消防視頻會(huì)議室物聯(lián)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（應(yīng)急管理部消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì)，云南 昆明 650032）

0 引 言

消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì)會(huì)議室于2009年建設(shè)完成，因使用年限較長(zhǎng)，設(shè)備老化，原會(huì)議室經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，逐漸暴露出圖像質(zhì)量不高、穩(wěn)定性下降等問(wèn)題，同時(shí)由于存在場(chǎng)地受限、燈光不達(dá)標(biāo)以及會(huì)議調(diào)度管理困難等情況，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前消防救援隊(duì)伍視頻會(huì)議保障需求。國(guó)家機(jī)構(gòu)改革后，單位名稱(chēng)由消防高等專(zhuān)科學(xué)校變?yōu)槔ッ饔?xùn)練總隊(duì)，由原來(lái)單一的人才培養(yǎng)職能轉(zhuǎn)變?yōu)榧営?xùn)、培訓(xùn)與跨區(qū)域應(yīng)急救援增援等工作職能于一體的多功能消防總隊(duì)，這就要求總隊(duì)不但要完善應(yīng)急通信保障機(jī)制，還需建立指揮中心，完善執(zhí)勤戰(zhàn)備制度。因此，昆明訓(xùn)練總隊(duì)決定將總隊(duì)圖書(shū)館現(xiàn)有4樓報(bào)告廳改造升級(jí)成視頻會(huì)議室，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程視頻會(huì)議、日常會(huì)議、教學(xué)交流研討等工作用途。綜合對(duì)比總隊(duì)現(xiàn)有場(chǎng)地，本著有利指揮、便于值守、能里能外的原則，決定對(duì)總隊(duì)圖書(shū)館現(xiàn)有5樓會(huì)議室進(jìn)行升級(jí)改造，建設(shè)昆明訓(xùn)練總隊(duì)視頻會(huì)議室及指揮中心，以滿足今后遂行任務(wù)的開(kāi)展。

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防領(lǐng)域有了大規(guī)模的應(yīng)用[1]，作為消防指揮員人才培養(yǎng)的搖籃，昆明訓(xùn)練總隊(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還處于初級(jí)階段。本文在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系研究基礎(chǔ)上[2-3]，提出了用于我總隊(duì)視頻會(huì)議室改造項(xiàng)目的物聯(lián)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

此次設(shè)計(jì)包含指揮中心、視頻會(huì)議室功能房間的改造升級(jí)。系統(tǒng)升級(jí)改造后，該會(huì)議室將作為總隊(duì)日常值班、指揮調(diào)度、會(huì)議值守的重要場(chǎng)所。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

視頻會(huì)議室主要用于日常會(huì)議、視頻會(huì)議等。此次設(shè)計(jì)是以指揮技術(shù)和信息技術(shù)為主導(dǎo)，充分運(yùn)用現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、電子監(jiān)控技術(shù)等，構(gòu)建以數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)為支撐，以視頻會(huì)議和衛(wèi)星定位為輔助手段，集語(yǔ)音、視頻、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、圖像監(jiān)控、三維定位等功能于一體的現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化指揮決策中樞。充分利用現(xiàn)有設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，對(duì)原會(huì)議室電路、網(wǎng)絡(luò)、燈光等系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)物聯(lián)節(jié)點(diǎn)的引入，我單位會(huì)議室實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)機(jī)械控制到主動(dòng)物聯(lián)感知的智能化升級(jí)改造，經(jīng)運(yùn)行后驗(yàn)證，該架構(gòu)層次鮮明、模塊劃分合理、使用簡(jiǎn)便、功能強(qiáng)大，可滿足消防救援“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的職能任務(wù)需求[4]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 分布式物聯(lián)硬件設(shè)計(jì)

分布式物聯(lián)硬件設(shè)計(jì)包括分布式系統(tǒng)服務(wù)器、交換機(jī)、分布式物聯(lián)輸入節(jié)點(diǎn)、分布式物聯(lián)輸出節(jié)點(diǎn)。分布式系統(tǒng)服務(wù)器用于安裝分布式系統(tǒng)后臺(tái)軟件、處理控制命令，具有矩陣信號(hào)切換功能。分布式物聯(lián)輸入節(jié)點(diǎn)安裝于信號(hào)輸入源后，用于采集輸入信號(hào)，包括視頻信號(hào)及音頻信號(hào)。分布式物聯(lián)輸出節(jié)點(diǎn)安裝于信號(hào)輸出源前，用于采集輸出信號(hào)，包括視頻信號(hào)及音頻信號(hào)。此外，分布式物聯(lián)輸入輸出節(jié)點(diǎn)皆具備RS 232、IR、RELAY、RJ 45、USB等多種控制接口，可方便接入受控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制。分布式物聯(lián)控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此在前期施工布線時(shí)無(wú)需提前布置各類(lèi)不同的視頻線纜，統(tǒng)一布置網(wǎng)線即可。分布式物聯(lián)節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立工作，單個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障不會(huì)影響系統(tǒng)整體運(yùn)行，在后期維護(hù)時(shí)只需替換故障節(jié)點(diǎn)即可，使得系統(tǒng)維護(hù)更加簡(jiǎn)單[5]。

2.2 軟件控制流程設(shè)計(jì)

分布式物聯(lián)輸入輸出節(jié)點(diǎn)眾多，信號(hào)源切換形式多樣，除此之外，還需要考慮房間內(nèi)環(huán)境的控制，包括燈光、窗簾、門(mén)禁等[6]。故在設(shè)計(jì)好分布式物聯(lián)輸入輸出節(jié)點(diǎn)后，物聯(lián)軟件控制流程的設(shè)計(jì)變得尤其重要。系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總控制流程

當(dāng)用戶輸入指令時(shí)，首先判斷有無(wú)現(xiàn)行的模式，如果有模式，則調(diào)動(dòng)多類(lèi)設(shè)備完成物聯(lián)控制，否則判斷是否為音視頻分布式控制指令，如果是音視頻控制指令，則選擇匹配輸入源及輸出設(shè)備，并完成音視頻數(shù)據(jù)傳輸。如果不是音視頻控制指令，而是物理設(shè)備控制指令，則連接相應(yīng)設(shè)備的繼電器，通過(guò)物理控制接口調(diào)動(dòng)設(shè)備工作。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)了燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制等功能[7]。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)支持多平臺(tái)客戶端同時(shí)操作

分布式系統(tǒng)支持多客戶端多平臺(tái)同時(shí)觸控操作，且各客戶端觸控的信息完全同步，確保當(dāng)前設(shè)備或系統(tǒng)狀態(tài)可以快速高效的反饋給用戶。昆明訓(xùn)練總隊(duì)分布式系統(tǒng)分別支持iOS、Android、Windows系統(tǒng)，可通過(guò)電腦、手機(jī)、平板電腦等終端同時(shí)操作。

3.2 系統(tǒng)支持多用戶等級(jí)權(quán)限劃分

分布式系統(tǒng)支持多用戶操作，根據(jù)不同用戶角色給予不同的等級(jí)權(quán)限，所有的用戶分組和權(quán)限設(shè)置都可以自定義完成。在本次實(shí)現(xiàn)中，設(shè)置了系統(tǒng)管理員、視頻會(huì)議室管理員、指揮中心管理員3個(gè)賬號(hào)、分配了兩級(jí)權(quán)限。系統(tǒng)管理員可以對(duì)2個(gè)會(huì)議室進(jìn)行物聯(lián)控制，視頻會(huì)議室管理員及指揮中心管理員只能對(duì)視頻會(huì)議室和指揮中心進(jìn)行控制。

3.3 軟件支持畫(huà)面實(shí)時(shí)預(yù)覽

分布式系統(tǒng)為用戶提供了開(kāi)放式可定制化的人機(jī)交互界面。用戶可以在觸控端實(shí)時(shí)看到設(shè)備的被控情況，同時(shí)可以預(yù)覽所有信號(hào)內(nèi)容，拼接回顯內(nèi)容。支持手指滑動(dòng)拖拽等操作，在發(fā)現(xiàn)畫(huà)面不正常時(shí)方便管理人員及時(shí)檢查物聯(lián)節(jié)點(diǎn)，并排除故障。音視頻分布式物理系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 分布式音視頻物聯(lián)控制系統(tǒng)界面

3.4 跨互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程交互功能

分布式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)兩地之間跨互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程交互功能，完成面對(duì)面音視頻傳輸任務(wù)[8]。系統(tǒng)控制采用IP化數(shù)據(jù)陣控，控制數(shù)據(jù)及音視頻數(shù)據(jù)通過(guò)IP數(shù)據(jù)包在專(zhuān)網(wǎng)中傳輸，通過(guò)網(wǎng)閘接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程交互控制。

3.5 擁有良好的穩(wěn)定性與安全性

分布式物聯(lián)控制網(wǎng)絡(luò)采用千兆網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)部署嵌入式控制系統(tǒng)，在保證優(yōu)質(zhì)視頻畫(huà)面穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r(shí)，能最大限度確保物理設(shè)備安全，網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)安全。采用AES加密算法對(duì)系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)加密，避免數(shù)據(jù)被惡意截取破解。除此之外，對(duì)物聯(lián)客戶端用戶采用用戶分級(jí)口令授權(quán)管理方式，權(quán)限可以細(xì)化到每個(gè)物聯(lián)節(jié)點(diǎn)及物理控制單元。

3.6 多系統(tǒng)互聯(lián)互通環(huán)境控制

分布式系統(tǒng)支持多系統(tǒng)互聯(lián)互通，可統(tǒng)一管理各會(huì)議室之間的音視頻信號(hào)互通，統(tǒng)一管理會(huì)議室周邊環(huán)境的物聯(lián)控制開(kāi)關(guān)[9]。分布式系統(tǒng)控制軟件除可以控制音視頻信號(hào)切換分配外，還支持對(duì)燈光、窗簾、門(mén)禁等設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)了智能化物聯(lián)全場(chǎng)景控制。物聯(lián)設(shè)備控制手機(jī)端界面如圖4所示。

圖4 物聯(lián)設(shè)備控制手機(jī)端界面

3.7 可快速調(diào)取多種場(chǎng)景模式

按總隊(duì)實(shí)際使用情況，軟件定制了多種場(chǎng)景控制模式，對(duì)物聯(lián)控制需求進(jìn)行了深入梳理，對(duì)物聯(lián)設(shè)備聯(lián)動(dòng)工作及并發(fā)運(yùn)行的場(chǎng)景進(jìn)行了認(rèn)真分析。通過(guò)設(shè)置場(chǎng)景模式，可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)系統(tǒng)、一鍵關(guān)閉系統(tǒng)、一鍵切換場(chǎng)景等操作，在降低管理人員業(yè)務(wù)水平門(mén)檻的同時(shí)，提高系統(tǒng)的使用效率。為使兩套視頻會(huì)議系統(tǒng)可以無(wú)縫切換，針對(duì)不同的會(huì)議設(shè)備使用情況，制作物聯(lián)控制模式預(yù)案，用戶可根據(jù)預(yù)案控制設(shè)備開(kāi)啟相應(yīng)的會(huì)議模式，軟件界面如圖5所示。

圖5 模式調(diào)取軟件界面

4 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)消防救援局昆明訓(xùn)練總隊(duì)視頻會(huì)議室物聯(lián)控制系統(tǒng)的建設(shè)背景進(jìn)行了介紹，根據(jù)視頻會(huì)議室改造需求，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備對(duì)系統(tǒng)軟硬件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)軟件控制流程進(jìn)行了梳理。文中根據(jù)建設(shè)實(shí)際介紹了系統(tǒng)的基本功能，通過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，總隊(duì)視頻會(huì)議室物聯(lián)控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，界面友好，在減少管理人員工作量的同時(shí)，大大提高了工作效率，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。下一步，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)擴(kuò)展功能模塊進(jìn)行研究，旨在開(kāi)發(fā)具備智慧感知、智能控制、智慧管理的物聯(lián)管控應(yīng)用，切實(shí)提高營(yíng)區(qū)智能化管理水平[10]。