輸入/輸出板、主電源和冗余電源電壓、光纖鏈路以及矩陣整體功能狀態(tài)的24小時(shí)自我診斷。工作人員能夠在辦公工位上了解整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處理。同時(shí)也可以通過在所有連接中輪詢輸入信號(hào)的接收和輸出信號(hào)的傳送，從而驗(yàn)證活動(dòng)光源，使結(jié)果信息可以在內(nèi)部網(wǎng)頁(yè)中查看，也可以通過第三方控制系統(tǒng)輕松獲得。一旦光纖鏈路發(fā)生中斷，即有警報(bào)通知等功能。

針對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)中存在的不同制式、不同分辨率的信號(hào)源，光纖產(chǎn)品提供了一整套信號(hào)處理的設(shè)備（如格式轉(zhuǎn)化器等），將所有信號(hào)處理在同一信號(hào)格式上，方便信號(hào)傳輸和分配。通過近三個(gè)月的建設(shè)，通信應(yīng)急指揮調(diào)度中心在2010年投入運(yùn)行，并順利運(yùn)行至今，運(yùn)行結(jié)果良好，并得到了客戶的一致認(rèn)可。

對(duì)于大型的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)指揮系統(tǒng)來(lái)講，是一個(gè)綜合的、復(fù)雜的系統(tǒng)，需要從技術(shù)上、實(shí)用上、經(jīng)濟(jì)上綜合考慮。只有在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段全方位、多方面的考慮，才能夠保證系統(tǒng)不但建設(shè)成功，而且能夠成功地在整個(gè)生命周期中穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮其最大作用。由于IT技術(shù)在不斷地發(fā)展，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，還需要充分考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用，努力提高系統(tǒng)的性能和功能。光纖技術(shù)只是眾多新技術(shù)之一，也將在未來(lái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中大放光彩。