消防指揮中心分布式可視化調度系統設計初探

福州市消防救援支隊 翁楊華

本文通過分析指揮中心傳統集中式系統架構的缺陷，闡明建設分布式可視化調度系統的必要性，同時從系統設計、核心優勢、應用場景等方面對分布式可視化調度系統進行了詳細介紹，提出了新時期消防指揮中心建設方案新思路。

消防救援隊伍作為應急救援的主力軍和國家隊，承擔著防范化解重大安全風險、應對處置各類災害事故的重要職責，消防指揮中心作為信息傳遞、科學調度、作戰指揮的大腦與中樞，在滅火救援工作中扮演著舉足輕重的角色。為更好地適應新時期滅火救援可視化、扁平化、多維化的指揮作戰需求，傳統以中控加混合矩陣為代表的指揮中心音視頻一體化集成系統已無法滿足需求。

1.3 傳統集中式系統架構無法低成本擴展

已投入使用的混合矩陣固定信號源類型、信號進出入數，今后如需進行信號數量擴展（如指揮中心原配視頻矩陣是16進16出規格，現信號擴展到18路輸入），只能淘汰原有矩陣，更換更大容量設備，一定程度上造成人力、時間及經費上的浪費。

1.4 傳統集中式系統架構運行容錯率低

所有信號的采集與分發必須經過矩陣，一旦核心矩陣故障，將導致所有信號丟失。同時，因部署較遠距離視頻傳輸線纜，無法保證視頻線纜傳輸的可靠性，如用網絡傳輸器進行視頻信號傳輸，無形增加了轉換環節，增加故障隱患點。

1 建設指揮中心分布式可視化調度系統的必要性

1.1 傳統集中式系統架構設備繁多

分布式是集矩陣、拼接（LED、LCD、DLP等）、控制、傳輸、中控、畫面分割、KVM、投影融合、可視化控制等于一體的系統，系統整體包含設備種類多、配置復雜、線路部署繁瑣，系統統一性、集約性不高，指揮中心管理操作及技術維護人員工作任務重、壓力大，操作出錯率較高，排障維修較為困難。

1.2 傳統集中式系統架構信息共享受制約

單個指揮中心內各類信息的互聯互通只能依托會商系統、視頻系統等第三方應用系統軟件實現，無法通過指揮中心部署的音視頻綜合處理平臺實現與異地指揮中心、移動指揮中心的信息資源共享。

2 指揮中心分布式可視化調度系統建設原則

2.1 技術先進性

區別傳統集中式架構設計，系統采用去中心設計，無服務器架構，在滿足當前指揮中心需要的同時，著眼于未來協作指揮發展的趨勢。

2.2 安全可靠性

系統能滿足7×24h連續不間斷運行，保證系統99.9%以上的年利用率。采用物理隔離機制，有效消除病毒感染、黑客攻擊等網絡安全隱患，安全保密性強。

2.3 易維護性

系統采用模塊化設備結構，關鍵設備具有冗余設計，支持模塊接口熱備、鏈路傳輸熱備、供電雙備份和系統熱備，設備故障可快速修復。

2.4 經濟實用性

系統具備故障點少、操作簡單、管理方便、無故障運行時間長、遠程改造或擴容投資少以及運營成本低等特性。

3 指揮中心分布式可視化調度系統設計(如圖1）

圖1 指揮中心分布式可視化調度系統架構示意圖

3.1 前端子系統

依托輸入采集節點設備，資源信號由各類輸入源設備（如：業務主機、高清攝像機、筆記本、視頻會議終端等）通過HDMI/DVI/VGA/SDI/DP等模擬或數字接口接入輸入采集節點，業務終端（臺式PC、筆記本、平板等）控制信號由電腦USB端口連接到輸入采集節點，完成信號采集后，輸入端節點會將采集到的信號進行編碼，打包到網絡交換機上進行數據傳輸。

輸入模塊支持常見高清視頻信號的直接接入。業務終端與分布式KVM輸入節點之間通過USB-HID協議連接，識別設備的固件僅支持HID 報表格式，接口無法傳輸存儲類U盤設備，確保數據資料不外泄。

3.2 網絡交互子系統

交互設備采用標準網絡交換機，系統獨立組網，無需占用中心網絡資源。交互設備與輸入/輸出端之間通過CAT6網線連接，可配置POE交換機給各個輸入/輸出端供電，無需再為輸入輸出端單獨供電，減少部署難度及故障產生點，使用維護簡單。

依托新型傳輸算法及圖像編碼技術，實現低帶寬傳輸高畫質圖像，有效解決高碼率在多路并行時畫面出現卡死、撕裂不同步等問題，防止因帶寬占用壓力過大而造成網絡崩潰。

3.3 輸出系統子系統

依托輸出顯示節點設備，輸出顯示節點通過各類音視頻線材與顯示單元連接，將通過網絡傳送來的信號進行解碼，實現輸高分辨率輸出，保證音視頻清晰度與還原度。無需拼接，處理器直接對接各種拼接大屏，為大屏顯示系統提供拼接、分屏、開窗、漫游等操作。

3.4 中心管理平臺軟件

中心管理平臺軟件可安裝于電腦、服務器及移動終端，平臺以IP為基礎,通過每一路網絡IP信號辨別音視頻輸入、輸出源,進行編解碼、傳輸、切換、拼接等處理計算。基于網絡IP標識,系統可隨意交換接口并保證穩定性。系統支持第三方設備的集中控制,支持雙向實時反饋，實現對第三方電源系統、燈光系統、報警系統設備等設備的控制。

4 指揮中心分布式可視化調度系統核心優勢

4.1 系統去中心化架構

系統中所有節點設備均內置獨立運行系統，無需依靠中心服務器進行數據交互，實現系統去中心化運行。基于分布式架構，可以做到任意節點設備離線不影響全局，避免單點故障全局癱瘓困境，為指揮中心提供安全穩定的運行環境。

4.2 跨區域無縫調度

系統支持跨區域信息資源調度，不受空間地域限制。滿足分散于各地的消防支隊、大隊、站及移動通信指揮車、前方作戰指揮部、安保指揮部內不同消防信息資源調度需求。在重大事件、急難險重任務發生，跨區域調派消防作戰力量時，實現異地消防信息資源的相互共享、互聯互通。

4.3 系統擴容性強

系統可根據整體信號容量配置交換機，利用現代網絡交換機技術，通過對多個交換機級聯、堆疊或配置匯聚、核心交換機進行數據交互，理論上實現系統無限擴容。同時，基于網絡交互實現異地信息互通，進行不同區域、不同地點的音視頻信號傳輸。

4.4 物理隔離機制

分布式前后端節點設備跟指揮中心電腦主機通過視頻線進行對接，因視頻數據協議和互聯網網絡協議分屬不同協議，不存在相互之間數據的外泄或入侵。消防業務信息網絡與分布式可視化調度系統控制網絡實現物理隔離，通過物理隔離機制、軟件加密算法隔離、USB單向傳輸隔離等技術手段確保信息安全。

5 指揮中心分布式可視化調度系統應用場景

（1）指揮中心內各類音視頻信號資源通過專用局域網（獨立設置，區別于消防指揮調度專網）統一調度管理。在各音視頻節點部署分布式可視化調度系統設備，通過系統控制軟件將所有音視頻節點進行可視化匯聚，實現指揮中心內不同信號源的監控、顯示、控制和切換。在應對重大警情時，在大屏上靈活切換所需數據、圖像資源，不占用消防指揮調度專網帶寬，為滅火救援指揮決策提供科學可靠依據。

（2）指揮中心內各電腦終端互通協作。通過分布式可視化調度系統設置KVM坐席輸入節點、KVM坐席輸出節點，實現一臺電腦操作不同位置電腦，即一個指揮中心坐席可同時管理多個不同業務系統坐席，所有操作通過一個操作員、一套鍵盤鼠標完成，任意調用不同操作系統、不同分辨率、不同接口數據，實現“人機分離”、“一人多機”。同時，按需分配全面控制、僅可觀看、不可訪問控制等不同操作權限，做到分級管理、分級操控、分級指揮，進一步推動指揮中高效運轉。

（3）移動指揮中心克隆城市指揮中心。消防救援隊伍主要依托“動中通”、“靜中通”衛星通信指揮車或是前突通信保障車建立移動指揮中心，并統一接入消防指揮調度專網。通過分布式可視化調度系統前后端采集節點設備及分布式KVM功能，將城市指揮中心坐席電腦信號直接遠程調度至移動指揮中心內顯示設備（如在城市指揮中心內已部署的119接警調度系統、已對接的公安社會監控、交警路面監控、氣象預警等資源），改進以往移動指揮中心僅有現場圖像資源，指揮決策信息量不足的問題，進一步提升滅火救援效能。