基于视频的指挥调度系统陈亮，彭栋琦，刘剑锋，张大钢，叶旭鸣（天津津航计算技术研究所）摘要：视频指挥调度系统具有广泛的应用范围，如城市预警、交通、城市管理、安防监控，军事应用等领域，其特点为覆盖广、传输快、清晰度高等。
本文以综述的形式，从系统特点、组成、功能以及关键技术方面介绍基于视频的指挥调度系统，从诸多方面描述视频指挥调度系统在应用研究中涉及的技术内容，最后从产品设计角度出发，描述几个底层设计需要面对的扩展性问题，为指挥调度系统的应用概括一个可行方案，更方便地为调度指挥提供丰富的即时信息，提高应对速度，为辅助决策提供帮助。
关键词：视频指挥调度系统；图像智能分析；稳定性；安全性0引言信息技术的迅猛发展，计算机、通信、网络等的广泛应用，改变了应急指挥调度手段和方式，使得指挥调度更方便、快捷、灵活，性能更可靠、稳定、安全，其应用范围更广泛，如预警、交通、城市管理、地质灾害防治、军事应用等等。
采用高效宽带网和视频监控系统，有效的解决了覆盖面狭小、传输速度慢以及清晰度低等问题。
在指挥调度系统中引入网络视频监控系统对指挥员指挥调度辅助决策提供了有效的依据和可靠的手段。
在军事应用中，指挥调度是衡量军队作战指挥水平的重要指标，也是军事训练中重要的环节。
视频信息因为其直观、具体、更具准确性等优点，给指挥者实施及时、有效的正确指挥带来了积极的效果。
随着军队光纤通信和宽带网的建设，提供了建立军队视频指挥调度系统的条件，运用先进的通信技术和视频图像技术，通过创新使指挥调度系统发生质的飞跃。
在机械化军事训练向信息化军事训练转变的背景下，视频指挥调度系统的出现将对信息化军事训练起到极大的促进作用。
目前，指挥调度系统对视频监控系统的需求越来越高，不仅仅局限于单纯的视频监控，还需要基于有效的交互机制来解决各种出现的问题，即可视化指挥调度系统，把通常的视频监控进行功能扩展和技术优化，实现对意外或事故提前预防、及时发现和应急处置。
1系统特点(1)基于高速网络技术和软交换技术，网络互连简单可靠、成本低，满足视频指挥调度的需求，并且能与传统的调度系统、视频会议系统、视频监控系统、综合网管系统互联。
(2)具有视频监控功能，指挥调度的现场图像实时传送，根据不同的带宽采用不同的压缩方式。
(3)具有视频会议功能，各方可视双向通话。
(4)指挥调度全过程的数字化存储，系统存储指挥调度的视、音频及数据信息，作为以后资料备用。
(5)对不同的用户根据其级别提供不同的指挥调度权限，进行有效的信息交互，以及对某些场景的控制功能，合理分配资源。
2系统组成视频指挥调度系统是综合视频信息平台，不仅具备可视化指挥调度功能，还具备视频会议、视频监控、图像智能分析、视频报警联动等多种视频应用功能。
其子功能模块与其他应用系统的集成关系如图1所示。
各模块依赖于综合管理控制平台，即相对独立，又可有机结合，其中综合管理控制平台和视频指挥调度模块是系统的基础。
图1系统功能模块及其内部关系视频监控系统由前端设备、传输网络、控制中心和终端设备四部分构成，视频监控系统结构关系如图2所示。
通常来说，在具体的应用过程中，系统为分级设计，前端设备、传输设备与显示设备数量众多，控制中心根据不同等级控制不同的空间范围，存储备份设备是一套具有冗余、抗毁的存储设备。
前端设备主要由光学传感器、云台等组成，主要功能是完成环境数据的采集，如通过云台控制光学传感器可以进行远近、角度的变换，对不同方位进行观察，达到360°全方位监控。
为了扩展系统的功能，前端设备可以添加各类传感器以及报警装置来满足不同的需求，如，温湿度传感器。
根据实际需要选择，保证图像的实时传输以及传输质量，传输设备通过同轴线缆、网络、光缆、无线等方式传输。
控制中心是系统的核心部分，主要完成各类信号的信息加工与处理，信息存储备份，视频分发，视频查阅，多方位视频切换，信号报警处理，发送控制信息，等级控制等。
图2视频监控系统结构关系图视频指挥调度系统通过电脑和网络，使视频图像在高速稳定的网络上传输，达到视频监控系统的数字化、网络化和智能化的目的，这“三化”也是未来发展的主要发展方向。
目前，随着计算机硬件和网络带宽的大幅提升，系统设计的趋势为提高传输速度、增强图像清晰度、提升智能处理程度、加强智能信息交互能力，如此来有效的保障指挥调度的及时性与准确性。
3系统功能视频指挥调度系统围绕视频监控、视频指挥调度这两大核心功能需求开发的一个综合数字视频通信系统，整合了多种资源，实现视频指挥调度、远程视频监控与智能监控、视频会议、任意类型视频接入、环境监测及报警联动等功能，目的是加大安全监督力度，提高各种突发事故的应急处置能力，增强整个系统的生产、管理和运行效率。
用户可根据自己不同的应用需求，灵活配置所需专用功能模块。
3.1视频监控实时对现场监控，前端设备对现场录像，指挥中心对录像文件进行管理、播放、保存。
操控人员能灵活切换现场视频画面、控制云台和摄像头，方便地组合显示多路的视频画面并支持语音对讲。
通过配置，可显示任意联动报警点的图像，支持拍照，随时抓取监控现场图像。
3.2视频指挥调度视频指挥调度平台具有多种操作级别和权限，控制中心管理人员通过指挥调度终端可以向各分级调度中心，发布指挥和调度命令，调度中心与现场、上级对所属各部门、各级领导与下属之间可以实时地进行音、视频的双向交流。
指挥调度终端通过视频广播功能，将关注的监控图像和关联的指挥调度终端图像合成后广播到各个指挥组成员。
系统可实现多种指挥方式：点对点指挥调度、点对多点指挥调度、多组指挥调度、插入指挥调度。
指挥调度系统可与环境数据采集监测系统、智能视频监控系统无缝集成，组成功能更强大的综合视频应用系统，充分满足生产调度和安全管理的可视化和智能化要求。
3.3环境数据采集监测环境数据采集监测子系统由数据采集器和传感器组成，数据采集器通过传感器可以采集实时的自动化采集(如图像、温湿度、气体浓度、电流、电压等)，使管理者能够及时掌握兴趣环境的实际情况变化，还能够根据现场需要，设定各种环境参量的上下限以及各种报警开关量，当监测数据达到设定触发条件时，产生报警信号并联动视频监控、出警点图像，并将及时传给调度中心得到处理。
3.4智能监控智能视频监控子系统主要是针对图像传感器，通过智能视频监控分析模块对视频图像进行分析。
用户根据安全规范和监控环境具体情况，设定安全侦测、智能监控策略，智能监控系统通过智能视频分析技术，自动智能地检测到安全威胁时，能够依据安侦策略实现对多种安全威胁的自动报警，记录异常情况的过程，并联动到中心调度室进行报警显示。
同时，综合管理控制平台具有独立的视频智能处理模块，可对任意时段的视频进行特定视频分析，针对不同的环境情况智能监控子系统进行补充式辅助控制。
3.5视频会议根据用户的应用需求，在网上召开视频会议，进行多方探讨，进行双向音视频交流互动。
系统支持多组会议，主席可以设定多个例会，每个例会包含相对固定的成员，主席可以方便地组织会议。
会议成员可随时加入和退出会议组。
主席可以对各个会场的发言权进行控制，并可广播某一分会场。
3.6其他利用双向交流功能和数据会议功能，从本身视频库，或者外接任意类型的视频，传输讲课人的图像和教学课件，实现远程培训；在各视频终端上，通过终端遥控器或通过PC登录到点播流媒体服务器上的多媒体课件和各类多媒体教学资料，也可以点播会议的录像资料，为用户提供丰富生动的多媒体信息平台。
4关键技术视频指挥调度系统以服务器和显示设备为基础，依托于网络技术，参考多种传感器的感知数据，结合智能视频处理的分析结果，采用友善的信息交互技术，按需呈现给不同的观看人员，实现综合性智能指挥控制平台。
综上所述，从技术层面上，需要如下几类技术。
4.1高速网络传输技术物理拓扑：不同形式的物理连接会直接影响网络的传输性能，根据用户的规模和应用的特点进行特色拓扑设计是一项必须的关键技术。
通过系统仿真验证，确定节点的多少，位置的安放、鲁棒性控制、冗余性控制以及成本的控制都是物理拓扑研究中必须考虑的。
数据传输协议：不同的传输协议有着不同的传输效率，根据用户需求，开展可变的协议应用研究，能够针对不同的数据内容、紧急程度进行不同程度的传输。
网络资源管理：以大系统的层面对网络上流通的数据流资源、网络传输物理节点资源以及相应的保障性资源，进行合理优化、网络精简、网络评估、资源的健康管理等。
网络生存性研究：针对传输高峰或者物理断路，进行网络节点通路的重新选择或重组，策略与实施的实时性是评估网络抗干扰和抗毁能力的一个重要指标。
网络传输模型与协议的有效结合：从系统层面保证数据的集中、处理、分发的机制，从底层保证数据的安全、可靠、有效。
4.2视频处理技术兴趣区检测：针对用户的需求，对不同的应用背景，提出具有针对性的目标检测技术，能够检测异常情况、意外事件、可疑事件。
目标跟踪与识别：根据视野中的场景变化，对指定目标进行有效的跟踪，分析动态行为的异常因素，同时能够识别已确定的目标，配合智能监控系统有效地捕捉各类已知和未知的目标物体。
4.3信息压缩技术视频压缩：视频属于海量信息源，对其进行传输或存储，必须经过压缩，需要研究不同策略的视频压缩，基于先验知识对相似历史场景的视频进行大比例压缩，对有异常情况的视频进行基于内容的压缩技术，开展分级压缩，如，前景采用多分辨率压缩模式，背景采用高压缩比模式。
音频压缩：音频压缩与视频压缩具有相同的高度，需要根据先验知识开展基于内容的压缩技术。
数据压缩：数据压缩采用无损压缩，根据用户需要，对较大的数据进行压缩，提高压缩比和压缩效率是系统实现的有力保证。
4.4显示技术多视频内容的快速切换显示保证了用户的观看目的，基于多显示器的集合显示技术保证了用户的体验效果，同时，还有海量视频信息是按需随机被访问，因此，研究一种快速的数据分发与显示技术是必要的。
4.5智能传感器前端设备属于智能传感器范畴，对检测目标进行必要的增强处理，滤除不必要的信息干扰与噪声，能够识别处异常情况，并主动传输给上级系统，各种传感器的智能处理过程是一项复杂的研究工作。
4.6信息交互技术双向的交互方式在处理应急事件时是必需的，有效、便捷的信息交互能起到事半功倍的效果，使用者通过快捷的操作方式对感兴趣的视频信号进行处理，能够提高办事效率。
信息交互模式的研究包括手势操作、激光笔操作等。
4.7工程化的快速实现视频指挥调度系统涉及了非常多的算法，算法的智能程度一定程度上决定了算法的复杂性，从工程角度开展优化与加速设计，是一项有意义的研究工作。
4.8硬件支撑平台技术系统的实现必须有硬件平台作为实施基础，整个系统从上到下，涉及了计算机、计算机网络、嵌入式DSP处理平台、FPGA硬件开发平台等诸多开发环境，经过不同的组合，会形成不同智能终端、控制设备等，相应的开发技术与时俱进，快速高效的开发与应用是必须的基础工作，在其上进行高性能、高集成设计、抗干扰与抗恶劣环境设计，都是非常有意义的研究工作。
