基于通信車載平臺的可視化集中控制系統(tǒng)的設(shè)計

［吳林印 李韶康 嵇凌 蔣劍偉 何思思 徐澤］

1 引言

隨著科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，消息交流和傳遞也越來越頻繁和立體化[1]，傳統(tǒng)的軍事通信車載平臺建設(shè)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的軍事通信車載平臺的架設(shè)經(jīng)常需要30分鐘至45分鐘才可以形成戰(zhàn)斗力。如何能夠快速實現(xiàn)通信車載平臺的布設(shè)、撤收是一個關(guān)鍵，決定了軍事裝備系統(tǒng)能否快速形成有效的戰(zhàn)斗力，智能化的軍事通信平臺系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)顯得尤為重要。因此本文提出了一種基于通信車載平臺的可視化集中控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，將傳統(tǒng)通信車載平臺的手動調(diào)節(jié)模式設(shè)計成可視化的集中控制系統(tǒng)，所有的操作均通過模塊化的軟件實現(xiàn)精準(zhǔn)操控，在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)通信車載平臺的架設(shè)和撤收，以滿足部隊全地形、全要素的快速工作部署及作戰(zhàn)訓(xùn)練要素的機(jī)動性謀劃和布局。

2 可視化集中控制系統(tǒng)的概述

可視化集中控制系統(tǒng)是安裝于通信車載平臺內(nèi)，由硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件設(shè)備作為承載平臺主要包含集中控制設(shè)備、觸控終端、車載KVM一體機(jī)、輔助配套設(shè)備（環(huán)境傳感器、云臺攝像機(jī)、車內(nèi)攝像機(jī)、360度全景）。軟件系統(tǒng)包含展示端與控制端，具體功能模塊則包含可視化模塊、視頻處理模塊、狀態(tài)監(jiān)測模塊、仿真控制模塊、自動化控制模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊?？梢暬锌刂葡到y(tǒng)具備強大的接口能力，可無縫對接軟硬件設(shè)備，能夠?qū)ζ渌飨到y(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、自動化控制、可視化顯示。

可視化集中控制系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 集中控制系統(tǒng)組成

各設(shè)備之間通過內(nèi)部交換機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通，設(shè)備互聯(lián)邏輯如圖2所示。

圖2 集中控制互聯(lián)關(guān)系圖

3 可視化集中控制系統(tǒng)的功能設(shè)計

通過集中控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)，實現(xiàn)對整車的電源系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備、車輛環(huán)境、視頻監(jiān)控等的狀態(tài)監(jiān)視、故障告警、集中管理等功能，支持車載平臺的快速展開和撤收。

可視化集中控制系統(tǒng)具有以下功能：

（1）具備對電源系統(tǒng)的集中監(jiān)視和控制功能，能夠?qū)╇姺绞竭M(jìn)行切換控制，對各設(shè)備供電進(jìn)行功率監(jiān)測和通斷控制，對油機(jī)和蓄電池組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)控制，對整個電源系統(tǒng)進(jìn)行安全保護(hù)及告警；

（2）具備對主要機(jī)電設(shè)備（包括電動支腿、電動升降桿、天線伺服等）的集中監(jiān)視和控制功能，能夠?qū)C(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，實現(xiàn)一鍵展開、一鍵撤收功能；

（3）具備對車內(nèi)環(huán)境和車外環(huán)境的監(jiān)測功能，通過多種傳感器實現(xiàn)溫濕度監(jiān)測、煙霧告警、氣象條件監(jiān)測等功能，能夠?qū)婏L(fēng)進(jìn)行告警并控制天線自動收藏，具備對車內(nèi)環(huán)境的調(diào)節(jié)功能，能夠?qū)照{(diào)、換氣扇等設(shè)備進(jìn)行集中控制；

（4）具備視頻監(jiān)控功能，能夠同時監(jiān)視車輛內(nèi)部和車輛周邊環(huán)境，監(jiān)控圖像具備實時顯示與存儲回放功能，并支持網(wǎng)絡(luò)傳輸；

（5）具備對車輛底盤的監(jiān)測功能，實現(xiàn)對底盤狀態(tài)信息的采集和管理；

（6）集控系統(tǒng)軟件與Win XP、Win7操作系統(tǒng)兼容。

4 可視化集中控制系統(tǒng)工作流程設(shè)計

可視化集中控制系統(tǒng)工作原理框圖如圖3所示。集中控制通過觸摸終端或者KVM實現(xiàn)，受監(jiān)控設(shè)備通過串口/網(wǎng)口接入集中控制服務(wù)設(shè)備，集控控制服務(wù)設(shè)備通過網(wǎng)線接入交換機(jī)，具體操作如下所示。

（1）觸摸終端通過網(wǎng)線連接交換機(jī)，進(jìn)而連接集中控制服務(wù)設(shè)備；通過觸摸終端完成集中控制服務(wù)設(shè)備對串口連接的業(yè)務(wù)設(shè)備管理與控制；

（2）KVM通過VGA/USB線連接集中控制服務(wù)設(shè)備，進(jìn)而通過KVM完成集中控制服務(wù)設(shè)備對串口連接的業(yè)務(wù)設(shè)備管理與控制。

圖3 集中控制系統(tǒng)工作原理框圖

5 可視化集中控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

5.1 可視化模塊

可視化模塊通過建立虛擬三維車體模型，更加直觀立體的對車內(nèi)設(shè)備進(jìn)行直觀顯示與操作。

建立虛擬三維車體模型，可將車體各個三維場景、電器設(shè)備工作狀態(tài)、設(shè)備運行情況等信息和資料直觀、形象地在三維可視化平臺上顯示出來，并增加三維立體化的視覺操作功能，對車內(nèi)設(shè)備進(jìn)行控制。

具體的設(shè)計與實現(xiàn)如下所述：

（1）地圖基本視窗操作：提供瀏覽圖和鳥瞰圖。瀏覽圖是用戶操作的主窗口，包括地圖放大、縮小、自由縮放、漫游、全幅顯示、拖拽移動、點選和矩形區(qū)域選擇、設(shè)計區(qū)域快速切換等；

（2）三維顯示：可在二維和三維顯示模式上進(jìn)行切換，進(jìn)入三維模式以后，可以進(jìn)入車體內(nèi)部，將管理對象精確到每個模塊、設(shè)施、設(shè)備甚至傳感器；

（3）圖層管理：對空間數(shù)據(jù)、對象和模型進(jìn)行分層管理；

（4）數(shù)據(jù)處理：包括地圖編輯、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、地圖配準(zhǔn)、三維模型加載等等。

可視化場景界面如圖4所示。

5.2 視頻處理模塊

視頻處理模塊，把音頻、視頻、圖像等信息，可視化的傳輸?shù)街笓]大屏上，使各級人員能夠直觀的了解作戰(zhàn)現(xiàn)場的情況。并且能夠通過VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)或者地面光纖鏈路與后方作戰(zhàn)指揮中心相連，可以把相應(yīng)的信息傳輸?shù)焦潭ㄖ笓]中心當(dāng)中，使指揮中心領(lǐng)導(dǎo)與車載移動指揮領(lǐng)導(dǎo)共同直觀的分析現(xiàn)場情況。

視頻處理模塊可提供全車360°全息影像，輔助車輛駕駛員進(jìn)行安全駕駛，最大程度降低安全隱患，有效提供車輛作戰(zhàn)效率。

360°全息影像由車頂監(jiān)控攝像機(jī)完成圖像采集工作，分為前、后、左、右四個采集區(qū)域，每個采集區(qū)域的攝像機(jī)數(shù)量根據(jù)車輛的物理尺寸而定（此次共配置6個監(jiān)控攝像機(jī)），采集到的四個區(qū)域的影像，經(jīng)過圖像處理單元一系列的智能算法處理，最終形成一幅車輛四周的全景俯視圖顯示在屏幕上，直觀地呈現(xiàn)出車輛所處的位置和周邊情況。

攝像頭全景成像原理如圖5所示。

圖5 六攝像頭全景成像原理圖

視頻監(jiān)控及全景視界面如圖6所示。

圖6 視頻監(jiān)控及全景視界面示意圖

視頻處理模塊具備圖像錄播功能，能夠?qū)⑾到y(tǒng)采集到的音視頻信息進(jìn)行無損錄制，提供下載、回放等功能，便于人員進(jìn)行復(fù)盤演練。

5.3 狀態(tài)監(jiān)測模塊

狀態(tài)監(jiān)測模塊，能夠?qū)崟r監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，也可對監(jiān)測項設(shè)置預(yù)警值，超出預(yù)警值后，提示告警，生成系統(tǒng)日志，對告警進(jìn)行統(tǒng)計。

信息采集狀態(tài)檢測界面示意圖如圖7所示。

圖7 信息采集狀態(tài)監(jiān)測界面示意圖

5.4 仿真控制模塊

仿真控制模塊，操作界面上顯示真實設(shè)備的仿真圖像，用戶可以通過點擊設(shè)備上對應(yīng)的操作開關(guān)進(jìn)行操作，效果如同真實操作設(shè)備，所見即所得。

仿真控制界面示意圖如圖8所示。

圖8 仿真控制示界面示意圖

5.5 自動化控制模塊

自動化控制模塊，其主要目的是讓車內(nèi)環(huán)境監(jiān)測設(shè)備能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行自動化的工作，如車內(nèi)溫度監(jiān)測設(shè)備此時達(dá)到空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)定值，此時空調(diào)系統(tǒng)自動打開。

自動化控制模塊具備對車體及周邊環(huán)境監(jiān)測、車內(nèi)設(shè)備監(jiān)控等功能，并按當(dāng)下指揮作戰(zhàn)的要求對車體機(jī)電設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動控制，戰(zhàn)時提高了移動指揮車的綜合保障能力；平時提高了對指揮所機(jī)電設(shè)備使用、維護(hù)的一體化管理服務(wù)水平。

指揮車內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測，通過安裝溫度、濕度、空氣質(zhì)量、災(zāi)情等環(huán)境監(jiān)測傳感器，配置傳感信息融合處理設(shè)備和環(huán)境監(jiān)測智能化管理軟件，集成到可視化系統(tǒng)中。

自動化控制界面示意圖如圖9所示。

圖9 自動化控制界面示意圖

5.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊

數(shù)據(jù)統(tǒng)計模塊，能夠收集各類設(shè)備采集的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備參數(shù)，并通過折線圖、柱形圖、圖表等豐富的方式展現(xiàn)，使用戶能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行的情況一目了然，也能通過歷史數(shù)據(jù)分析了解設(shè)備運行狀況。

在網(wǎng)絡(luò)鏈路通暢時，能夠?qū)㈥P(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行上報回傳，有助于權(quán)限更高的用戶對車輛進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測，能夠查看車輛狀態(tài)。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面示意圖如圖10所示。

圖10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面示意圖

6 結(jié)束語

本方案是基于通信車載平臺設(shè)計的可視化集中控制系統(tǒng)，采用了模塊化設(shè)計理念，并具有完全自主可控能力。不但系統(tǒng)的硬件平臺具有豐富的接口類型，能夠保證后期功能的擴(kuò)展；同時可視化集中控制系統(tǒng)還采用B/S和C/S混合模式搭建，既可以在服務(wù)器本機(jī)進(jìn)行操作控制，也可以利用觸控平板實現(xiàn)控制，通過圖形化操作界面、觸摸式控制，使系統(tǒng)操作更便捷。目前該可視化集中控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于某車載通信平臺上，解決了部隊車載通信平臺架設(shè)和撤收緩慢的問題，可視化的操作滿足了部隊智能化需求，得到了用戶的廣泛好評。