消防指挥中心分布式可视化调度系统设计初探

福州市消防救援支队 翁杨华

本文通过分析指挥中心传统集中式系统架构的缺陷，阐明建设分布式可视化调度系统的必要性，同时从系统设计、核心优势、应用场景等方面对分布式可视化调度系统进行了详细介绍，提出了新时期消防指挥中心建设方案新思路。

消防救援队伍作为应急救援的主力军和国家队，承担着防范化解重大安全风险、应对处置各类灾害事故的重要职责，消防指挥中心作为信息传递、科学调度、作战指挥的大脑与中枢，在灭火救援工作中扮演着举足轻重的角色。为更好地适应新时期灭火救援可视化、扁平化、多维化的指挥作战需求，传统以中控加混合矩阵为代表的指挥中心音视频一体化集成系统已无法满足需求。

1.3 传统集中式系统架构无法低成本扩展

已投入使用的混合矩阵固定信号源类型、信号进出入数，今后如需进行信号数量扩展（如指挥中心原配视频矩阵是16进16出规格，现信号扩展到18路输入），只能淘汰原有矩阵，更换更大容量设备，一定程度上造成人力、时间及经费上的浪费。

1.4 传统集中式系统架构运行容错率低

所有信号的采集与分发必须经过矩阵，一旦核心矩阵故障，将导致所有信号丢失。同时，因部署较远距离视频传输线缆，无法保证视频线缆传输的可靠性，如用网络传输器进行视频信号传输，无形增加了转换环节，增加故障隐患点。

1 建设指挥中心分布式可视化调度系统的必要性

1.1 传统集中式系统架构设备繁多

分布式是集矩阵、拼接（LED、LCD、DLP等）、控制、传输、中控、画面分割、KVM、投影融合、可视化控制等于一体的系统，系统整体包含设备种类多、配置复杂、线路部署繁琐，系统统一性、集约性不高，指挥中心管理操作及技术维护人员工作任务重、压力大，操作出错率较高，排障维修较为困难。

1.2 传统集中式系统架构信息共享受制约

单个指挥中心内各类信息的互联互通只能依托会商系统、视频系统等第三方应用系统软件实现，无法通过指挥中心部署的音视频综合处理平台实现与异地指挥中心、移动指挥中心的信息资源共享。

2 指挥中心分布式可视化调度系统建设原则

2.1 技术先进性

区别传统集中式架构设计，系统采用去中心设计，无服务器架构，在满足当前指挥中心需要的同时，着眼于未来协作指挥发展的趋势。

2.2 安全可靠性

系统能满足7×24h连续不间断运行，保证系统99.9%以上的年利用率。采用物理隔离机制，有效消除病毒感染、黑客攻击等网络安全隐患，安全保密性强。

2.3 易维护性

系统采用模块化设备结构，关键设备具有冗余设计，支持模块接口热备、链路传输热备、供电双备份和系统热备，设备故障可快速修复。

2.4 经济实用性

系统具备故障点少、操作简单、管理方便、无故障运行时间长、远程改造或扩容投资少以及运营成本低等特性。

3 指挥中心分布式可视化调度系统设计(如图1）

图1 指挥中心分布式可视化调度系统架构示意图

3.1 前端子系统

依托输入采集节点设备，资源信号由各类输入源设备（如：业务主机、高清摄像机、笔记本、视频会议终端等）通过HDMI/DVI/VGA/SDI/DP等模拟或数字接口接入输入采集节点，业务终端（台式PC、笔记本、平板等）控制信号由电脑USB端口连接到输入采集节点，完成信号采集后，输入端节点会将采集到的信号进行编码，打包到网络交换机上进行数据传输。

输入模块支持常见高清视频信号的直接接入。业务终端与分布式KVM输入节点之间通过USB-HID协议连接，识别设备的固件仅支持HID 报表格式，接口无法传输存储类U盘设备，确保数据资料不外泄。

3.2 网络交互子系统

交互设备采用标准网络交换机，系统独立组网，无需占用中心网络资源。交互设备与输入/输出端之间通过CAT6网线连接，可配置POE交换机给各个输入/输出端供电，无需再为输入输出端单独供电，减少部署难度及故障产生点，使用维护简单。

依托新型传输算法及图像编码技术，实现低带宽传输高画质图像，有效解决高码率在多路并行时画面出现卡死、撕裂不同步等问题，防止因带宽占用压力过大而造成网络崩溃。

3.3 输出系统子系统

依托输出显示节点设备，输出显示节点通过各类音视频线材与显示单元连接，将通过网络传送来的信号进行解码，实现输高分辨率输出，保证音视频清晰度与还原度。无需拼接，处理器直接对接各种拼接大屏，为大屏显示系统提供拼接、分屏、开窗、漫游等操作。

3.4 中心管理平台软件

中心管理平台软件可安装于电脑、服务器及移动终端，平台以IP为基础,通过每一路网络IP信号辨别音视频输入、输出源,进行编解码、传输、切换、拼接等处理计算。基于网络IP标识,系统可随意交换接口并保证稳定性。系统支持第三方设备的集中控制,支持双向实时反馈，实现对第三方电源系统、灯光系统、报警系统设备等设备的控制。

4 指挥中心分布式可视化调度系统核心优势

4.1 系统去中心化架构

系统中所有节点设备均内置独立运行系统，无需依靠中心服务器进行数据交互，实现系统去中心化运行。基于分布式架构，可以做到任意节点设备离线不影响全局，避免单点故障全局瘫痪困境，为指挥中心提供安全稳定的运行环境。

4.2 跨区域无缝调度

系统支持跨区域信息资源调度，不受空间地域限制。满足分散于各地的消防支队、大队、站及移动通信指挥车、前方作战指挥部、安保指挥部内不同消防信息资源调度需求。在重大事件、急难险重任务发生，跨区域调派消防作战力量时，实现异地消防信息资源的相互共享、互联互通。

4.3 系统扩容性强

系统可根据整体信号容量配置交换机，利用现代网络交换机技术，通过对多个交换机级联、堆叠或配置汇聚、核心交换机进行数据交互，理论上实现系统无限扩容。同时，基于网络交互实现异地信息互通，进行不同区域、不同地点的音视频信号传输。

4.4 物理隔离机制

分布式前后端节点设备跟指挥中心电脑主机通过视频线进行对接，因视频数据协议和互联网网络协议分属不同协议，不存在相互之间数据的外泄或入侵。消防业务信息网络与分布式可视化调度系统控制网络实现物理隔离，通过物理隔离机制、软件加密算法隔离、USB单向传输隔离等技术手段确保信息安全。

5 指挥中心分布式可视化调度系统应用场景

（1）指挥中心内各类音视频信号资源通过专用局域网（独立设置，区别于消防指挥调度专网）统一调度管理。在各音视频节点部署分布式可视化调度系统设备，通过系统控制软件将所有音视频节点进行可视化汇聚，实现指挥中心内不同信号源的监控、显示、控制和切换。在应对重大警情时，在大屏上灵活切换所需数据、图像资源，不占用消防指挥调度专网带宽，为灭火救援指挥决策提供科学可靠依据。

（2）指挥中心内各电脑终端互通协作。通过分布式可视化调度系统设置KVM坐席输入节点、KVM坐席输出节点，实现一台电脑操作不同位置电脑，即一个指挥中心坐席可同时管理多个不同业务系统坐席，所有操作通过一个操作员、一套键盘鼠标完成，任意调用不同操作系统、不同分辨率、不同接口数据，实现“人机分离”、“一人多机”。同时，按需分配全面控制、仅可观看、不可访问控制等不同操作权限，做到分级管理、分级操控、分级指挥，进一步推动指挥中高效运转。

（3）移动指挥中心克隆城市指挥中心。消防救援队伍主要依托“动中通”、“静中通”卫星通信指挥车或是前突通信保障车建立移动指挥中心，并统一接入消防指挥调度专网。通过分布式可视化调度系统前后端采集节点设备及分布式KVM功能，将城市指挥中心坐席电脑信号直接远程调度至移动指挥中心内显示设备（如在城市指挥中心内已部署的119接警调度系统、已对接的公安社会监控、交警路面监控、气象预警等资源），改进以往移动指挥中心仅有现场图像资源，指挥决策信息量不足的问题，进一步提升灭火救援效能。