分布式圖像控制系統(tǒng)技術(shù)在綜合業(yè)務(wù)指揮中心信號控制系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

馬俊

摘要：本文通過對分布式圖像控制系統(tǒng)（DVCS）進行分析研究，特別是對其在綜合業(yè)務(wù)指揮中心的信號控制系統(tǒng)方面的應(yīng)用進行分析，利用分布式技術(shù)進行建構(gòu)，對所有資源進行IP化，從而進一步提高工作效率，更好地完成協(xié)作，為建設(shè)綜合業(yè)務(wù)指揮中心提供一種較好的解決辦法。

關(guān)鍵詞：分布控制系統(tǒng)技術(shù);綜合業(yè)務(wù)指揮中心;信號控制系統(tǒng);應(yīng)用研究

中圖分類號：TP3 ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）13-0206-03

分布式圖像控制系統(tǒng)（Distributed Video Control System ，DVCS），是以IP網(wǎng)絡(luò)作為信號傳輸?shù)耐ǖ?，采用實時影像處理技術(shù)，把各種視頻信號源進行壓縮編碼，顯示端接收各種信號碼流并實時解碼還原成圖像進行拼接顯示的圖像控制系統(tǒng)，這種技術(shù)突破傳統(tǒng)PC架構(gòu)控制器固有的總線帶寬受限、處理速度慢、故障率高等技術(shù)瓶頸，采用先進的網(wǎng)絡(luò)分布式圖像處理架構(gòu)，信號控制系統(tǒng)操作不再是依靠簡單的顯示，是需要通過將信號控制系統(tǒng)進行可視化來提高工作效率，加快決策進度，更好地完成協(xié)作。

1 綜合業(yè)務(wù)指揮中心的目標和定位

必須要在借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗基礎(chǔ)上，按照實戰(zhàn)、實用和適度超前的原則，瞄準目標，著力在信息資源匯集、調(diào)度手段整合、管理系統(tǒng)集成等方面上下功夫，建設(shè)技術(shù)先進、功能完備、全面感知、反應(yīng)靈敏、指揮高效的指揮中心。

1.1 綜合業(yè)務(wù)指揮中心建設(shè)目標

建設(shè)目標包括具備多源化的預(yù)警信息能力、強大的情報處理能力、一體化指揮控制能力、嚴密可靠高效的信息處理能力和完善有效的綜合保障能力。

1.1.1 平戰(zhàn)結(jié)合，按需切換

要滿足本單位處理日常任務(wù)、同步監(jiān)視和執(zhí)行重大行動以及進行其他活動等相結(jié)合的需求，使綜合業(yè)務(wù)指揮中心充分滿足日常值班，平時組織指揮行動，執(zhí)行重大任務(wù)時迅速轉(zhuǎn)隸相關(guān)部門參與行動，大型活動時提供有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)觀摩和會議環(huán)境等多種指揮模式，可以根據(jù)實際需要通過按鈕切換。

1.1.2 信息匯聚，指揮實時

系統(tǒng)設(shè)計中，充分考慮指揮業(yè)務(wù)對實時性的要求，全面提升本單位內(nèi)外部、上下級之間信息傳輸、有線及無線通信、數(shù)據(jù)通信能力和速率，為指揮業(yè)務(wù)的開展提供可靠支持。

1.1.3 一體通信，一鍵迅達

將本單位現(xiàn)有各類通信設(shè)備手段，如傳統(tǒng)模擬電話、電臺（短波電臺、超短波電臺和集群系統(tǒng)等）、IP電話和無線終端等系統(tǒng)進行組網(wǎng)融合，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的互連互通，使首長或指揮人員能夠通過一臺設(shè)備一個按鍵下達指令，在處置應(yīng)急突發(fā)情況狀態(tài)下，多種語音溝通手段快速進行切換，保障指令下達的通暢性與實時性。

1.2 綜合業(yè)務(wù)指揮中心功能定位

1.2.1 業(yè)務(wù)基礎(chǔ)承載平臺

為本單位提供一個智能化的指揮環(huán)境，使綜合業(yè)務(wù)指揮中心具備應(yīng)對日常任務(wù)、重大行動及大型觀摩及重大會議保障的能力，成為整個指揮業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)承載平臺。

1.2.2 信息服務(wù)支撐中心

通過匯聚各相關(guān)單位的數(shù)據(jù)資源，并對數(shù)據(jù)資源進行挖掘、分析和處理，提供自動化的服務(wù)與處理，使指揮中心能夠?qū)崿F(xiàn)各類警情數(shù)據(jù)直觀展示、系統(tǒng)自動預(yù)警等功能。

1.2.3 決策支持中心

通過對各類治安要素、全局警情及警力部署等數(shù)據(jù)資源的關(guān)聯(lián)分析和融合處理，提供指標、算法、模型、數(shù)據(jù)、知識等各種決策資源和業(yè)務(wù)分析的最優(yōu)解決方案供選擇。

1.2.4 指揮調(diào)度中心

通過構(gòu)建多途徑現(xiàn)場感知、多資源協(xié)同、多信息同步、多種通信融合、多角色互動、多警種聯(lián)合作戰(zhàn)的警務(wù)協(xié)作機制，從而實現(xiàn)“統(tǒng)一指揮、反應(yīng)靈敏、協(xié)調(diào)有序、運作高效”的綜合業(yè)務(wù)指揮調(diào)度體系。

1.3 綜合業(yè)務(wù)指揮中心設(shè)計需求

1.3.1 增強系統(tǒng)間相互協(xié)作

在設(shè)計時要徹底避免小事件，從而引導(dǎo)出大部門間聯(lián)合協(xié)作的局面。

1.3.2 合理調(diào)配及協(xié)調(diào)復(fù)雜的資源

多個大區(qū)域的多級分部，人員、物資、車輛、道路情況、監(jiān)控視頻、位置信息等情況要進行實時調(diào)度。

1.3.3 靈活高效的調(diào)度

我們要擺脫繁瑣的傳統(tǒng)視頻調(diào)用操作，對視頻信息要進行實時調(diào)用、高效協(xié)管，滿足指揮調(diào)度龐大的各類資源。

1.3.4 模擬監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控混合應(yīng)用

滿足指揮系統(tǒng)繁多系統(tǒng)的便捷操作和強兼容性，充分利用現(xiàn)有的模擬監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等形式的混合應(yīng)用，甚至包括視頻會議、光電跟蹤、無線圖像傳輸系統(tǒng)等信號資源傳輸過來的各種信號。

2 分布式圖像控制系統(tǒng)技術(shù)（DVCS）的應(yīng)用分析

2.1 DVCS基本性質(zhì)

采用全數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)和分布式圖像處理架構(gòu)，對每一路信號均按照獨立通道處理和傳輸，具有信號接入和顯示處理能力，可接入的計算機和視頻信號數(shù)量取決于網(wǎng)絡(luò)交換機規(guī)模，支持多種拼接顯示墻，所有輸入/輸出節(jié)點信號處理器都可以任意添加，系統(tǒng)擴展能力較強。

2.2 DVCS技術(shù)特點

DVCS采用圖像處理引擎技術(shù)，可以保證所有信號實時處理顯示，信號采集、傳輸與顯示全過程都進行了數(shù)字化處理，減少了數(shù)字與模擬的轉(zhuǎn)換損耗，可保證信號長距離傳輸?shù)膶崟r與穩(wěn)定，信號處理器最短線纜連接，實現(xiàn)高品質(zhì)數(shù)字圖像高清顯示。DVCS控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有輸入信號源在不同地點的任意顯示屏終端上（包括DLP拼接墻、LCD拼接墻、投影機、液晶電視等）任意窗口、任意縮放、任意跨屏、漫游、疊加顯示。

2.3 DVCS技術(shù)應(yīng)用分析

DVCS可實現(xiàn)在顯示器中無法完整顯示的包括地理信息（GIS）、衛(wèi)星定位（GPS）、電力監(jiān)控（SCADA）、行車調(diào)度（SIG）等專業(yè)應(yīng)用的超高分辨率動態(tài)圖像信號在拼接墻上完整、實時顯示，最大圖像分辨率支持10240×7680，可支持多個超高分辨率動態(tài)圖像同時顯示。

DVCS信號處理器采用高性能嵌入式設(shè)計，無PC常見故障，即插即用，系統(tǒng)可靠性高、整體功耗低、節(jié)能環(huán)保。采用分布式計算架構(gòu)，容錯能力強，某一信號處理器故障只影響該路信號或單元顯示，更換處理器不影響系統(tǒng)正常運行。DVCS管理軟件采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)，只要通過IE瀏覽器即可登錄操作。

3 信號控制系統(tǒng)在綜合業(yè)務(wù)指揮中心的核心作用

信號控制系統(tǒng)主要是指對綜合業(yè)務(wù)指揮中心的所有信息進行融合處理，是一種較新的導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)，它是基于IP分布式架構(gòu)，遵循標準化、開放式設(shè)計，結(jié)合計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、多媒體處理技術(shù)、云和分布式技術(shù)，為用戶提供智能化的導(dǎo)調(diào)和控制服務(wù)，通過可視化操作界面，采用點擊和拖拽的操作方式，利用扁平化的設(shè)備資源組織形態(tài)，大大提高操作體驗，降低使用難度和維護成本。

3.1 DVCS技術(shù)為用戶提供良好的設(shè)計理念

DVCS能夠讓我們在設(shè)計中做到堅持以用戶為中心和按需服務(wù)的理念，通過可視化操作界面，為用戶提供便捷的導(dǎo)調(diào)控制、視頻會議、設(shè)備管理等服務(wù)。通過對設(shè)備和系統(tǒng)的IP化、資源化處理，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，通過集中管理，提供統(tǒng)一的服務(wù)，使用戶聚焦業(yè)務(wù)，不再過多地需要了解系統(tǒng)設(shè)計的全部技術(shù)細節(jié)，就能直觀地獲得所需服務(wù)。

3.2 DVCS為用戶帶來良好體驗

系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及信號都會實現(xiàn)IP化，當(dāng)這樣數(shù)據(jù)可信號IP化后，我們可通過導(dǎo)控終端實時預(yù)覽圖像，避免誤操作，定位精準，使用簡單、智能，同時指導(dǎo)控制終端與屏同步顯示，達到所見即所得的控制效果。

3.3 DVCS具有高可靠性、高安全性

采用IP分布式架構(gòu)，單點失效不影響其他節(jié)點，通過權(quán)限控制和用戶身份認證，保障使用安全，通過標準化、插卡式結(jié)構(gòu)設(shè)計，核心部件具備熱備份能力，系統(tǒng)模塊之間耦合性小，穩(wěn)定性高，具備7*24小時持續(xù)運行能力。

3.4 DVCS具有強大的接入和擴展能力

DVCS遵循標準協(xié)議，可接入支持標準SIP/H.323協(xié)議的音視頻終端、會議系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)，系統(tǒng)支持接入Onvif協(xié)議的IP攝像機，支持通過RS232/485控制的環(huán)境系統(tǒng)接入，支持定制開發(fā)，對接私有協(xié)議。

系統(tǒng)采用插卡式設(shè)計，模塊之間相對獨立，耦合度低，可通過增加板卡、增加服務(wù)器來平滑擴展系統(tǒng)能力;系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)器軟件采用組件式設(shè)計，可動態(tài)安裝新的組件來增加新的服務(wù)，而不影響原系統(tǒng)的運行。

系統(tǒng)增加新的信息點，只需要相應(yīng)的增加節(jié)點即可，新增用戶，也只需要為用戶分配相應(yīng)的用戶名和賬戶。

系統(tǒng)提供統(tǒng)一的服務(wù)調(diào)用SDK開發(fā)包和標準的REST接口，支持第三方廠家進行對接。

4 DVCS技術(shù)在綜合業(yè)務(wù)指揮中心信號控制系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用研究

4.1 DVCS技術(shù)的應(yīng)用分析

4.1.1 DVCS技術(shù)在信號控制系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)

DVCS技術(shù)關(guān)鍵要點是信息融合，將這種技術(shù)應(yīng)用在綜合業(yè)務(wù)指揮中心的信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)指揮中心信號控制網(wǎng)絡(luò)化、可視化，提高操作體驗，降低使用難度和維護成本。

DVCS技術(shù)是基于IP分布式結(jié)構(gòu)，遵循標準化、開放式設(shè)計，結(jié)合計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、多媒體處理技術(shù)、云和分布式技術(shù)，為用戶提供智能化的導(dǎo)調(diào)和控制服務(wù)。

4.1.2 DVCS在信號控制系統(tǒng)的設(shè)計原理

信號控制系統(tǒng)可由系統(tǒng)服務(wù)器、分布式高清輸入節(jié)點機、分布式高清輸出節(jié)點機、分布式高清輸入輸出一體機、投影整合器和系統(tǒng)終端組成。

4.2 DVCS在信號控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)優(yōu)勢

4.2.1 超前的設(shè)計理念

以用戶為中心，按需服務(wù)理念，通過可視化操作界面，為用戶提供便捷的導(dǎo)調(diào)控制、視頻會議、設(shè)備管理等服務(wù)。通過對設(shè)備和系統(tǒng)IP化、資源化處理，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通。通過集中管理，提供統(tǒng)一的服務(wù)，使用戶聚焦業(yè)務(wù)，不再需要了解技術(shù)細節(jié)，就能直觀地獲得所需服務(wù)。

4.2.2 優(yōu)秀的用戶體驗

利用DVCS技術(shù)，采用了流媒體技術(shù)，信號IP化后，可通過導(dǎo)控終端實時預(yù)覽和監(jiān)控圖像，避免誤操作，定位精準，使用簡單、智能，同時指導(dǎo)控制終端與屏同步顯示，達到所見即所得的控制效果。

4.2.3 高可靠性、安全性

對指揮中心而言，系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性是最重要且最基本的要求，信號控制系統(tǒng)采用IP分布式結(jié)構(gòu)，單點失效不影響其他節(jié)點，通過權(quán)限控制和用戶身份認證，保障使用安全，通過標準化、插卡式結(jié)構(gòu)設(shè)計，核心部件具備熱備份能力，系統(tǒng)模塊耦合性小，穩(wěn)定性高，具備7*24小時持續(xù)運行能力。

4.2.4 強大的接入和擴展能力

系統(tǒng)遵循標準協(xié)議，可接入支持標準SIP/H.323協(xié)議的音視頻終端、會議系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)，支持接入遵循協(xié)議的IP攝像機，支持通過R232/485控制的環(huán)境系統(tǒng)接入，支持定制開發(fā)，對接私有協(xié)議。

系統(tǒng)采用插卡式設(shè)計，模塊之間相對獨立，耦合度低，可通過增加板卡、增加服務(wù)器來平滑擴展系統(tǒng)能力;系統(tǒng)內(nèi)部服務(wù)器軟件采用組件式設(shè)計，可動態(tài)安裝新的組件來增加新的服務(wù)，而不影響原系統(tǒng)的運行。

系統(tǒng)增加新的信息點，只需要相應(yīng)地增加節(jié)點即可，新增用戶，也只需要為用戶分配相應(yīng)的用戶名和賬號。

4.2.5 低成本的管理維護

系統(tǒng)基于IP分布式結(jié)構(gòu)，布線更加簡潔，所有節(jié)點的實時在線狀態(tài)在界面上呈現(xiàn)，系統(tǒng)資源使用情況可實時查看，系統(tǒng)管理更加高效，板卡可熱插拔，維護更便捷。

4.3 ?DVCS技術(shù)在信號控制系統(tǒng)的設(shè)計研究

信號控制系統(tǒng)管控綜合業(yè)務(wù)指揮中心指揮大廳、值班坐席所有音視頻設(shè)備，通過分布式高清輸入輸出節(jié)點把各種資源IP化后，統(tǒng)一接入系統(tǒng)，在智能指揮控制終端上進行可視操控。

4.3.1充分了解業(yè)務(wù)需求是前提

我們首先要根據(jù)項目實際使用需要，把綜合業(yè)務(wù)指揮中心指揮大廳以及值班坐席等所有位置的業(yè)務(wù)需求梳理清楚，一是把指揮大廳的輸入節(jié)點統(tǒng)計清楚，如接入高清視頻會議的攝像機、各種外部視頻信號以及各種指揮控制終端、調(diào)度終端、移動終端等;二是值班坐席的電腦，各個指揮席位的功能設(shè)置和需求，值班坐席的電腦要對各個輸入輸出節(jié)點進行調(diào)度，所以對應(yīng)每個值班坐席都要能對各個節(jié)點擁有操作權(quán);三是其他位置需要接入的輸入輸出信號等，如內(nèi)線電話、外線電話、海事衛(wèi)星電話或者其它語音、視頻、數(shù)據(jù)端口。

4.3.2詳細規(guī)劃系統(tǒng)功能是根本

對信號控制系統(tǒng)進行設(shè)計就是要把所有資源都集中管理起來，在一個操作終端上呈現(xiàn)，通過權(quán)限控制管控范圍，分布式控制，實現(xiàn)扁平化使用。

信號控制系統(tǒng)集成了導(dǎo)調(diào)控制、指揮調(diào)度、視頻會議、媒體錄制、視頻監(jiān)控、消息通信等功能，同時為其他信息系統(tǒng)提供統(tǒng)一的服務(wù)器調(diào)用接口，支持數(shù)據(jù)信息的分析處理和挖掘等擴展能力。

4.3.3 按照分布控制設(shè)計是關(guān)鍵

4.3.3.1 離散化

我們利用DVCS系統(tǒng)技術(shù)對信號控制系統(tǒng)的每一路信號輸入/輸出均按照一個單獨的處理器節(jié)點進行處理，利用獨立通道對每一路信號的進行處理，每一路信號都保持獨立，實現(xiàn)信號離散化，這樣可以保證任何一個信號節(jié)點出現(xiàn)故障都不會影響整個系統(tǒng)及其它信號，從根本上保證了信號控制系統(tǒng)乃至綜合業(yè)務(wù)指揮中心各路音頻、視頻、數(shù)據(jù)等信號顯示的安全、可靠、穩(wěn)定。

4.3.3.2 數(shù)字化

DVCS系統(tǒng)技術(shù)采用了數(shù)字信號處理（Digital Signal Processor ，DSP）芯片和大規(guī)模陣列（Field-Programmable Gate Array ，F(xiàn)PGA）信號處理芯片，通過這些芯片我們將高畫質(zhì)、低延遲、低帶寬編解碼算法融入，從而可以保證實現(xiàn)全高清、全實時、高性能圖像采集、編碼、傳輸、解碼及同步顯示。

4.3.3.3 網(wǎng)絡(luò)化

在設(shè)計信號控制系統(tǒng)時乃至設(shè)計整個綜合業(yè)務(wù)指揮中心時，我們就要突破傳統(tǒng)的模擬視頻/RGB信號傳輸方式，DVCS系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)視頻信號采集、處理、傳輸方式，徹底消除了視頻信號傳輸對距離的要求上的限制，純數(shù)字信號傳輸表現(xiàn)出更加清晰、不易被干擾的特點和優(yōu)點，實現(xiàn)信號源接入無限多、拼接規(guī)模無限大，支持不同廠商的IP攝像頭，具有IP流媒體海量處理能力。

4.4 DVCS技術(shù)在信號控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究

我們把指揮中心基于網(wǎng)絡(luò)，只需要布置網(wǎng)線，把所有分布式節(jié)點接入即可實現(xiàn)對已布網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域進行音視頻采集，可音視頻輸出，通過觸控平臺或控制電腦對該區(qū)域的設(shè)備進行控制。

每個分布式節(jié)點上面均帶有中控接口，既可以負責(zé)音視頻的采集與傳輸，又可以對指揮中心大廳的設(shè)備實現(xiàn)集中控制，所有節(jié)點通過交換機進行調(diào)度，通過一體化終端對指揮中心大屏幕以及各個席位的音視頻等各類信號源進行可視化切換、存儲、調(diào)用。

4.4.1 電源管理

DVCS通過電源管理器對指揮中心用電部位如燈光電源、各類顯示單元電源以及各類設(shè)備電源進行集中控制、集中管理、集中調(diào)度。

4.4.2 調(diào)音臺管理

把調(diào)音臺進行預(yù)調(diào)，控制好音頻模式后，通過控制軟件對音量大小進行控制。

4.4.3 攝像頭管理

指揮中心大廳內(nèi)的各類攝像頭信號由輸入節(jié)點采集后通過接入信號控制系統(tǒng)實現(xiàn)對各個攝像頭進行實時監(jiān)控或可視化操作，并通過信號控制系統(tǒng)對攝像頭進行控制。

4.4.4 數(shù)字會議系統(tǒng)管理

DVCS中控功能與數(shù)字會議系統(tǒng)對接使用，實現(xiàn)會議跟蹤功能，當(dāng)發(fā)言人按發(fā)言按鍵，會議主機相應(yīng)發(fā)送代碼至信號控制系統(tǒng)，信號控制系統(tǒng)相應(yīng)實時調(diào)用攝像頭預(yù)設(shè)位。

4.4.5 視頻會議系統(tǒng)管理

DVCS與視頻會議終端系統(tǒng)對接使用，實現(xiàn)上下級的異地視頻指揮和會議功能，可通過控制電腦對視頻會議終端進行控制操作。視頻會議終端系統(tǒng)可將異地攝像頭信號輸送至本地輸入節(jié)點，本地攝像頭信號可通過本地輸出節(jié)點輸送至?xí)h終端系統(tǒng)輸入，這樣即可實現(xiàn)異地視頻指揮會議功能。

4.4.6 分布式節(jié)點管理

信號控制系統(tǒng)節(jié)點采取IP化，每個節(jié)點配備不同IP，所有節(jié)點連接至交換機形成一個完整的分布式架構(gòu)系統(tǒng)，即各個席位可獨立完成工作，也可以通過信號控制系統(tǒng)相互配合實現(xiàn)合作機制。

5 總結(jié)

DVCS具有較好的圖像處理性能和多種信號源處理顯示能力，解決了大量信號源在綜合業(yè)務(wù)指揮中心實時顯示的問題，為綜合業(yè)務(wù)指揮中心信息的互聯(lián)共享提供了較好的解決思路，通過這種技術(shù)我們可以將所有需要顯示的數(shù)據(jù)、圖形、視頻等信息在各級綜合業(yè)務(wù)指揮中心能夠?qū)崿F(xiàn)同步顯示，提高了指揮中心的可視化水平，提供了一種良好的解決思路。

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【通聯(lián)編輯：梁書】