雙向視頻聯動系統(tǒng)在水利應急指揮中的應用探討

趙 崢，韓汝春

（1.水利部水文局，北京 100053；2.北京金水信息技術發(fā)展有限公司，北京 100053）

0 引言

應急指揮系統(tǒng)是指政府及其他公共機構在突發(fā)事件的事前預防、事發(fā)應對、事中處置和善后管理過程中，通過建立必要的應對機制，采取一系列必要措施，保障公眾生命財產安全，促進社會和諧健康發(fā)展的系統(tǒng)[1]。

應急指揮系統(tǒng)是個復雜的系統(tǒng)工程，涉及到公共安全、監(jiān)控管理、報警聯動、計算機、通訊、監(jiān)控等多個專業(yè)領域。如何利用當前最新信息技術和各種信息化系統(tǒng)的資源構建協(xié)調統(tǒng)一、功能齊全，反應靈敏、運轉高效的突發(fā)公共事件應急指揮平臺，切實提高處置突發(fā)公共安全事件的能力，是當前應急指揮系統(tǒng)建設中的一個重要課題。

針對水利應急指揮，水利部已經建設異地會商、工程視頻監(jiān)控、防汛會商等業(yè)務系統(tǒng)，即將建設 3G 險情移動采集和應急指揮等業(yè)務系統(tǒng)。然而，這些系統(tǒng)分屬不同的流域機構、省市、系統(tǒng)，各自獨立運行，雖然在應急指揮時可以發(fā)揮作用，但是無法實現協(xié)調統(tǒng)一和資源共享。

利用雙向視頻聯動系統(tǒng)，可以把上述相關系統(tǒng)有機結合為統(tǒng)一的雙向視頻應急指揮平臺，為水利應急指揮提供統(tǒng)一指揮、功能齊全、反應靈敏、運轉高效的應急指揮系統(tǒng)。

1 水利應急指揮的特點

水利應急指揮，是為了應對突發(fā)性的洪水災害、水污染事件，有計劃地分蓄洪和特大旱災等涉水的重大公共事件，實現多部門，多種指揮方式之間的協(xié)調統(tǒng)一，高效運轉的指揮。

水利突發(fā)事件具有涉及面廣、影響大、持續(xù)時間長等特點，因此需要充分了解應急指揮的需求，堅持以人為本、預防為主，以保障公眾生命財產安全為根本，全面加強建設應急指揮體系，最大限度地減少水利突發(fā)事件發(fā)生時的人員傷亡和經濟損失，促進水利事業(yè)全面、協(xié)調和可持續(xù)發(fā)展[2]。

水利應急指揮分為3個階段，即事件突發(fā)前、發(fā)生時和發(fā)生后，對于不同的階段，應急指揮的需求不同。

突發(fā)事件發(fā)生前應急指揮的需求主要為事先監(jiān)視和預測；可能發(fā)生的突發(fā)事件盡量提前預測；已經發(fā)生的災害盡可能早地發(fā)現，并根據可能發(fā)生的災情制定對應的應急預案，同時向相關部門、人員發(fā)出預警信息。

突發(fā)事件發(fā)生時的第一要務是搶險，搶險工作是緊急的、需要廣泛協(xié)同的高強度群體行為。此時應急指揮系統(tǒng)的主要任務包括：支持現場指揮、視頻轉播、搶險人員共通及上報、對外聯絡等。

突發(fā)事件發(fā)生后，將轉入恢復重建工作。災害評估和統(tǒng)計分析工作需要的數據也需要相應系統(tǒng)收集。

2 水利應急指揮需求分析

現有的系統(tǒng)無法滿足目前水利應急指揮的實際需求，主要體現在以下幾點：

1）系統(tǒng)各自為政，缺乏整體平臺。多種業(yè)務系統(tǒng)，多個控制中心，需配置多個不同控制中心用戶和前方終端，無法統(tǒng)一調度，無法形成滿足需要的可視化流程。信息獲取、系統(tǒng)間共享操作和管理都比較復雜，給使用帶來極大的不便。同時，全部指揮信息不集中、調用不便捷，指揮操作難免分散，指揮流程不可避免地變長，應變能力變差。

2）信息不對稱，交流不充分。在現有平臺下，只能由前方人員向指揮中心單向回傳視頻，配合電話說明情況。應急現場人員、遠程領導或專家、指揮中心三者之間，既不能雙向可視，又不能信息共享。信息傳遞不全面、不充分，視頻設備使用不隨意、不靈活，造成信息不對稱。

3）視頻資源有限零散，無法實現資源共享。因此，整合現有水利應急指揮相關系統(tǒng)，搭建統(tǒng)一水利應急指揮平臺，可以極大地提升水利應急指揮能力。

3 雙向視頻聯動系統(tǒng)簡介

雙向視頻聯動系統(tǒng)基于固定和移動互聯網絡技術，以多方視頻通話（固定或移動）為核心，將衛(wèi)星定位、移動視頻監(jiān)控、無線視頻會議、信息融合發(fā)布等多種技術深度集成融合，構成綜合應急指揮平臺。

3.1 主要技術特點

1）多終端多網絡雙向視頻溝通。Android 終端，筆記本，iPhone，Ipad，單兵，DV 攝像機，Web 攝像頭，視頻會議前端等均可以作為前方終端設備接入到固定或移動指揮中心，指揮中心可以對前端信號進行錄制保存，并可以對前方終端進行分組，有選擇地向各組前方終端廣播所需信息。

2）全、半雙工音頻兼容。高效整合半雙工通訊模式的對講機集群系統(tǒng)和全雙工通訊的電信語音通話設備，實現 PTT 方式的無障礙溝通。

3）多業(yè)務系統(tǒng)信息融合管理。融合指揮中心現有的各種業(yè)務系統(tǒng)，將各系統(tǒng)中的網頁、視頻、圖片、視頻流信息，快速全局或局部捕獲后，即時向前方終端廣播。增強指揮中心系統(tǒng)關聯性和利用率，提高信息處理效率。

3.2 通信協(xié)議

在同一個服務器中同時使用行業(yè)內2種應用最廣的協(xié)議 H.323和 SIP，相互補充。

H.323符合通信領域傳統(tǒng)的設計思想，進行集中、層次控制，采用 H.323協(xié)議便于與傳統(tǒng)的通訊系統(tǒng)相聯。

SIP 協(xié)議借鑒了其它因特網標準和協(xié)議的設計思想，在風格上遵循因特網一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，比較簡單。SIP 獨立于低層協(xié)議，一般使用 UDP 等無連接的協(xié)議，用信用層的可靠性機制保證消息的可靠傳輸。

在支持會議電話方面，H.323由 MCU（多點控制單元）集中執(zhí)行會議控制功能，所有參加會議的終端都向 MCU 發(fā)送控制消息，特別是對于具有附加特性的大型會議，MCU 可能會成為瓶頸。且 H.323不支持信令的組播功能，其單功能限制了可擴展性，降低了可靠性。而 SIP 設計上為分布式的呼叫模式，具有分布式的組播功能，不僅便于會議控制，而且簡化了用戶定位、群組邀請等，并且能節(jié)約帶寬。但是 H.323的集中控制便于計費，對帶寬的管理也比較簡單有效。

雙重協(xié)議的使用將 H.323和 SIP 結合、互補，既提高了傳輸質量與可管理性，又可以支持不同類型的移動會議終端。

3.3 編碼技術

1）視頻編碼 H.264。H.264/MPEG-4AVC（H.264）是 1995年自 MPEG-2視頻壓縮標準發(fā)布以后的新一代的視頻壓縮標準。它既保留了以往壓縮技術的優(yōu)點和精華，又具有許多其他壓縮技術無法比擬的優(yōu)點。通過該標準，在同等圖象質量下的壓縮效率比以前提高了2倍以上。

雙向視頻聯動系統(tǒng)根據網絡的實際帶寬，可以自動調節(jié)實現 DV，VGA，QVGA，CIF 和 QCIF 的視頻質量。

2）音頻編碼 Speex。Speex 是基于 CELP（語音編碼算法）并且專門為碼率在 2～44kbps 的語音壓縮而設計的編碼方式，具有強化立體編碼、數據包丟失隱蔽、可變比特率、語音捕捉、非連續(xù)傳輸、定點運算、感官回聲消除和噪音屏蔽等特點。

相對于其它編解碼器，Speex 很適合網絡應用，在網絡應用上有著獨特的優(yōu)勢。同時，Speex 還是GNU 工程的一部分，在 BSD 協(xié)議中得到了很好的支持。直觀的效果是使用更少的網絡資源可以傳輸優(yōu)于一般網絡語音的寬帶聲音。

3.4 應急指揮中的實際需求

由于災難性突發(fā)事件發(fā)生的地點、范圍、時間、災難強度等諸多不確定性，應急指揮系統(tǒng)必然是一個十分復雜的系統(tǒng)工程，應急指揮面臨以下 2種實際情況：

1）搶險地點多，搶險指揮中心在多個地方，搶險人員和物資涉及多個部門。應急指揮需要在多個搶險地點，多個指揮中心之間進行隨時的雙向視頻會商，而且根據任務的不同，分不同的組分別會商。

2）災難性突發(fā)事件發(fā)生時，將會啟動許多相關應急指揮系統(tǒng)，視頻、圖片、音頻、文字、數字等各種信息交織在一起，如果可以將這些系統(tǒng)有機融合，合理組織相關信息，分發(fā)給相關人員，將極大地提高應急指揮的效率。

雙向視頻聯動系統(tǒng)整合 H.323和 SIP2種通訊協(xié)議的優(yōu)點，構建基于雙向視頻傳輸之上的應用平臺，正是基于應急指揮系統(tǒng)的實際需求。

雙向視頻聯動系統(tǒng)支持以無線（3G、微波、衛(wèi)星等）配置視頻會議終端，終端設備支持平板電腦、智能手機、PAD 手持終端等便攜終端?？梢苑奖愕嘏渲枚喾N形式的移動視頻會議終端，可以隨時隨地呼入系統(tǒng)，實施雙向視頻會商。

雙向視頻聯動系統(tǒng)可以融合其它相關應急指揮系統(tǒng)，并可以對視頻、圖片、音頻、文字、數字等相關信息進行分類整理后，廣播或發(fā)送給參與應急指揮的相關人員。

4 雙向視頻聯動系統(tǒng)在水利應急指揮中的應用

水利部已建設了異地會商（視頻會議）和防汛會商系統(tǒng)等業(yè)務應用系統(tǒng)，流域機構、省、市、自治區(qū)也相繼建設了工程視頻監(jiān)控、視頻會議、防汛會商等應急指揮系統(tǒng)。隨著國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)二期工程的實施，水利部將實施工程視頻監(jiān)控和移動應急指揮系統(tǒng)，380個地級市將配置 3G 圖像傳輸設備，同時為國家防辦配置110套簡易移動采集設備。

這些系統(tǒng)和設備是水利應急指揮的重要組成部分，由于它們分屬不同的系統(tǒng)和地區(qū)，在應急指揮中無法實現統(tǒng)一聯動、信息共享的功效，制約了應急指揮的時效性。雙向視頻聯動系統(tǒng)具有良好的可擴展性和融合性，可通過雙向視頻聯動系統(tǒng)進行整合，構建水利雙向視頻應急指揮平臺。

4.1 系統(tǒng)組成

雙向視頻聯動系統(tǒng)主要由指揮中心和前方終端組成，系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 雙向視頻聯動系統(tǒng)結構

指揮中心包括：雙向、單向視頻服務器和指揮員終端。根據需要指揮中心可以實現多極級聯，也可以接入視頻會議、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和其它應用系統(tǒng)共享圖像和數據等信息。

系統(tǒng)核心配置如下：

1）雙向視頻服務器。用于提供前方終端接入，視頻呼叫服務，指揮端登陸和后臺管理服務。

2）單向視頻服務器。用于接收前方單向視頻回傳終端的視頻信息，提供給雙向視頻通信系統(tǒng)指揮端整合調用。

3）指揮員終端。用于接受前方終端接入請求，控制和管理多人視頻連線，融合、廣播各種信息，錄制視頻等。

4）前方終端 用于接入的設備，包括 PAD 手持、便攜、車載、單向視頻等終端。

4.2 系統(tǒng)級聯

雙向視頻聯動系統(tǒng)指揮中心可以進行多級級聯，根據水利應急指揮的需要，系統(tǒng)可以實現水利部、省級、地市級指揮中心3級級聯，系統(tǒng)指揮中心級聯結構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)級聯結構

4.3 系統(tǒng)配置與融合

雙向視頻聯動系統(tǒng)具有良好的可擴展性和融合性，通過有線或無線的通信方式可以方便地配置視頻會議和監(jiān)控終端，也可以融合其它視頻會議、視頻監(jiān)控和業(yè)務應用信息等系統(tǒng)，系統(tǒng)融合示意圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)融合示意圖

以雙向視頻聯動系統(tǒng)為核心的雙向視頻水利應急指揮平臺配置方案如下：

1）水利部指揮中心設備配置與系統(tǒng)融合。指揮中心配置雙向視頻服務器和指揮員終端，同時，國家防辦購置的110套移動采集終端配置為視頻會議終端。

水利部異地會商系統(tǒng)的終端通過 SIP 直接呼叫雙向視頻服務器建立鏈接，接入水利應急指揮平臺。

工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)自帶的多接口非編卡，接入模擬或數字的音視頻信號。

2）流域（?。┘壷笓]中心設備配置與系統(tǒng)融合。指揮中心配置雙向視頻服務器和指揮員終端，同時，各地市級防辦購置的移動采集終端配置為視頻會議終端，流域（?。┵徶玫囊苿又笓]車中的筆記本可以配置為視頻會議終端。

各流域（?。┑囊曨l會議系統(tǒng)的終端通過 SIP 直接呼叫本地的雙向視頻服務器建立鏈接，接入水利應急指揮平臺；工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過系統(tǒng)自帶的多接口非編卡，接入模擬或數字的音視頻信號。

相關業(yè)務信息系統(tǒng)可以以網頁形式指揮員終端調用，經過選擇、組合、編輯后發(fā)布給相應雙向終端。

按照上述的配置方案，部署到7個流域和防汛重點省，可以基本搭建成雙向視頻水利應急指揮平臺。

5 結語

水利應急指揮的關鍵在于及時、有效地獲取相關信息，組織會商，指揮應急搶險。雙向視頻聯動系統(tǒng)可以快速融合圖像、語音、圖片、數據等信息，實時雙向傳輸，廣播發(fā)布，同時可以方便接入其它系統(tǒng)實現信息共享。該系統(tǒng)的建設必將發(fā)揮以下積極作用：

1）水利部應急、相關省、前方指揮中心可以同時，快速收集到災情發(fā)生地的實時和其它相關信息。

2）各級領導和相關專家，無論處于何地，均可通過自己的終端與指揮中心系統(tǒng)相連，實現異地會商，統(tǒng)一部署、聯動指揮作用。

3）大量移動采集終端的配置，可以實施大范圍、高密度的實時監(jiān)測，指揮中心可以實時監(jiān)測災情的變化，實施遠程指導，及時下達命令，采取有效措施。

4）系統(tǒng)可以提供豐富、及時的監(jiān)測數據，實時的現場視頻信息，以及各種應急預案和相關信息。對于災情發(fā)生前的實時監(jiān)測、發(fā)生時的搶險指揮、災后的恢復重建起到積極的作用。

[1] 宋勁松.突發(fā)事件應急指揮[M].北京：中國經濟出版社，2011: 26-48.

[2] 秦文海，王鵬.水利應急通信體系建設模式研討[J].水利信息化，2011（6）: 35-37.