基于光纤技术在应急联动指挥系统中的应用

文｜上海金桥信息股份有限公司 庄正云

近年来，随着灾害、灾难及突发事件呈现出多态、综合、发生频度高、危害面广等新特点，面对诸如SARS、5·12大地震、11·15胶州路火灾等情况，需要政府职能部门建立完善的应急联动指挥预案，积极响应、快速应对，提高政府应对灾害、灾难及突发事件的能力，保障公众的生命财产安全，维护国家安全和社会稳定，促进社会经济全面、协调、可持续发展。

随着计算机多媒体技术、网络技术的迅猛发展，电子政务正逐步应用在突发事件的应急处理上。完善突发公共事件应急信息系统的管理体制，加强应急平台的建设，整合各类应急信息资源，提高突发公共事件应急信息系统的建设和应用水平，已成为政府系统政务信息化建设中不可或缺的部分。

中国各省市根据自身特点以及自身工作定位，陆续构建适合自身要求的应急联动指挥平台，完善应急联动指挥中心功能，不断提高应急联动指挥中心的科技含量，有效增强政府职能部门的快速反应能力和指挥调度能力，提升了处理灾害、灾难及突发事件的指挥能力和日常管理效能。应急联动指挥中心应用通信技术、网络技术、GIS、遥感技术和卫星定位技术，协调公安、消防、交通、医疗、市政、水利、环保、气象、地震、人防、民政、安全生产等部门以及驻军、武警应急联动指挥机构的互联互通和资源共享的能力，实现跨地区、跨部门、跨警区的统一指挥协调，快速反应、统一应急、联合行动，完善应急联动救助系统。

政府职能部门建立应急联动指挥场所种类较多，包括应急联动指挥厅、值班室、会议及会商室、流动应急联动指挥车、专家工作室及案例室、领导休息室等。应急人员位置分布较广，加上要实现跨地区、跨部门、跨警区的联动支援，使各场所共享相同的显示信号，确实是一个很大的问题。因突发事件的外部情况时刻都在变化，若某一场所无法与其他场所显示同步的信号，就意味着应急救援工作极有可能会有所延误。因此，针对应急联动指挥出现的情况，每个应急联动指挥场所都需要频繁地存取和分享信息，给领导决策提供信息获取、数据共享、快速评估、辅助决策、命令发布、现场指挥、动态显示以及辅助功能模块、信息存储和再现等功能提供决策支持。如图1所示。

因此，应急联动指挥中心通常是依托计算机网络、集成通信、多媒体和数据库技术，充分整合、利用现有资源，搭建一个统一技术、通信、调度平台，实现信息共享，达到应急响应网络化、调度处理联动化、应急预案系列化，并在一定程度上实现领导决策智能化。应急联动指挥中心通常包括如下系统：建筑智能化系统、通信调度指挥系统、大屏显示综合应用系统、日常值班监控系统、信号处理系统、音响扩声系统、多媒体视频系统、讨论系统、签到统计系统、摄录系统、集中控制系统以及预案数据库系统、信息数据库系统、综合应用系统、基础支撑应用数据库等应用技术手段。

在上述多系统中，信号处理系统是整个应急联动指挥系统的基础，尤为重要的是信号传输系统，是解决应急联动指挥中心与值班室、会商室、专家工作室、其他职能部门之间信息共享的基石。信号传输系统需要解决信号的实时传输、展现、信号存储的问题，满足不断增加的信号分享和交换需求。下面我们主要对信号传输系统进行简述。

目前，市面上信号传输介质主要分为同轴电缆、双绞线、光纤。而在应急联动指挥联动系统中传输的信号主要是复合视频、S-Video、分量视频、RGBHV、RGBS、RGsB、SDI、HDSDI、DVI、HDMI信号 ；其中计算机传输信号分辨率也有很大的差异：从VGA-UXGA以及更高分辨率的WUXGA、QXGA、WQXGA、QSXGA、WQUXGA，高清视频信号从720P、1080i到1080P等分辨率。这些不同分辨率的信号在不同的传输介质中，传输的距离有非常大的差异，从几米到几十公里。

同轴电缆：传输距离较近，抗干扰能力差，使用周期短，成本高。

双绞线：中近距离传输，抗干扰能力较好，使用周期短，成本高。

光纤：短、中、长传输距离，抗干扰能力强，使用周期长，价格便宜。

从短距离来看，同轴电缆因为它的传输介质，使得视频信号传输时，信号衰减较小。

当同轴电缆作为远距离传输，其长度是有限制的。以同轴电缆传输视频信号为例，理论值的传输距离是：75-3传输距离100m，75-5传输距离300m，但是在施工过程中，其传输距离受到外部因数的影响，传输距离会缩短。如果同轴电缆传输计算机信号，其传输距离更短，表1为Extron公司线缆技术参数表。

图1

可以看到，使用不同规格的线缆传输相同分辨率时，传输距离也不尽相同。而且传输高分辨率时，传输距离更短。因此，为了保证信号传输过程中的视频质量，同轴电缆一般不建议在大型综合性AV系统中使用。

双绞线的英文名字叫Twist-Pair，是综合布线工程中最常用的一种传输介质，现在也作为专业AV行业中常规信号传输线缆之一。双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线，用互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度相互合绞在一起，可以降低信号干扰，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。

双绞线常见的有3类线、5类线、超5类线以及6类线，前者线径细而后者线径粗。以Extron公司的MTP系列双绞线传输产品为例，通过单根Cat.5类电缆传输高分辨率视频和单声道音频信号。兼容分辨率高达1920×1200的高分辨率视频信号，同时使用不同的产品，传输距离分为600（185m）和1500（450m），可以满足一般中小型专业AV设计的需求。

光纤是近年来使用在专业AV系统中的一种常用的传输介质，通过光纤，将一种信息从一端传送到另一端。光纤比同轴电缆和双绞线更具独特的优点：宽频宽、低损耗、屏蔽电磁辐射、重量轻、安全性、隐密性，在现代AV系统中，光纤得到了广泛应用。通过玻璃光纤来传递音频、视频和数据是专业AV设计的利器。对于目前铜矿资源越来越稀缺，铜价也引来一波又一波的涨价潮，专业AV设计师使用光纤而不是铜缆来传递信号原因是使用光纤具有在技术上和潜在的经济上的好处。对于复杂的大型应急联动指挥系统中涉及到的AV系统，采用光纤技术尤其正确，既能满足远距离的传输需求，又能提供高质量、实时传输信息，其扩展性极强、成本低廉等特点。同时，光纤能够承载多种信号，例如传送视频、音频和控制信号，我们能够使用光纤产品很容易地设计出各种复杂的、紧凑型的专业AV系统。Extron公司FOXBOX系列光纤产品可以通过单根光纤长距离地传输视频、音频和RS232控制信号。全程全数字、零压缩的像素对像素传输，能够传输分辨率高达1920x1200（包括HDTV1080P/60）的信号。

相对于大型的应急联动指挥中心，除了整体框架设计以外，工程施工调试也是非常重要的一部分。采用光纤进行传输，和传统的常规线缆相比，其线缆敷设、安装和设备连接都非常简单。而且调试工作由于其传输的特点、良好的抗干扰性，使光纤产品调试变得简单，基本上可以达到“即插即用”。

表1

对于综合的应急联动指挥系统的设计，涉及到的系统框架具有结构复杂、信息交换方式多样、信号格式多变等特点。同时应急联动指挥系统需要交换信息内容的场所较多，涉及到相关应急联动指挥中心、值班室、会议室、会商室、流动应急联动指挥车、专家工作室及案例室。同时要求交换的多媒体数据和信息传输也是多样的，应急联动指挥中心与突发事故现场之间动态图像、语音及数据的实时传送，实现各种业务数据库、决策支持数据库等数据信息的共享和处理，实现应急联动指挥中心对各种资源及救援现场的统一指挥和调度；流动应急联动指挥车可独立对现场进行指挥调度，并和应急联动指挥中心保持数据、信息的一致性，使得数据、信息在应急联动指挥中心的信号再现。召开和上级单位视频会议或直辖单位的视频会议，请示和指导应急联动指挥工作，并通过录播系统对本地视频信息进行录像和保存，有效的进行信息追溯。在应急联动指挥中心内召开会议，决策人员、行业专家、相关职能部门人员进行信息研讨、综合各种实时多媒体数据、决策数据库、预案等进行决策。因此，在应急联动指挥中心中，信息处理系统是核心和基础。

应急联动指挥中心的信号处理系统是整个应急联动指挥中心的信号传输中心，是投影机显示大屏、桌面显示屏信号再现，视频会议信号交换，专家工作室、会商室等楼内信号互传的基础。在目前的大型应急联动指挥中心内通常有多种视频信号源，可分为两大类：模拟视频和数字视频。模拟视频是传统的视频信号，主要有CATV、DVD以及突发事件及附近重要道路、出入口等重要点位的视频图像、各重要交通以及重要点位视频图像、各个职能部门传输至应急联动指挥中心的其他相关视频信号。同时还包括核心通信机房的数据库信息图像、操作席位的计算机图像信号、实物投影仪等的信号；数字视频是信息时代高速发展的产物，主要有SDI、HD-SDI、HDMI、DVI等。两大类信号有着各自的特性，同时在系统中共存，通过光纤系统如何解决是应急联动指挥系统设计的关键。

图2为整个应急联动指挥中心电信号处理的框架图。

我们目前建设应急联动指挥系统包括应急联动指挥大厅、会商室、专家工作室等工作场所；图3为某市通信行业的应急指挥调度中心，在该工作场所存在如下的信号源和显示终端。应急联动指挥中心本地信号源包含操作席工作人员计算机信号、桌面外接笔记本信号、高清摄像机信号、视频会议信号、现场实时动态图像、有线电视信号、DVD信号。远程机房的信号源包含核心机房预案信号、辅助决策信号、各辅助信息系统；本地显示信号源包含多屏显示系统、辅助显示屏、机房预检信号；录播系统信号源包含外送信号源、视频会议、大楼内专家工作室、会商室等信号源、相关管理部分信号源。该应急联动指挥中心信号源达到了120以上。

整个应急联动指挥系统存在大量的视频信号，以及不同制式、不同分辨率的信号，因此，实际安装了一台144×144光纤矩阵来进行信号切换。光纤矩阵让应急联动指挥大厅、会商室、专家工作室等多个区域的视频信息可自由分配，实现任何点对点、点对面的视频信号切换。大大增长了信号的传输距离，节省了布线空间，降低了施工难度，同时光缆的保密性、抗干扰性、环保性也是传统的模拟线缆传输方式所不具备的。光纤矩阵需要通过光纤进行完整的端对端数字视音频传输和路由的系统。采用模块化板卡插槽设计，尺寸可扩展，并且支持速率高达4.25Gbps的数字信号切换。光纤矩阵配备热插拔输入/输出板、完全冗余电源以及实时系统监视，是24小时可靠性以及连续运行的关键任务应用环境的理想之选。

图2 应急联动指挥中心电信号处理框架图

图3

同时光纤矩阵具有高可靠性、模块化设计等特点，能够很好的满足应急联动指挥的需求。光纤矩阵采用模块化设计，配备多个板卡插槽，每个插槽都可插入一块输入/输出板，可使用多模（MM）和单模（SM）两种版本的板卡。输入/输出板-MM型号支持850nm的多模光纤，通常适用于中等传输距离的建筑物或设施内。输入/输出板-SM型号支持1310nm的单模和多模光纤。单模光纤可以提供数公里或数英里的超长距离的传输能力，基本上能够满足全部信号共享的要求和实施显示。高速数字切换为音频、控制和视频信号的路由，提供了高达4.25Gbps的数字切换功能，清晰度高、格式多样，并有未经压缩处理的像素对像素的高吞吐量。这一级别的性能可以保证与最高质量的信号源分辨率相兼容，包括RGB计算机视频、DVI和多速率SDI信号。高级的计算机辅助诊断——提供对输入/输出板、主电源和冗余电源电压、光纤链路以及矩阵整体功能状态的24小时自我诊断。工作人员能够在办公工位上了解整个系统的运行情况以及对突发事件进行应急处理。同时也可以通过在所有连接中轮询输入信号的接收和输出信号的传送，从而验证活动光源，使结果信息可以在内部网页中查看，也可以通过第三方控制系统轻松获得。一旦光纤链路发生中断，即有警报通知等功能。

针对信号处理系统中存在的不同制式、不同分辨率的信号源，光纤产品提供了一整套信号处理的设备（如格式转化器等），将所有信号处理在同一信号格式上，方便信号传输和分配。通过近三个月的建设，通信应急指挥调度中心在2010年投入运行，并顺利运行至今，运行结果良好，并得到了客户的一致认可。

对于大型的应急联动指挥系统来讲，是一个综合的、复杂的系统，需要从技术上、实用上、经济上综合考虑。只有在系统的设计阶段全方位、多方面的考虑，才能够保证系统不但建设成功，而且能够成功地在整个生命周期中稳定运行，发挥其最大作用。由于IT技术在不断地发展，因此在系统设计时，还需要充分考虑新技术、新产品的应用，努力提高系统的性能和功能。光纤技术只是众多新技术之一，也将在未来的系统设计中大放光彩。