消防視頻會議室物聯(lián)控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

（應(yīng)急管理部消防救援局昆明訓(xùn)練總隊，云南 昆明 650032）

0 引 言

消防救援局昆明訓(xùn)練總隊會議室于2009年建設(shè)完成，因使用年限較長，設(shè)備老化，原會議室經(jīng)過多年運行，逐漸暴露出圖像質(zhì)量不高、穩(wěn)定性下降等問題，同時由于存在場地受限、燈光不達(dá)標(biāo)以及會議調(diào)度管理困難等情況，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前消防救援隊伍視頻會議保障需求。國家機(jī)構(gòu)改革后，單位名稱由消防高等專科學(xué)校變?yōu)槔ッ饔?xùn)練總隊，由原來單一的人才培養(yǎng)職能轉(zhuǎn)變?yōu)榧営?xùn)、培訓(xùn)與跨區(qū)域應(yīng)急救援增援等工作職能于一體的多功能消防總隊，這就要求總隊不但要完善應(yīng)急通信保障機(jī)制，還需建立指揮中心，完善執(zhí)勤戰(zhàn)備制度。因此，昆明訓(xùn)練總隊決定將總隊圖書館現(xiàn)有4樓報告廳改造升級成視頻會議室，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程視頻會議、日常會議、教學(xué)交流研討等工作用途。綜合對比總隊現(xiàn)有場地，本著有利指揮、便于值守、能里能外的原則，決定對總隊圖書館現(xiàn)有5樓會議室進(jìn)行升級改造，建設(shè)昆明訓(xùn)練總隊視頻會議室及指揮中心，以滿足今后遂行任務(wù)的開展。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在消防領(lǐng)域有了大規(guī)模的應(yīng)用[1]，作為消防指揮員人才培養(yǎng)的搖籃，昆明訓(xùn)練總隊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還處于初級階段。本文在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系研究基礎(chǔ)上[2-3]，提出了用于我總隊視頻會議室改造項目的物聯(lián)控制系統(tǒng)設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

此次設(shè)計包含指揮中心、視頻會議室功能房間的改造升級。系統(tǒng)升級改造后，該會議室將作為總隊日常值班、指揮調(diào)度、會議值守的重要場所。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

視頻會議室主要用于日常會議、視頻會議等。此次設(shè)計是以指揮技術(shù)和信息技術(shù)為主導(dǎo)，充分運用現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動化技術(shù)、電子監(jiān)控技術(shù)等，構(gòu)建以數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以計算機(jī)信息系統(tǒng)為支撐，以視頻會議和衛(wèi)星定位為輔助手段，集語音、視頻、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、圖像監(jiān)控、三維定位等功能于一體的現(xiàn)代化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化指揮決策中樞。充分利用現(xiàn)有設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)，對原會議室電路、網(wǎng)絡(luò)、燈光等系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計，通過物聯(lián)節(jié)點的引入，我單位會議室實現(xiàn)了被動機(jī)械控制到主動物聯(lián)感知的智能化升級改造，經(jīng)運行后驗證，該架構(gòu)層次鮮明、模塊劃分合理、使用簡便、功能強(qiáng)大，可滿足消防救援“全災(zāi)種、大應(yīng)急”的職能任務(wù)需求[4]。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 分布式物聯(lián)硬件設(shè)計

分布式物聯(lián)硬件設(shè)計包括分布式系統(tǒng)服務(wù)器、交換機(jī)、分布式物聯(lián)輸入節(jié)點、分布式物聯(lián)輸出節(jié)點。分布式系統(tǒng)服務(wù)器用于安裝分布式系統(tǒng)后臺軟件、處理控制命令，具有矩陣信號切換功能。分布式物聯(lián)輸入節(jié)點安裝于信號輸入源后，用于采集輸入信號，包括視頻信號及音頻信號。分布式物聯(lián)輸出節(jié)點安裝于信號輸出源前，用于采集輸出信號，包括視頻信號及音頻信號。此外，分布式物聯(lián)輸入輸出節(jié)點皆具備RS 232、IR、RELAY、RJ 45、USB等多種控制接口，可方便接入受控設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體控制。分布式物聯(lián)控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，因此在前期施工布線時無需提前布置各類不同的視頻線纜，統(tǒng)一布置網(wǎng)線即可。分布式物聯(lián)節(jié)點可以獨立工作，單個節(jié)點出現(xiàn)故障不會影響系統(tǒng)整體運行，在后期維護(hù)時只需替換故障節(jié)點即可，使得系統(tǒng)維護(hù)更加簡單[5]。

2.2 軟件控制流程設(shè)計

分布式物聯(lián)輸入輸出節(jié)點眾多，信號源切換形式多樣，除此之外，還需要考慮房間內(nèi)環(huán)境的控制，包括燈光、窗簾、門禁等[6]。故在設(shè)計好分布式物聯(lián)輸入輸出節(jié)點后，物聯(lián)軟件控制流程的設(shè)計變得尤其重要。系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總控制流程

當(dāng)用戶輸入指令時，首先判斷有無現(xiàn)行的模式，如果有模式，則調(diào)動多類設(shè)備完成物聯(lián)控制，否則判斷是否為音視頻分布式控制指令，如果是音視頻控制指令，則選擇匹配輸入源及輸出設(shè)備，并完成音視頻數(shù)據(jù)傳輸。如果不是音視頻控制指令，而是物理設(shè)備控制指令，則連接相應(yīng)設(shè)備的繼電器，通過物理控制接口調(diào)動設(shè)備工作。本系統(tǒng)主要實現(xiàn)了燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制等功能[7]。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)支持多平臺客戶端同時操作

分布式系統(tǒng)支持多客戶端多平臺同時觸控操作，且各客戶端觸控的信息完全同步，確保當(dāng)前設(shè)備或系統(tǒng)狀態(tài)可以快速高效的反饋給用戶。昆明訓(xùn)練總隊分布式系統(tǒng)分別支持iOS、Android、Windows系統(tǒng)，可通過電腦、手機(jī)、平板電腦等終端同時操作。

3.2 系統(tǒng)支持多用戶等級權(quán)限劃分

分布式系統(tǒng)支持多用戶操作，根據(jù)不同用戶角色給予不同的等級權(quán)限，所有的用戶分組和權(quán)限設(shè)置都可以自定義完成。在本次實現(xiàn)中，設(shè)置了系統(tǒng)管理員、視頻會議室管理員、指揮中心管理員3個賬號、分配了兩級權(quán)限。系統(tǒng)管理員可以對2個會議室進(jìn)行物聯(lián)控制，視頻會議室管理員及指揮中心管理員只能對視頻會議室和指揮中心進(jìn)行控制。

3.3 軟件支持畫面實時預(yù)覽

分布式系統(tǒng)為用戶提供了開放式可定制化的人機(jī)交互界面。用戶可以在觸控端實時看到設(shè)備的被控情況，同時可以預(yù)覽所有信號內(nèi)容，拼接回顯內(nèi)容。支持手指滑動拖拽等操作，在發(fā)現(xiàn)畫面不正常時方便管理人員及時檢查物聯(lián)節(jié)點，并排除故障。音視頻分布式物理系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 分布式音視頻物聯(lián)控制系統(tǒng)界面

3.4 跨互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程交互功能

分布式系統(tǒng)可以實現(xiàn)兩地之間跨互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程交互功能，完成面對面音視頻傳輸任務(wù)[8]。系統(tǒng)控制采用IP化數(shù)據(jù)陣控，控制數(shù)據(jù)及音視頻數(shù)據(jù)通過IP數(shù)據(jù)包在專網(wǎng)中傳輸，通過網(wǎng)閘接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程交互控制。

3.5 擁有良好的穩(wěn)定性與安全性

分布式物聯(lián)控制網(wǎng)絡(luò)采用千兆網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過部署嵌入式控制系統(tǒng)，在保證優(yōu)質(zhì)視頻畫面穩(wěn)定傳輸?shù)耐瑫r，能最大限度確保物理設(shè)備安全，網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)安全。采用AES加密算法對系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)加密，避免數(shù)據(jù)被惡意截取破解。除此之外，對物聯(lián)客戶端用戶采用用戶分級口令授權(quán)管理方式，權(quán)限可以細(xì)化到每個物聯(lián)節(jié)點及物理控制單元。

3.6 多系統(tǒng)互聯(lián)互通環(huán)境控制

分布式系統(tǒng)支持多系統(tǒng)互聯(lián)互通，可統(tǒng)一管理各會議室之間的音視頻信號互通，統(tǒng)一管理會議室周邊環(huán)境的物聯(lián)控制開關(guān)[9]。分布式系統(tǒng)控制軟件除可以控制音視頻信號切換分配外，還支持對燈光、窗簾、門禁等設(shè)備的控制，實現(xiàn)了智能化物聯(lián)全場景控制。物聯(lián)設(shè)備控制手機(jī)端界面如圖4所示。

圖4 物聯(lián)設(shè)備控制手機(jī)端界面

3.7 可快速調(diào)取多種場景模式

按總隊實際使用情況，軟件定制了多種場景控制模式，對物聯(lián)控制需求進(jìn)行了深入梳理，對物聯(lián)設(shè)備聯(lián)動工作及并發(fā)運行的場景進(jìn)行了認(rèn)真分析。通過設(shè)置場景模式，可實現(xiàn)一鍵啟動系統(tǒng)、一鍵關(guān)閉系統(tǒng)、一鍵切換場景等操作，在降低管理人員業(yè)務(wù)水平門檻的同時，提高系統(tǒng)的使用效率。為使兩套視頻會議系統(tǒng)可以無縫切換，針對不同的會議設(shè)備使用情況，制作物聯(lián)控制模式預(yù)案，用戶可根據(jù)預(yù)案控制設(shè)備開啟相應(yīng)的會議模式，軟件界面如圖5所示。

圖5 模式調(diào)取軟件界面

4 結(jié) 語

本文對消防救援局昆明訓(xùn)練總隊視頻會議室物聯(lián)控制系統(tǒng)的建設(shè)背景進(jìn)行了介紹，根據(jù)視頻會議室改造需求，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備對系統(tǒng)軟硬件體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，并對軟件控制流程進(jìn)行了梳理。文中根據(jù)建設(shè)實際介紹了系統(tǒng)的基本功能，通過一段時間的試運行，總隊視頻會議室物聯(lián)控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，界面友好，在減少管理人員工作量的同時，大大提高了工作效率，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的。下一步，項目團(tuán)隊將會對系統(tǒng)擴(kuò)展功能模塊進(jìn)行研究，旨在開發(fā)具備智慧感知、智能控制、智慧管理的物聯(lián)管控應(yīng)用，切實提高營區(qū)智能化管理水平[10]。