分布式混合架构的省级气象会商系统＊

赵瑞金

(河北省气象信息中心，河北 石家庄 050021)

0 引言

省级气象会商系统覆盖省、市两级，承担与中国气象局和省内各级相关部门天气会商、会议、应急连线以及远程培训等任务，已成为气象部门重要的业务支撑平台[1,3]。在省级气象会商系统中，“硬+软”、“本地+云”混合的视频会议架构得到了广泛应用[4-9]，为气象会商提供了丰富的业务应用模式。

为做好2022年冬奥会的气象服务保障工作，河北省气象局对省级气象会商系统进行了升级改造，建设了集传统专网和云视频会商技术于一体的基于分布式混合架构的省级气象会商系统，满足预报会商、应急指挥、业务监控和学习交流等多方面需求。

1 总体设计

系统采用分布式架构设计，通过气象专网实现业务平台互联互通、信息共享，并利用卫星链路和4G/5G等无线备份通信方式保障极端情况下与应急现场之间的互通。引入云视频会议技术，拓展了移动客户端接入会商等应用场景，满足各级气象部门之间，以及与政府部门之间的预报会商、气象服务、应急指挥等多种业务需求。

1.1 传统专网视频会商和云视频会商相结合

主要包括两部分，固定会场采用传统气象会商系统架构，由硬件MCU（多点控制单元）、视频终端等核心设备组成；另一部分为云视频系统，引入目前视讯行业最新的云视频技术，在DMZ区部署本地化的云视频系统，包括云MCU、一体化云视频终端，利用桌面软件和移动设备，通过浏览器、软件、手机、PAD 等设备组建小型讨论会商，自主控制会商流程，提高了实时沟通、快速反映能力。

系统实现了互联网用户接入并与内网用户交互，通过音视频流的转接，实现云视频会商系统与传统气象会商系统之间互联互通，提升了资源利用率。总体结构如图1所示。

图1 总体结构图

1.2 基于分布式架构

系统采用基于IP 组网的分布式架构，专网高清视频终和云视频终端部署在机房，同时室内部署摄像机，话筒，音箱等音视频设备。在多个视频会议室部署分布式的发送节点和接收节点，实现信号互联互通和协作，通过可视化综合管理系统，实现统筹控制。气象会商系统由指挥大厅、集控室、备份系统等组成,如图2所示。

图2 气象会商系统组成

1.3 音视频系统

⑴分布式坐席管理

将分布式坐席编码节点部署在机房，与服务器连接，坐席部署分布式解码节点，连接屏幕和鼠标、键盘，通过网络实现坐席管理和控制。

⑵无纸化会商

在会商区前排座位各配置多台超薄液晶触摸显示器，通过分布式的连接可实现与大屏幕同步显示，也可单独进行显示，实现多场景视频画面展示。由控制主机来控制和管理，同时配置一台流媒体服务器，用于会议系统外部高清视频信号输入和输出的同步、异步处理转换，实现会议系统与其他视频设备的无缝对接，工作人员通过会议系统服务软件提供会议服务。

⑶多视频融合显示

为满足会商大屏幕图像和数据显示的需求，拼接控制器支持多种视频输入、输出，同时提供高速网络接口并接入本地局域网，可以接入前端网络摄像机的网络视频数据、模拟视频信号、其他业务系统计算机显示信号或网络远程桌面，利用拼接处理器强大的数据处理能力，实现图像的拼接和漫游操作。拼接处理器可提供DVI、HDMI 等多种高清数字输出接口，连接大屏幕显示系统，实现多种视频信号的高清输出显示。

音视频系统设计如图3和图4所示。

图3 视频系统框图

图4 音频系统框图

1.4 控制系统

由中央控制器，拼接控制器、可视化管控服务器等组成，实现音视频信号的切换。可视化管控服务器部署在机房，与整体分布式系统对接，部署移动控制端，实现分布式坐席管理系统和高清视频拼接处理系统的综合管控。同时部署音频处理器和环境控制器，实现音频、大屏开关、灯光、窗帘在同一界面下统一的综合管控。移动控制端与整体分布式系统对接，给与相应的权限划分，调取所有的音视频信号。系统采用高清视频专网，每路分布式信号占用带宽是4-8M，为保障会商系统数据传输质量，部署了基于分布式架构的高清视频专网，控制系统设计如图5所示。

图5 控制系统框图

1.5 备份会议室

为防范指挥大厅视频会商平台出现故障时对业务造成影响，建设一个独立的应急备份会商系统。备份会商系统配备独立的专网视频终端和云视频终端，通过专网或互联网，可与相关单位及人员保持实时的视频会商沟通。

2 应用效果

2.1 支持多种环境条件和场景的气象会商

系统含硬件MCU 和云MCU，各会场分别设置会议终端，同时满足PC、平板电脑、智能手机等设备的音视频接入。系统支持地面宽带、无线备份专网、和互联网接入，实现通过中国气象局国家-省-市-县各级气象部门通过地面宽带、互联网、无线4G/5G和卫星通信等多种方式实现互联互通，和多媒体音视频信号的融合对接，实现多场所、多种终端互通的会商需求。

以2022年冬奥会为例，省级气象会商系统作为主叫方可组织张家口、崇礼赛区气象局各会场以及竞赛场馆会商。作为被叫方与国家级、区域级各部门进行会商。固定会场采用传统会商专网方式，竞赛场馆等外部用户采用云视频方式接入。

2.2 满足省级气象会商系统各种业务需求

系统具备同时召开多组会议的能力，满足多个视频会商、会议同时召开的能力，通过气象系统内部和行业专网，实现与国家级业务单位、省级气象部门之间、市气象局建立视讯连线，并与省委、省政府、省应急管理厅、省水利厅、省民航等政府部门和相关行业进行视频连线。满足预报会商、会议、应急指挥等方面需求。

此外，可通过大屏演示预报、服务、科研等业务系统，对气象数据的采集、传输、共享和设备运行状态进行监控。系统提供会商全程录制、存储、会议直播、视频点播及下载，便于用户远程收看和后期分析总结。满足学习交流与业务监控等多方面需求。

2.3 实现视讯资源的整合与互备

传统高清视频终端和云视频终端分别通过专网和互联网连接至MCU 和云MCU，各会场音视频信号互联互通，实现与相关部门和会场设备的兼容。支持标准H.323、SIP 视频通讯协议，H.265、H.264SVC、H.264AVC 等视频编解码，G.711、G.722、AAC、OPUS等音频编解码。当主会场设备出现故障，可实时调用备份设备，保证会议正常进行。

2.4 提高信号质量和系统稳定性

系统采用基于IP 传输的编解码技术，所有节点通过交换机互联，进行数据传输，简化了繁琐的视频分配切换流程，替代了传统的视频矩阵，从根本上解决信号噪声干扰、远距离传输衰减、信号质量下降等技术难点。编码器能提供多种多样的信号接入形式，可将DVI、HDMI、VGA、SDI、CVBS 等多种传统视频信号转换成网络信号，系统性能和稳定性都大幅提高。

2.5 集中管控，操作便捷

依托于分布式系统，业务人员利用鼠标和键盘，可利用多个显示屏对不同服务器进行查看、监视和交互，获取数据信息。

在各会场，可以通过paid 或浏览器对终端、投影、摄像头等集中控制，简化了会议操作，同时在监控室可以实现对各会场的音视频信号的监控。

3 结论

基于专网视频与云视频混合架构，采用分布式部署和集中管控相结合的多媒体融合技术方案，实现了不同用户和业务平台灵活接入和信息共享，满足预报会商、应急指挥、业务监控与学习交流等多方面用户需求，优化了系统架构，提升了会商系统的保障和管理水平，系统运行稳定，操作便捷，为做好2022年冬奥会气象服务和运行保障提供了强有力的技术支持。可为气象会商系统的建设和运行保障提供参考，具有广泛的应用前景。