分布式图像控制系统技术在综合业务指挥中心信号控制系统建设中的应用研究

马俊

摘要：本文通过对分布式图像控制系统（DVCS）进行分析研究，特别是对其在综合业务指挥中心的信号控制系统方面的应用进行分析，利用分布式技术进行建构，对所有资源进行IP化，从而进一步提高工作效率，更好地完成协作，为建设综合业务指挥中心提供一种较好的解决办法。

关键词：分布控制系统技术;综合业务指挥中心;信号控制系统;应用研究

中图分类号：TP3     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）13-0206-03

分布式图像控制系统（Distributed Video Control System ，DVCS），是以IP网络作为信号传输的通道，采用实时影像处理技术，把各种视频信号源进行压缩编码，显示端接收各种信号码流并实时解码还原成图像进行拼接显示的图像控制系统，这种技术突破传统PC架构控制器固有的总线带宽受限、处理速度慢、故障率高等技术瓶颈，采用先进的网络分布式图像处理架构，信号控制系统操作不再是依靠简单的显示，是需要通过将信号控制系统进行可视化来提高工作效率，加快决策进度，更好地完成协作。

1 综合业务指挥中心的目标和定位

必须要在借鉴国内外经验基础上，按照实战、实用和适度超前的原则，瞄准目标，着力在信息资源汇集、调度手段整合、管理系统集成等方面上下功夫，建设技术先进、功能完备、全面感知、反应灵敏、指挥高效的指挥中心。

1.1 综合业务指挥中心建设目标

建设目标包括具备多源化的预警信息能力、强大的情报处理能力、一体化指挥控制能力、严密可靠高效的信息处理能力和完善有效的综合保障能力。

1.1.1 平战结合，按需切换

要满足本单位处理日常任务、同步监视和执行重大行动以及进行其他活动等相结合的需求，使综合业务指挥中心充分满足日常值班，平时组织指挥行动，执行重大任务时迅速转隶相关部门参与行动，大型活动时提供有关领导观摩和会议环境等多种指挥模式，可以根据实际需要通过按钮切换。

1.1.2 信息汇聚，指挥实时

系统设计中，充分考虑指挥业务对实时性的要求，全面提升本单位内外部、上下级之间信息传输、有线及无线通信、数据通信能力和速率，为指挥业务的开展提供可靠支持。

1.1.3 一体通信，一键迅达

将本单位现有各类通信设备手段，如传统模拟电话、电台（短波电台、超短波电台和集群系统等）、IP电话和无线终端等系统进行组网融合，实现各系统间的互连互通，使首长或指挥人员能够通过一台设备一个按键下达指令，在处置应急突发情况状态下，多种语音沟通手段快速进行切换，保障指令下达的通畅性与实时性。

1.2 综合业务指挥中心功能定位

1.2.1 业务基础承载平台

为本单位提供一个智能化的指挥环境，使综合业务指挥中心具备应对日常任务、重大行动及大型观摩及重大会议保障的能力，成为整个指挥业务的基础承载平台。

1.2.2 信息服务支撑中心

通过汇聚各相关单位的数据资源，并对数据资源进行挖掘、分析和处理，提供自动化的服务与处理，使指挥中心能够实现各类警情数据直观展示、系统自动预警等功能。

1.2.3 决策支持中心

通过对各类治安要素、全局警情及警力部署等数据资源的关联分析和融合处理，提供指标、算法、模型、数据、知识等各种决策资源和业务分析的最优解决方案供选择。

1.2.4 指挥调度中心

通过构建多途径现场感知、多资源协同、多信息同步、多种通信融合、多角色互动、多警种联合作战的警务协作机制，从而实现“统一指挥、反应灵敏、协调有序、运作高效”的综合业务指挥调度体系。

1.3 综合业务指挥中心设计需求

1.3.1 增强系统间相互协作

在设计时要彻底避免小事件，从而引导出大部门间联合协作的局面。

1.3.2 合理调配及协调复杂的资源

多个大区域的多级分部，人员、物资、车辆、道路情况、监控视频、位置信息等情况要进行实时调度。

1.3.3 灵活高效的调度

我们要摆脱繁琐的传统视频调用操作，对视频信息要进行实时调用、高效协管，满足指挥调度庞大的各类资源。

1.3.4 模拟监控、网络监控混合应用

满足指挥系统繁多系统的便捷操作和强兼容性，充分利用现有的模拟监控、网络监控等形式的混合应用，甚至包括视频会议、光电跟踪、无线图像传输系统等信号资源传输过来的各种信号。

2 分布式图像控制系统技术（DVCS）的應用分析

2.1 DVCS基本性质

采用全数字化网络交换技术和分布式图像处理架构，对每一路信号均按照独立通道处理和传输，具有信号接入和显示处理能力，可接入的计算机和视频信号数量取决于网络交换机规模，支持多种拼接显示墙，所有输入/输出节点信号处理器都可以任意添加，系统扩展能力较强。

2.2 DVCS技术特点

DVCS采用图像处理引擎技术，可以保证所有信号实时处理显示，信号采集、传输与显示全过程都进行了数字化处理，减少了数字与模拟的转换损耗，可保证信号长距离传输的实时与稳定，信号处理器最短线缆连接，实现高品质数字图像高清显示。DVCS控制系统可以实现所有输入信号源在不同地点的任意显示屏终端上（包括DLP拼接墙、LCD拼接墙、投影机、液晶电视等）任意窗口、任意缩放、任意跨屏、漫游、叠加显示。

2.3 DVCS技术应用分析

DVCS可实现在显示器中无法完整显示的包括地理信息（GIS）、卫星定位（GPS）、电力监控（SCADA）、行车调度（SIG）等专业应用的超高分辨率动态图像信号在拼接墙上完整、实时显示，最大图像分辨率支持10240×7680，可支持多个超高分辨率动态图像同时显示。

DVCS信号处理器采用高性能嵌入式设计，无PC常见故障，即插即用，系统可靠性高、整体功耗低、节能环保。采用分布式计算架构，容错能力强，某一信号处理器故障只影响该路信号或单元显示，更换处理器不影响系统正常运行。DVCS管理软件采用浏览器/服务器（B/S）架构，只要通过IE浏览器即可登录操作。

3 信号控制系统在综合业务指挥中心的核心作用

信号控制系统主要是指对综合业务指挥中心的所有信息进行融合处理，是一种较新的导调控制系统，它是基于IP分布式架构，遵循标准化、开放式设计，结合计算机控制技术、网络传输技术、多媒体处理技术、云和分布式技术，为用户提供智能化的导调和控制服务，通过可视化操作界面，采用点击和拖拽的操作方式，利用扁平化的设备资源组织形态，大大提高操作体验，降低使用难度和维护成本。

3.1 DVCS技术为用户提供良好的设计理念

DVCS能够让我们在设计中做到坚持以用户为中心和按需服务的理念，通过可视化操作界面，为用户提供便捷的导调控制、视频会议、设备管理等服务。通过对设备和系统的IP化、资源化处理，实现信息的互联互通，通过集中管理，提供统一的服务，使用户聚焦业务，不再过多地需要了解系统设计的全部技术细节，就能直观地获得所需服务。

3.2 DVCS为用户带来良好体验

系统数据以及信号都会实现IP化，当这样数据可信号IP化后，我们可通过导控终端实时预览图像，避免误操作，定位精准，使用简单、智能，同时指导控制终端与屏同步显示，达到所见即所得的控制效果。

3.3 DVCS具有高可靠性、高安全性

采用IP分布式架构，单点失效不影响其他节点，通过权限控制和用户身份认证，保障使用安全，通过标准化、插卡式结构设计，核心部件具备热备份能力，系统模块之间耦合性小，稳定性高，具备7*24小时持续运行能力。

3.4 DVCS具有强大的接入和扩展能力

DVCS遵循标准协议，可接入支持标准SIP/H.323协议的音视频终端、会议系统、指挥调度系统，系统支持接入Onvif协议的IP摄像机，支持通过RS232/485控制的环境系统接入，支持定制开发，对接私有协议。

系统采用插卡式设计，模块之间相对独立，耦合度低，可通过增加板卡、增加服务器来平滑扩展系统能力;系统内部服务器软件采用组件式设计，可动态安装新的组件来增加新的服务，而不影响原系统的运行。

系统增加新的信息点，只需要相应的增加节点即可，新增用户，也只需要为用户分配相应的用户名和账户。

系统提供统一的服务调用SDK开发包和标准的REST接口，支持第三方厂家进行对接。

4 DVCS技术在综合业务指挥中心信号控制系统建设中的应用研究

4.1 DVCS技术的应用分析

4.1.1 DVCS技术在信号控制系统的设计依据

DVCS技术关键要点是信息融合，将这种技术应用在综合业务指挥中心的信号控制系统，实现综合业务指挥中心信号控制网络化、可视化，提高操作体验，降低使用难度和维护成本。

DVCS技术是基于IP分布式结构，遵循标准化、开放式设计，结合计算机控制技术、网络传输技术、多媒体处理技术、云和分布式技术，为用户提供智能化的导调和控制服务。

4.1.2 DVCS在信号控制系统的设计原理

信号控制系统可由系统服务器、分布式高清输入节点机、分布式高清输出节点机、分布式高清输入输出一体机、投影整合器和系统终端组成。

4.2 DVCS在信号控制系统设计的技术优势

4.2.1 超前的设计理念

以用户为中心，按需服务理念，通过可视化操作界面，为用户提供便捷的导调控制、视频会议、设备管理等服务。通过对设备和系统IP化、资源化处理，实现信息的互联互通。通过集中管理，提供统一的服务，使用户聚焦业务，不再需要了解技术细节，就能直观地获得所需服务。

4.2.2 优秀的用户体验

利用DVCS技术，采用了流媒体技术，信号IP化后，可通过导控终端实时预览和监控图像，避免误操作，定位精准，使用简单、智能，同时指导控制终端与屏同步显示，达到所见即所得的控制效果。

4.2.3 高可靠性、安全性

对指挥中心而言，系统的安全性和稳定性是最重要且最基本的要求，信号控制系统采用IP分布式结构，单点失效不影响其他节点，通过权限控制和用户身份认证，保障使用安全，通过标准化、插卡式结构设计，核心部件具备热备份能力，系统模块耦合性小，稳定性高，具备7*24小時持续运行能力。

4.2.4 强大的接入和扩展能力

系统遵循标准协议，可接入支持标准SIP/H.323协议的音视频终端、会议系统、指挥控制系统，支持接入遵循协议的IP摄像机，支持通过R232/485控制的环境系统接入，支持定制开发，对接私有协议。

系统采用插卡式设计，模块之间相对独立，耦合度低，可通过增加板卡、增加服务器来平滑扩展系统能力;系统内部服务器软件采用组件式设计，可动态安装新的组件来增加新的服务，而不影响原系统的运行。

系统增加新的信息点，只需要相应地增加节点即可，新增用户，也只需要为用户分配相应的用户名和账号。

4.2.5 低成本的管理维护

系统基于IP分布式结构，布线更加简洁，所有节点的实时在线状态在界面上呈现，系统资源使用情况可实时查看，系统管理更加高效，板卡可热插拔，维护更便捷。

4.3  DVCS技术在信号控制系统的设计研究

信号控制系统管控综合业务指挥中心指挥大厅、值班坐席所有音视频设备，通过分布式高清输入输出节点把各种资源IP化后，统一接入系统，在智能指挥控制终端上进行可视操控。

4.3.1充分了解业务需求是前提

我们首先要根据项目实际使用需要，把综合业务指挥中心指挥大厅以及值班坐席等所有位置的业务需求梳理清楚，一是把指挥大厅的输入节点统计清楚，如接入高清视频会议的摄像机、各种外部视频信号以及各种指挥控制终端、调度终端、移动终端等;二是值班坐席的电脑，各个指挥席位的功能设置和需求，值班坐席的电脑要对各个输入输出节点进行调度，所以对应每个值班坐席都要能对各个节点拥有操作权;三是其他位置需要接入的输入输出信号等，如内线电话、外线电话、海事卫星电话或者其它语音、视频、数据端口。

4.3.2详细规划系统功能是根本

对信号控制系统进行设计就是要把所有资源都集中管理起来，在一个操作终端上呈现，通过权限控制管控范围，分布式控制，实现扁平化使用。

信号控制系统集成了导调控制、指挥调度、视频会议、媒体录制、视频监控、消息通信等功能，同时为其他信息系统提供统一的服务器调用接口，支持数据信息的分析处理和挖掘等扩展能力。

4.3.3 按照分布控制设计是关键

4.3.3.1 离散化

我们利用DVCS系统技术对信号控制系统的每一路信号输入/输出均按照一个单独的处理器节点进行处理，利用独立通道对每一路信号的进行处理，每一路信号都保持独立，实现信号离散化，这样可以保证任何一个信号节点出现故障都不会影响整个系统及其它信号，从根本上保证了信号控制系统乃至综合业务指挥中心各路音频、视频、数据等信号显示的安全、可靠、稳定。

4.3.3.2 数字化

DVCS系统技术采用了数字信号处理（Digital Signal Processor ，DSP）芯片和大规模阵列（Field-Programmable Gate Array ，FPGA）信号处理芯片，通过这些芯片我们将高画质、低延迟、低带宽编解码算法融入，从而可以保证实现全高清、全实时、高性能图像采集、编码、传输、解码及同步显示。

4.3.3.3 网络化

在设计信号控制系统时乃至设计整个综合业务指挥中心时，我们就要突破传统的模拟视频/RGB信号传输方式，DVCS系统采用网络视频信号采集、处理、传输方式，彻底消除了视频信号传输对距离的要求上的限制，纯数字信号传输表现出更加清晰、不易被干扰的特点和优点，实现信号源接入无限多、拼接规模无限大，支持不同厂商的IP摄像头，具有IP流媒体海量处理能力。

4.4 DVCS技术在信号控制系统的应用研究

我们把指挥中心基于网络，只需要布置网线，把所有分布式节点接入即可实现对已布网络的区域进行音视频采集，可音视频输出，通过触控平台或控制电脑对该区域的设备进行控制。

每个分布式节点上面均带有中控接口，既可以负责音视频的采集与传输，又可以对指挥中心大厅的设备实现集中控制，所有节点通过交换机进行调度，通过一体化终端对指挥中心大屏幕以及各个席位的音视频等各类信号源进行可视化切换、存储、调用。

4.4.1 电源管理

DVCS通过电源管理器对指挥中心用电部位如灯光电源、各类显示单元电源以及各类设备电源进行集中控制、集中管理、集中调度。

4.4.2 调音台管理

把调音台进行预调，控制好音频模式后，通过控制软件对音量大小进行控制。

4.4.3 攝像头管理

指挥中心大厅内的各类摄像头信号由输入节点采集后通过接入信号控制系统实现对各个摄像头进行实时监控或可视化操作，并通过信号控制系统对摄像头进行控制。

4.4.4 数字会议系统管理

DVCS中控功能与数字会议系统对接使用，实现会议跟踪功能，当发言人按发言按键，会议主机相应发送代码至信号控制系统，信号控制系统相应实时调用摄像头预设位。

4.4.5 视频会议系统管理

DVCS与视频会议终端系统对接使用，实现上下级的异地视频指挥和会议功能，可通过控制电脑对视频会议终端进行控制操作。视频会议终端系统可将异地摄像头信号输送至本地输入节点，本地摄像头信号可通过本地输出节点输送至会议终端系统输入，这样即可实现异地视频指挥会议功能。

4.4.6 分布式节点管理

信号控制系统节点采取IP化，每个节点配备不同IP，所有节点连接至交换机形成一个完整的分布式架构系统，即各个席位可独立完成工作，也可以通过信号控制系统相互配合实现合作机制。

5 总结

DVCS具有较好的图像处理性能和多种信号源处理显示能力，解决了大量信号源在综合业务指挥中心实时显示的问题，为综合业务指挥中心信息的互联共享提供了较好的解决思路，通过这种技术我们可以将所有需要显示的数据、图形、视频等信息在各级综合业务指挥中心能够实现同步显示，提高了指挥中心的可视化水平，提供了一种良好的解决思路。

参考文献：

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[2] 李智勇，王本胜.分布式指挥与控制关键技术及其发展[J].国防科技，2017（6）.

[3] 陈君.远程分布式数据库动态图像信息检索系统设计[J].计算机测量与控制，2018（3）.

【通联编辑：梁书】