分布式圖像控制系統技術在綜合業務指揮中心信號控制系統建設中的應用研究

馬俊

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

關鍵詞：分布控制系統技術;綜合業務指揮中心;信號控制系統;應用研究

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（Distributed Video Control System ，DVCS），是以IP網絡作為信號傳輸的通道，采用實時影像處理技術，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，這種技術突破傳統PC架構控制器固有的總線帶寬受限、處理速度慢、故障率高等技術瓶頸，采用先進的網絡分布式圖像處理架構，信號控制系統操作不再是依靠簡單的顯示，是需要通過將信號控制系統進行可視化來提高工作效率，加快決策進度，更好地完成協作。

1 綜合業務指揮中心的目標和定位

必須要在借鑒國內外經驗基礎上，按照實戰、實用和適度超前的原則，瞄準目標，著力在信息資源匯集、調度手段整合、管理系統集成等方面上下功夫，建設技術先進、功能完備、全面感知、反應靈敏、指揮高效的指揮中心。

1.1 綜合業務指揮中心建設目標

建設目標包括具備多源化的預警信息能力、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 平戰結合，按需切換

要滿足本單位處理日常任務、同步監視和執行重大行動以及進行其他活動等相結合的需求，使綜合業務指揮中心充分滿足日常值班，平時組織指揮行動，執行重大任務時迅速轉隸相關部門參與行動，大型活動時提供有關領導觀摩和會議環境等多種指揮模式，可以根據實際需要通過按鈕切換。

1.1.2 信息匯聚，指揮實時

系統設計中，充分考慮指揮業務對實時性的要求，全面提升本單位內外部、上下級之間信息傳輸、有線及無線通信、數據通信能力和速率，為指揮業務的開展提供可靠支持。

1.1.3 一體通信，一鍵迅達

將本單位現有各類通信設備手段，如傳統模擬電話、電臺（短波電臺、超短波電臺和集群系統等）、IP電話和無線終端等系統進行組網融合，實現各系統間的互連互通，使首長或指揮人員能夠通過一臺設備一個按鍵下達指令，在處置應急突發情況狀態下，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 綜合業務指揮中心功能定位

1.2.1 業務基礎承載平臺

為本單位提供一個智能化的指揮環境，使綜合業務指揮中心具備應對日常任務、重大行動及大型觀摩及重大會議保障的能力，成為整個指揮業務的基礎承載平臺。

1.2.2 信息服務支撐中心

通過匯聚各相關單位的數據資源，并對數據資源進行挖掘、分析和處理，提供自動化的服務與處理，使指揮中心能夠實現各類警情數據直觀展示、系統自動預警等功能。

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據資源的關聯分析和融合處理，提供指標、算法、模型、數據、知識等各種決策資源和業務分析的最優解決方案供選擇。

1.2.4 指揮調度中心

通過構建多途徑現場感知、多資源協同、多信息同步、多種通信融合、多角色互動、多警種聯合作戰的警務協作機制，從而實現“統一指揮、反應靈敏、協調有序、運作高效”的綜合業務指揮調度體系。

1.3 綜合業務指揮中心設計需求

1.3.1 增強系統間相互協作

在設計時要徹底避免小事件，從而引導出大部門間聯合協作的局面。

1.3.2 合理調配及協調復雜的資源

多個大區域的多級分部，人員、物資、車輛、道路情況、監控視頻、位置信息等情況要進行實時調度。

1.3.3 靈活高效的調度

我們要擺脫繁瑣的傳統視頻調用操作，對視頻信息要進行實時調用、高效協管，滿足指揮調度龐大的各類資源。

1.3.4 模擬監控、網絡監控混合應用

滿足指揮系統繁多系統的便捷操作和強兼容性，充分利用現有的模擬監控、網絡監控等形式的混合應用，甚至包括視頻會議、光電跟蹤、無線圖像傳輸系統等信號資源傳輸過來的各種信號。

2 分布式圖像控制系統技術（DVCS）的應用分析

2.1 DVCS基本性質

采用全數字化網絡交換技術和分布式圖像處理架構，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量取決于網絡交換機規模，支持多種拼接顯示墻，所有輸入/輸出節點信號處理器都可以任意添加，系統擴展能力較強。

2.2 DVCS技術特點

DVCS采用圖像處理引擎技術，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字化處理，減少了數字與模擬的轉換損耗，可保證信號長距離傳輸的實時與穩定，信號處理器最短線纜連接，實現高品質數字圖像高清顯示。DVCS控制系統可以實現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技術應用分析

DVCS可實現在顯示器中無法完整顯示的包括地理信息（GIS）、衛星定位（GPS）、電力監控（SCADA）、行車調度（SIG）等專業應用的超高分辨率動態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圖像同時顯示。

DVCS信號處理器采用高性能嵌入式設計，無PC常見故障，即插即用，系統可靠性高、整體功耗低、節能環保。采用分布式計算架構，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正常運行。DVCS管理軟件采用瀏覽器/服務器（B/S）架構，只要通過IE瀏覽器即可登錄操作。

3 信號控制系統在綜合業務指揮中心的核心作用

信號控制系統主要是指對綜合業務指揮中心的所有信息進行融合處理，是一種較新的導調控制系統，它是基于IP分布式架構，遵循標準化、開放式設計，結合計算機控制技術、網絡傳輸技術、多媒體處理技術、云和分布式技術，為用戶提供智能化的導調和控制服務，通過可視化操作界面，采用點擊和拖拽的操作方式，利用扁平化的設備資源組織形態，大大提高操作體驗，降低使用難度和維護成本。

3.1 DVCS技術為用戶提供良好的設計理念

DVCS能夠讓我們在設計中做到堅持以用戶為中心和按需服務的理念，通過可視化操作界面，為用戶提供便捷的導調控制、視頻會議、設備管理等服務。通過對設備和系統的IP化、資源化處理，實現信息的互聯互通，通過集中管理，提供統一的服務，使用戶聚焦業務，不再過多地需要了解系統設計的全部技術細節，就能直觀地獲得所需服務。

3.2 DVCS為用戶帶來良好體驗

系統數據以及信號都會實現IP化，當這樣數據可信號IP化后，我們可通過導控終端實時預覽圖像，避免誤操作，定位精準，使用簡單、智能，同時指導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，單點失效不影響其他節點，通過權限控制和用戶身份認證，保障使用安全，通過標準化、插卡式結構設計，核心部件具備熱備份能力，系統模塊之間耦合性小，穩定性高，具備7*24小時持續運行能力。

3.4 DVCS具有強大的接入和擴展能力

DVCS遵循標準協議，可接入支持標準SIP/H.323協議的音視頻終端、會議系統、指揮調度系統，系統支持接入Onvif協議的IP攝像機，支持通過RS232/485控制的環境系統接入，支持定制開發，對接私有協議。

系統采用插卡式設計，模塊之間相對獨立，耦合度低，可通過增加板卡、增加服務器來平滑擴展系統能力;系統內部服務器軟件采用組件式設計，可動態安裝新的組件來增加新的服務，而不影響原系統的運行。

系統增加新的信息點，只需要相應的增加節點即可，新增用戶，也只需要為用戶分配相應的用戶名和賬戶。

系統提供統一的服務調用SDK開發包和標準的REST接口，支持第三方廠家進行對接。

4 DVCS技術在綜合業務指揮中心信號控制系統建設中的應用研究

4.1 DVCS技術的應用分析

4.1.1 DVCS技術在信號控制系統的設計依據

DVCS技術關鍵要點是信息融合，將這種技術應用在綜合業務指揮中心的信號控制系統，實現綜合業務指揮中心信號控制網絡化、可視化，提高操作體驗，降低使用難度和維護成本。

DVCS技術是基于IP分布式結構，遵循標準化、開放式設計，結合計算機控制技術、網絡傳輸技術、多媒體處理技術、云和分布式技術，為用戶提供智能化的導調和控制服務。

4.1.2 DVCS在信號控制系統的設計原理

信號控制系統可由系統服務器、分布式高清輸入節點機、分布式高清輸出節點機、分布式高清輸入輸出一體機、投影整合器和系統終端組成。

4.2 DVCS在信號控制系統設計的技術優勢

4.2.1 超前的設計理念

以用戶為中心，按需服務理念，通過可視化操作界面，為用戶提供便捷的導調控制、視頻會議、設備管理等服務。通過對設備和系統IP化、資源化處理，實現信息的互聯互通。通過集中管理，提供統一的服務，使用戶聚焦業務，不再需要了解技術細節，就能直觀地獲得所需服務。

4.2.2 優秀的用戶體驗

利用DVCS技術，采用了流媒體技術，信號IP化后，可通過導控終端實時預覽和監控圖像，避免誤操作，定位精準，使用簡單、智能，同時指導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，系統的安全性和穩定性是最重要且最基本的要求，信號控制系統采用IP分布式結構，單點失效不影響其他節點，通過權限控制和用戶身份認證，保障使用安全，通過標準化、插卡式結構設計，核心部件具備熱備份能力，系統模塊耦合性小，穩定性高，具備7*24小時持續運行能力。

4.2.4 強大的接入和擴展能力

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

系統采用插卡式設計，模塊之間相對獨立，耦合度低，可通過增加板卡、增加服務器來平滑擴展系統能力;系統內部服務器軟件采用組件式設計，可動態安裝新的組件來增加新的服務，而不影響原系統的運行。

系統增加新的信息點，只需要相應地增加節點即可，新增用戶，也只需要為用戶分配相應的用戶名和賬號。

4.2.5 低成本的管理維護

系統基于IP分布式結構，布線更加簡潔，所有節點的實時在線狀態在界面上呈現，系統資源使用情況可實時查看，系統管理更加高效，板卡可熱插拔，維護更便捷。

4.3 ?DVCS技術在信號控制系統的設計研究

信號控制系統管控綜合業務指揮中心指揮大廳、值班坐席所有音視頻設備，通過分布式高清輸入輸出節點把各種資源IP化后，統一接入系統，在智能指揮控制終端上進行可視操控。

4.3.1充分了解業務需求是前提

我們首先要根據項目實際使用需要，把綜合業務指揮中心指揮大廳以及值班坐席等所有位置的業務需求梳理清楚，一是把指揮大廳的輸入節點統計清楚，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置和需求，值班坐席的電腦要對各個輸入輸出節點進行調度，所以對應每個值班坐席都要能對各個節點擁有操作權;三是其他位置需要接入的輸入輸出信號等，如內線電話、外線電話、海事衛星電話或者其它語音、視頻、數據端口。

4.3.2詳細規劃系統功能是根本

對信號控制系統進行設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，通過權限控制管控范圍，分布式控制，實現扁平化使用。

信號控制系統集成了導調控制、指揮調度、視頻會議、媒體錄制、視頻監控、消息通信等功能，同時為其他信息系統提供統一的服務器調用接口，支持數據信息的分析處理和挖掘等擴展能力。

4.3.3 按照分布控制設計是關鍵

4.3.3.1 離散化

我們利用DVCS系統技術對信號控制系統的每一路信號輸入/輸出均按照一個單獨的處理器節點進行處理，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，實現信號離散化，這樣可以保證任何一個信號節點出現故障都不會影響整個系統及其它信號，從根本上保證了信號控制系統乃至綜合業務指揮中心各路音頻、視頻、數據等信號顯示的安全、可靠、穩定。

4.3.3.2 數字化

DVCS系統技術采用了數字信號處理（Digital Signal Processor ，DSP）芯片和大規模陣列（Field-Programmable Gate Array ，FPGA）信號處理芯片，通過這些芯片我們將高畫質、低延遲、低帶寬編解碼算法融入，從而可以保證實現全高清、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 網絡化

在設計信號控制系統時乃至設計整個綜合業務指揮中心時，我們就要突破傳統的模擬視頻/RGB信號傳輸方式，DVCS系統采用網絡視頻信號采集、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，純數字信號傳輸表現出更加清晰、不易被干擾的特點和優點，實現信號源接入無限多、拼接規模無限大，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技術在信號控制系統的應用研究

我們把指揮中心基于網絡，只需要布置網線，把所有分布式節點接入即可實現對已布網絡的區域進行音視頻采集，可音視頻輸出，通過觸控平臺或控制電腦對該區域的設備進行控制。

每個分布式節點上面均帶有中控接口，既可以負責音視頻的采集與傳輸，又可以對指揮中心大廳的設備實現集中控制，所有節點通過交換機進行調度，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備電源進行集中控制、集中管理、集中調度。

4.4.2 調音臺管理

把調音臺進行預調，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

指揮中心大廳內的各類攝像頭信號由輸入節點采集后通過接入信號控制系統實現對各個攝像頭進行實時監控或可視化操作，并通過信號控制系統對攝像頭進行控制。

4.4.4 數字會議系統管理

DVCS中控功能與數字會議系統對接使用，實現會議跟蹤功能，當發言人按發言按鍵，會議主機相應發送代碼至信號控制系統，信號控制系統相應實時調用攝像頭預設位。

4.4.5 視頻會議系統管理

DVCS與視頻會議終端系統對接使用，實現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。視頻會議終端系統可將異地攝像頭信號輸送至本地輸入節點，本地攝像頭信號可通過本地輸出節點輸送至會議終端系統輸入，這樣即可實現異地視頻指揮會議功能。

4.4.6 分布式節點管理

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

5 總結

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務指揮中心實時顯示的問題，為綜合業務指揮中心信息的互聯共享提供了較好的解決思路，通過這種技術我們可以將所有需要顯示的數據、圖形、視頻等信息在各級綜合業務指揮中心能夠實現同步顯示，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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【通聯編輯：梁書】