可视化中控在电力应急指挥中心的应用

王文彬，王文革，杨 扬

(河南省电力通信自动化公司，河南 郑州 450052)

近几年来，局部恶劣天气给电力的安全生产带来巨大的挑战。为了保障电力生产的安全、稳定运行，国家电网在2008年发布了《国家电网公司应急指挥中心建设规范》，并以此为标准在各级电力公司逐步建立起应急指挥体系。应急指挥中心包含了电力各相关专业系统以及为各个系统提供支持的基础支撑系统。基础支撑系统包括综合布线系统、拾音及扩声系统、视频采集及显示系统、会议电视及会议电话系统、通信与网络系统、集中控制系统等。电力应急指挥涵盖的系统多、交互性强，涉及大量信号的接入、组织和投送。需要对多种终端、信号交换和处理设备、展示终端、以及环境设施进行控制。针对不同的事故、不同的工作模式、处置流程中不同的阶段，需要关注的信息和组织方式是不一样的，而需要使用的指挥中心设施也不一样。要实现这些功能主要依靠中控系统实现。

现在应急指挥中心中控系统接入的系统包括大屏幕、RGB矩阵、AV矩阵、会场摄像机、会场灯光、麦克、窗帘控制、数字机顶盒、DVD等设备。在使用过程中中控系统采用多级菜单的操作方式，对于一些需要并发处理的设置，往往有些力不从心，操作人员处理起来有些手忙脚乱。特别是一些大型反事故演习的现场操作，往往需要多次练习、周密计划，才能达到比较好的效果，这样对操作人员提出了更高的要求，增加了工作难度。根据实际应用需要，对现有中控系统进行升级改造，提高智能化水平、增加并发处理能力，扩展模式记忆功能，使系统能按预先设定的模式进行自动的组合，还应具有各种信号的预览功能，在信号投放前提前预览，保证应用效果。

1 中央控制系统

中央控制系统是对声、光、电等各种设备进行集中控制的设备[1－4]。它常应用于多媒体教室、多功能会议厅、指挥控制中心、智能化家庭等，用户可通过控制面板、计算机、触摸屏等设备，通过系统软件控制投影机、展示台、影碟机、录像机等设备。中控系统按各部分功能一般可以分为本地界面层、网络控制层、处理运算层、功能模块层和用户设备层。应急中心中控系统结构图如图1所示。

图1 应急中心中控系统结构图

本地界面层主要包括控制面板、触摸屏等，它是人机交互的界面，一般通过无线网络传输，在界面层可以预先设定一些场景，通过一键完成场景设置。网络控制层利用有线和无线网络实现各个设备硬件的互联。处理运算层是中控系统的中枢，系统所有的控制数据流、控制代码、计算、存储、输入输出信息都在该层完成。功能模块层介于用户设备层和处理运算层之间，包括调音模块、调光模块、红外模块、输入输出模块和通信模块等。用户设备层主要指用户购置的强弱电、影音、显示、数码设备等。

应急中心中央控制系统接入的受控设备包括声音控制、灯光控制、窗帘、幕布、投影机、等离子屏、视频矩阵、摄像机、DVD、机顶盒等，通过手持无线触摸屏可以实现控制，操作人员坐在触摸屏前，便可操作整个系统。

中控系统通过控制界面实现了设备间的通信和集中控制，其核心设备是中控主机，一般采用内嵌的处理器，可编程逻辑电路，提供RS－232接口、红外发射接口和数字输入输出控制口，还包括继电气控制接口、网络控制接口。中控一般都具备以下功能:具有良好的人机界面，可以迅速高效地控制应急中心的各种设备。具有多种控制接口，包括以太网、RS－232、RS－485、红外、射频等。中控系统支持多种信号源和多种显示方式。

目前中控系统的主流产品都是将被控设备简单地集成到一起，设备越多系统越庞大，只有专业人员才会使用这样的系统。而且在应急指挥时，它需要同时实现多设备、多信号的控制，中控系统从逻辑上都无法实现。传统中控系统的扩展性不强，如果要接入新设备，需要中控厂家对系统进行重新开发。笔者在使用过程中觉得中控系统不能预览所操作的信号，使控制人员对操作效果无法控制;传统的中控系统操作界面比较单一，基本上是多层菜单的形式，需要专业人员经过培训才行，而且还缺乏并行处理能力，在进行特定场景设置时效率比较低，不能根据应急预案的要求，自定义批量操作，满足应急指挥多、快、准的应用需求。因为硬件集成和操作设计上的局限，使依靠应急中心硬件系统本身，很难解决这些问题。为了解决这样的应用困局，发挥应急指挥中心的真正价值，需要建设可视化的智能中控系统。

2 可视化智能中控系统

电力应急指挥涉及大量的信号接入，传统的中控系统已无法完全满足实际应用的需要。新的可视化智能控制系统整合了指挥中心的中控系统、大屏幕系统、视频信息和计算机显示信息，为突发事故应急提供一个现代化的平台，提高应急指挥中心的运行能力，保证对突发应急事故的快速响应。因此，可视化智能控制系统应该具有以下7个特征:1)可视化智能中控系统不仅要对会场各设备实现集成，还要在不影响操作便捷性的原则下，发挥各个设备的各项功能;2)可视化智能中控系统要具备易扩展性。会场增加新设备时，非专业人员也能够通过简单的配置就将新设备接入控制系统;3)系统要能够使控制人员在控制信号前，知道信号的状态，比如投放某路视频信号或者计算机信号前，能先预览此信号是否正常，保证投放的准确性;4)系统必须是一个开放的系统。它不仅要能够调用别的系统或者给别的系统发送命令，还要支持被别的系统调用。通过和其他系统的联动实现使用者所需要的整体应用;5)系统能够基于应急指挥的预案或者脚本，进行预定义模式，实现一键式信号的选择、组织和展示功能;6)可视化智能中控系统将指挥中心及支撑设施形象化、直观化，使操作人员能够直观的进行相关操作，不用具备专业的硬件知识;7)指挥过程硬件控制一体化，对指挥场景的多硬件实现联动控制，减少演练过程中的设备控制人员，提高事件的快速响应能力，通过和各软件系统的联动，实现应急指挥中心应用软硬件一体化。

为了实现项目的这些目标，可视化智能中控系统应该满足3个可视化:1)是场景可视化，将整个控制室制作成为高仿真的3D场景，作为应用联动智能控制系统的主要操作界面，通过鼠标和键盘实现对三维场景的视角变化操作。三维场景中的各设备通过操作，能够根据各设备的情况进行相应的动画，能够直接在三维场景中对各可控设备进行操作，操作内容和设备的情况相符合;2)信号可视化，所有的信号包括计算机信号、视频信号在控制端即可实现实时预览，并可同时进行多路信号的预览，信号可通过拖拽到三维场景实现投放。控制室的信号投放情况能在三维场景中实时看到;3)流程可视化，在电力公司中，大部分的应急处置都制定了相应的应急预案，应急演练也有详细的应急演练脚本，所以可视化智能控制系统应将预案或者脚本以流程化的方式对应急处置或者应急演练过程予以展现和技术支持。

可视化智能控制系统采用3D虚拟现实技术，基于真实的环境仿真三维模型，作为应用联动智能控制系统的主操作界面，通过服务器实现了多路视频信号和计算机信号预览，保证了投放信号的准确性，可视化智能控制系统通过程序实现对会场设备状态的预定义，一键式调用，满足会场的日常应用，系统将长时间的、复杂的控制过程预案化、流程化，实现一键式的流程控制。

3 可视化智能中控系统的结构及功能

可视化智能中控系统与传统中控系统相比突出体现了可视化控制、智能化应用、良好的并发性、易于扩展和状态预定义性。系统将整个控制设备及应用以分层结构予以逻辑化，整个系统逻辑分层如图2所示。

图2 系统逻辑分层

通过分层结构，能使系统适应绝大多数的控制室需要，并通过在各层的扩容或选择来实现对具体某控制室的自定义化，以最优的效率来实现控制。

可视化智能中控系统的软件结构分为4层，最底层是操作系统层，运行主流的操作系统，然后是存储层用来存储本地文件，平台层是为整个系统提供框架支撑，包括开发所需的框架如 java，.net等，以及用于3D设计的VRML，3DMAX等。最上层是应用层，在这一层实现三维展示与控制、现场导播、预案管理以及系统维护。系统对各个被控设备建立基于功能特点的业务模型，设备的控制协议包含在这个模型里，基于这个模型，系统可以实现对设备的状态判断、定义和改变。在此基础上，建立整个控制室状态的业务模型，实现控制室状态的预定义和执行。

软件系统结构图如图3所示。

图3 软件系统结构图

系统的三维可视化场景是系统信息的主要载体和用户的主要操作界面，系统可采用3D MAX和Virtools技术[5]相结合的三维场景开发方法。应用3D MAX构建指挥中心的3D模型和3D场景，利用Virtools平台的行为控制功能对指挥中心的3D模型进行动态交互。具体过程是先利用3D MAX创建指挥中心的三维场景模型，再利用MAX2Virtools导出插件将MAX下的模型导入到Virtools下，在利用Virtools下的行为控制模块实现漫游功能，实现如行走、转向、后退等操作，为用户提供高度虚拟现实的三维操作场景。系统网络层、应用层协议基于标准化的TCP/IP协议，数据基于本地存储，采用XML文件形式存放;系统通过底层接口开发接入大屏幕系统，对其实现有效控制，系统需要配置高性能服务器，保证整个系统稳定运行。

可视化智能控制系统主要的功能有:

1)高仿真三维模型

三维指挥场景作为系统的主要操作界面，以虚拟现实的手段为用户提供直观的操作。三维场景可以根据用户的需要改变观察视角，系统支持通过三维场景中的设备模型对实际设备进行操作，三维设备模型与实际设备相对应，针对不同设备具有不同的遥控器可进行操作，同时具有设备信号源定位、拖拽投放信号等功能。

2)拼接屏管理

可通过可视化智能控制系统对大屏进行开关机控制，具有对大屏模式的管理功能，支持不同模式的自由编辑、保存、删除，能够快速调用模式，支持自定义临时模式投放功能，可临时定义模式进行自由投放，支持AV信号、RGB信号、网络信号向大屏的投放，支持从信号源列表、预览窗口、三维设备模型等多种方式向大屏投放信号，支持在三维大屏中对信号源进行图像和文字查看。

3)设备控制管理

应用联动智能控制系统可对应急中心内摄像机、视频切割器、有线电视、DVD、RGB矩阵、视频矩阵、视频会议信号等多种设备或信号实行控制和投放，系统内置各设备控制面板，可直接对设备进行操作。可对接入RGB矩阵的工作站信号，以及接入视频矩阵的视频会议、有线电视等信号进行快速投放。

4)信号预览

系统提供对视频信号和RGB信号的预览功能，能同时对多路视频信号和多路RGB信号进行预览，并且支持预览窗口向输出设备进行信号拖动投放。

5)场景快照管理

对于经常使用的会场模式，系统提供场景快照管理满足应用需要。通过本功能将需要使用的会场各设备包括拼接屏、灯光、投放信号状态保存下来，在使用时，直接调用需要的场景即可瞬间完成整个会场设置，能在多个场景快照间迅速切换，并提供场景快照的修改、删除和预览功能。

6)导播方案管理

导播方案管理可以实现流程化控制，该功能包括导播方案管理和导播流程图管理。导播方案管理是根据实际需要对使用流程进行分类，在此基础上进行流程设计，方便管理和使用。导播流程图管理是根据使用的情况，将不同的场景以流程的方式编辑起来，等待正式使用时进行调用。

7)PPT应用联动控制功能

应用联动智能控制系统具备和其他应用系统的联动功能，因为PPT是在会场常用的应用程序，所以将PPT应用联动控制作为系统的标准功能之一。

通过PPT，能够实现PPT和PPT联动，PPT和信号联动，PPT和场景快照联动。

8)移动终端控制功能

为了满足汇报、讲解及日常应用的需求，可视化智能控制系统还具备了移动终端控制功能。通过移动控制终端，不仅能进行基本的如信号投放、设备控制、场景快照、导播流程功能，还通过和大屏的交互，实现大屏信号实时回显、大屏图像标注、大屏信号直接控制等功能。

9)系统维护管理

系统管理模块能对系统的预案流程进行日志查询，提供系统管理员对设备信号数据的维护管理功能。

10)信号源管理

信号源管理能对现有信号进行重命名、类别设置、分组管理等维护，可对新接入的信号进行添加和维护，并支持将场景内设备模型与实际信号进行关联。

4 小结

会议中央控制系统将向着智能控制系统的方向发展，它将融合人工智能技术、神经网络技术、虚拟现实技术等。中控系统首先应具有智能性，不但具有自动感应和联动功能，还应具有设备侦测功能，能发现设备异常并及时告警。中控系统应具有更强大的通信功能和多种接口，可以根据现场实际情况进行组态，使扩展更加方便。为了便于控制人员操作应具有更加友好的人机界面和并发处理能力。中控系统是整个会议系统的控制中枢，必须具有很强的稳定性，系统的控制主机宜采用双主控结构，具有双机热备的功能，保证系统长期稳定运行。同时中控系统可通过软件对各受控设备定义保护程序，延长设备使用寿命，可对各类防盗、防火等系统作智能集中管理，一有报警信号，系统就可自动对受控设备作紧急处置。

[1]周明，蒋丽华，王东.多媒体教室中央控制系统设计[J].西南师范大学学报，2008，33(6):69－74.

[2]汤妟安，张鲲.大型多媒体中央控制系统的原理及应用[J].电子技术应用，2007(5):73－75.

[3]谢海啸，王强.智能中控技术在视频信息发布系统中的新应用[J].电视技术，2009，33(8):106－108.

[4]游海，杨涛，刘烽，等.基于场景的智能中控系统[J].中国科技纵横，2011(2):16－17.

[5]胡珊，于光.基于3D和VIRTOOLS技术的物理虚拟实验室架构设计[J].计算机工程与设计，2008，29(1):206－209.