科能融合：现场应急指挥系统架构

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       现场抢救指挥通信系统是一种信息系统。这种信息系统由指挥业务系统和覆盖突发事件现场的电信网络组成。鉴于这种信息系统的指挥业务系统通常釆用简明的电话业务系统，而电信网络通常采用多种多样的传输系统，以支持上对中央政府，下对当地政府、当地驻军、当地通信公司、现场抢救群体等指挥对象，因而通信网络相当复杂。所以，其通常也称为“应急通信指挥系统”。

一、现场救援指挥通信系统的使用要求

现场应急救援指挥通信系统的使用要求如下。

     （1） 基本用途：支持灾区最高指挥员实施现场指挥。

     （2） 电信业务：固定电话、固定会议电话、电视、图像。

     （3） 工作环境：覆盖整个灾区。

     （4） 设计目标：要求高可靠、高安全、高机动，尽可能简明；保证业务质量、保证信息内容安全，尽可能改善电信网络的安全性，尽可能提高网络资源的利用效率。

     （5） 使用配置：设置一个现场抢救机动指挥所，配置一个支持现场抢救指挥的应急通信网络。现场应急救援指挥通信系统的技术手段和网络架构，目前仍在讨论中，各种方案也在发展与完善中。

二、现场救援指挥通信系统的主要功能

      在突发事件发生后，现场救援指挥通信系统应迅速到达突发事件现场，支持现场指挥、调度和接受上级指导。

1. 对外通信功能

       通过卫星通信（如果可能，也可以通过地面公网或地面互联网，甚至空中浮空平台）与上级进行通信，支持现场图像、语音、地理信息视频会议等业务。卫星通信釆用“动中通”的技术，具有运动中对外通信能力。

2. 智能决策

       智能决策具有对现场情况实时监控、显示、分析、综合处理的功能，为事件处置、应急指挥提供决策性依据。综合应用软件运行在两台工作站和一台服务器上，其主要作用是提供指挥员及时了解突发事件的发展态势、査看各种釆集数据和现场音/视频、调阅历史数据和紧急预案并做出指挥决策。

3. 现场信息采集功能

       在应急情况下，突发事件大多数出现在环境非常复杂的边远地区，本通信指挥车往往只能开到距高突发事件现场一定距离（几千米范围内）的场地进行应急决策与指挥调度通信。对于通信设施奇缺的突发事件现场，缺乏必要的通信手段，可将现场多参数信息传递到通信指挥车。因此，通信指挥车除与国务院应急指挥大厅之间的信息实时传输交互之外，还需要为通信指挥车不能开赴

       突发事件第一现场时提供无线图像传输系统，作为第一现场与之间指挥部重要的引接手段。

4. 现场办公功能

      当处理较大突发事件时，通信指挥车到达突发事件现场后，可迅速将局域网扩展到现场办公区，以支持现场办公区的网络接入。

5. 平台之间协同工作功能

       当有较大的突发事件发生时，现场常常汇聚各个行业及部门的移动指挥车，利用现场的无线宽带局域网，构建一个有中心的点对多点的无线网络，本通信指挥车可作为现场应急救援的最高指挥场所，对现场的其他应急通信车（如省厅级、市局级、各部门等）进行指挥调度，实施现场紧急救援指挥。

6. 会议电视功能

       在重大突发应急公共事件发生时，本通信指挥车地处突发事件现场，利用视频会议系统可以实现异地会商，听取上级领导指示和专家意见，及时开展各项应急指挥调度工作。既可以听到对方的声音，又可以看到对方的视频，大大提高了会商、分析、协调、处理等应急工作的效率。

7. 视频图像接入与显示功能

      通信指挥车的图像信息直接来源于现场，信息量比较大，由于传输信道带宽受限，同时只能有一路图像接入国务院应急指挥中心。本通信指挥车配置了大屏显示器、视频切换矩阵、视频存储设备，可实时显示、记录现场情况。

      车载型应急通信指挥车系统的功能如图2.7所示。

图2.7车载型应急通信指挥车系统的功能 

三、现场救援指挥系统的组成

       车载型现场应急指挥系统的组成如图2.8所示。现场救援指挥系统作为现场的指挥中心，提供远程通信和区域通信的功能；通过远程通信接受上级指挥和控制;通过区域通信对现场各个抢救群体实施指挥。远程通信系统包括卫星通信信道和可利用的地面公用电信网络；区域通信系统包括常规电台和集群通信系统。现场救援指挥系统的构成如下：现场网络子系统；综合网络控制子系统；业务终端子系统；综合应用子系统；对外通信子系统。

图2.8  车载型现场应急通信指挥系统的组成

1. 现场网络子系统

     （1）功能。当应急通信指挥系统到达突发事件现场后，可迅速构建起现场网络系统，采集现场的视频、音频、数据等信息，对现场抢救进行指挥调度。

现场网络子系统的主要功能如下。

       1） 釆集地理位置信息、图像信息、声音信息、环境参数信息及危险源等信息。

       2） 支持电话、音/视频、数据业务传输。

       3） 通过350MHz电台，或可能使用的GSM、CDMA（Code-divisionmultipleaccess,码分多址）移动电话对现场各个抢救群体进行指挥调度。

     （2） 现场信息釆集和传输。现场信息釆集和传输部分由便携式无线图像传输设备和车载式图像接收设备组成，支持非视距传输。其主要功能是釆集现场音/视频信息、图像编码、现场数据传输、数据接入和图像解码。

视频釆集采用PAL制（PhaseAlternationLineSytem）式摄像机，经H.264图像压缩编码后上传，可以最大限度地保证原始视频素材质量。便携式无线图像传输设备的上行信源包括视频采集、音频釆集、传感器信息、地理位置定位信息。

     （3）综合调度。综合通信控制器作为核心控制设备，具有针对不同通信方式的专用接口，每个接口对应一种特定的通信接入设备，如800MHz数字通信系统、350MHz常规电台、短波/超短波电台、模拟电话接口、IP电话接口或卫星电话接口等。综合通信控制器本身具有256路时隙交换能力，通过交换矩阵可以实现各种通信接口之间的连接，单系统的最大容量为15个端口，支持级联，单系统具有30方会议资源，能够分成15个通话组进行通话，也可形成30方大通话组。

2. 综合网络控制子系统

     （1） 功能。综合网络控制子系统为移动应急平台车内设备提供一个互联互通的本地网络，支持接入和网络管理功能，如网管代理功能、网络配置功能、业务接入功能、路由功能、组网功能。

     （2） 组成及连接。综合网络控制子系统由综合网络控制设备、网络交换机、IP接入控制器、路由器及N-port串行通信设备组成。

       综合网络控制设备实现网络控制、对外传输控制及系统管理功能；网络交换机实现移动车内局域网并提供业务接入LAN（localareanetwork,局域网）接口；IP接入控制器实现业务捕获申请信道、IP加速、路由配置等功能；路由器实现对外传输的IP路由。

     （3） 各种业务QoS（Qualityofservice,服务质量）保证。本系统釆用差别服务模型来保障各种业务质量。差别服务模型是一种基于类的技术，它在网络边界将数据流按要求进行简单的分类，并根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题。差别服务模型的主要实现技术有报文分类、拥塞管理、拥塞避免、流量整形与监管等。

本系统中主要的业务类型有VoIP电话、视频、图像及综合数据业务，其中VblP电话业务优先级最高，视频、图像业务次之，综合数据业务最低。

3. 业务终端子系统

        业务终端子系统支持实现各种业务（语音、图像、视频会议）功能的硬件设备，包括用于实现语音通信、图像切换与编码传输、会议电视、现场办公、卫星导航定位等多种业务的终端设备。

     （1）语音通信功能。语音网关是把因特网和电话网这两种不同特性的网络互联起来的设备，具备语音信号处理、信令转换、呼叫应答、选择路由等多种功能。

     （2） 图像切换与编码传输功能。图像切换与传输功能主要依靠音/视频矩阵切换器、视频服务器等设备实现。通过多画面分割器及音/视频矩阵的切换，可以把所需的音/视频信息在扬声器和大屏显示器上播放出来。大屏显示器通过多画面分割器及视频矩阵切换器可实时单画面或多画面播放。播放信号包括现场采集传输回来的图像信息、车外摄像机釆集的图像信息、会议电视信息、预警预测、智能决策信息、现场办公便携式计算机的显示信息等。

     （3）会议电视功能。会议电视功能主要依靠会议电视终端等设备实现。本系统配置支持H.323V4的视频会议终端；支持双路视频传送，支持PPPoE（Point-topoint protocol over ethemet,以太网点对点协议）和最新的H.264标准；内置多点控制单元（Multipoint control unit,MCU）,设备内置的PCU支持5点IP+ISDN（Integrated services digital network,综合业务数字网）同时开会，支持主席控制和声音自动控制方式。

     （4）现场办公功能。现场办公功能主要依靠多功能一体机、便携式笔记本计算机和其他办公设备实现。这些设备小巧、节能、性能稳定，既可固定安装使用，也可以搬移使用。受空间限制，可选择一台集打印、复印、扫描、传真于一体的现代化多功能网络办公设备。

     （5）卫星导航定位功能。卫星导航定位功能主要依靠北斗GPS双模用户等设备实现。车内载北斗GPS双模用户机是将北斗和GPS系统的天线与主机进行集成设计的一款导航定位终端，便于用户在不改变车体结构的情况下快速安装使用。

      （6）组成。业务终端子系统的具体设备组成为1个车顶摄像机、1台视频矩阵切换器、1台多画面分割器、1台大屏显示器、1台硬盘录像机、2台扬声器、1台图像编码器、1套VoIP网关电话、1套定位终端、1台便携式笔记本计算机、1台办公式功能一体机、1套会议电视终端。

4. 综合应用子系统

     （1） 功能。

综合应用子系统是装载在本系统中的应用软件系统，运行在工作站和服务器上。其主要作用是支持指挥员及时了解突发事件的发展态势、查看各种釆集数据和现场音/视频、调阅历史数据和紧急预案并做出指挥决策。

综合应用子软件系统的功能主要有综合业务管理、预测预警、智能决策、指挥调度、应急保障、数据库管理、综合信息显示。

    （2） 组成。

      1）硬件设备组成。综合应用子系统设备由一台服务器、两台工作站、一台网络交换机、一台液晶显示器和一台共享器组成。服务器釆用机架式，可安装在标准的19英寸（1英寸=2.54cm）机柜内。通过共享器，服务器和工作站共用一套键@44盘、鼠标和液晶显示器。

       2）软件系统组成。

      a. 操作系统：服务器和工作站的操作系统均选用MicrosoftWindows标准版。

      b. 应用软件功能：GPS定位和地理信息分析能力；具备信息分析处理功能，并具备一定的态势分析和预警能力；数据库检索调阅能力。

      c. 数据库管理软件：釆用ORACLE,软件版本与指挥中心保持一致；移动应急平台的数据库结构、表名等与指挥中心数据库保持一致。

      d. 网络安全软件：服务器和工作站均安装相应的网络安全软件，包括软件防火墙和防病毒软件，并保证定期更新。

5. 对外通信子系统

（1）对外通信信道的建立过程。

       1）点到点卫星通信链路的建立过程。对外通信子系统网管代理提出信道请求送达中心站网管中心，网管中心根据在数据库中保存的各站资源配置情况，为通信双方站分配一对相应带宽的信道中心频率，并通知网管代理配置站内的Modem（调制解调器），建立Modem之间的通路；同时网管中心分配两个IP地址给两个站路由器端口（WAN端口），站内IP控制器根据网管中心分配的通信双发站的路由器WAN（Wideareanetwork,广域网）端口IP地址，为本站WAN端口添加点到点路由，建立路由器到路由器的通路。

       2）点到多点广播链路的建立过程。此类型链路主要用于图像广播。网管中心分配一个广播信道（相应带宽），通知图像广播站和接收站，广播站网管代理配置业务Modem发送频率，开载波，接收站配置业务Modem接收频率为分配的广播信道中心频率，建立一Modem到多Modem的广播卫星通路。同时，网管中心为广播站路由器、接收站路由器使用的WAN端口各分配一个在同一网段的IP地址，站内IP接入控制器在接收到网管中心通知后，添加点到点路由，使广播站来的IP分组可以到达接收站的局域网。

       3）按需请求卫星信道。卫星通信网有专用网管时，具有按需请求卫星信道功能。在需要时，综合网络控制系统通过卫星通信网管信道向中心站申请信道。

       4）固定分配卫星信道。在任务准备阶段，预先通过其他通信手段获得中心站分配的业务信道参数，通过综合网络控制软件界面输入系统中，手动建立到中心站的传输链路。

       5）通过公网的路由建立。对外通信子系统通过本地公用电信网络与北京中心站通信，可在本系统内分配VPN（Virtualprivatenetwork,虚拟专用网），利用专线或ADSL（Asymmetricdigitalsubscriber line,非对称数字用户线）电路，接入本地公用电信网络。

（2）业务接入。

       1）数据业务接入。数据业务通过数据终端（计算机）接入卫星通信网，计算机终端直接连接到网络交换机上。其提供终端到终端之间的点到点卫星通信连接,支持基于IP网络传输的点到点的传输协议（如TCP、UDP、Telnet等）。

        2）语音/传真业务接入。语音通过语音网关接入网络。语音网关提供FXS/FXO接口，可以直接与电话/传真单机连接，也可以与电话交换机连接，实现电话中继功能。

        3）视频会议业务接入。移动车与视频会议系统中心站建立链路后（卫星通信信道或公网），车内的视频会议终端与视频会议中心建立连接，因为视频会议系统是一个独立的系统，移动车内的视频会议终端作为视频会议的一个分会场加入视频会议系统中。移动车内的视频会议终端加入视频会议系统成功后，可以在视频会议系统中心组织召开视频会议，选择回传会场、请求广播、请求发言等。

       4）图像传输业务接入。图像传输业务通过视频服务器接入到网络。视频服务器提供AV接口和网络接口，AV接口用于连接音/视频输入设备（如摄像机），网络接口与网络交换机连接，然后通过IP接入控制器和路由器配置的组播路由功能实现图像业务的广播的指定站点的回传。