基于光纖技術在應急聯動指揮系統中的應用

文｜上海金橋信息股份有限公司 莊正云

近年來，隨著災害、災難及突發事件呈現出多態、綜合、發生頻度高、危害面廣等新特點，面對諸如SARS、5·12大地震、11·15膠州路火災等情況，需要政府職能部門建立完善的應急聯動指揮預案，積極響應、快速應對，提高政府應對災害、災難及突發事件的能力，保障公眾的生命財產安全，維護國家安全和社會穩定，促進社會經濟全面、協調、可持續發展。

隨著計算機多媒體技術、網絡技術的迅猛發展，電子政務正逐步應用在突發事件的應急處理上。完善突發公共事件應急信息系統的管理體制，加強應急平臺的建設，整合各類應急信息資源，提高突發公共事件應急信息系統的建設和應用水平，已成為政府系統政務信息化建設中不可或缺的部分。

中國各省市根據自身特點以及自身工作定位，陸續構建適合自身要求的應急聯動指揮平臺，完善應急聯動指揮中心功能，不斷提高應急聯動指揮中心的科技含量，有效增強政府職能部門的快速反應能力和指揮調度能力，提升了處理災害、災難及突發事件的指揮能力和日常管理效能。應急聯動指揮中心應用通信技術、網絡技術、GIS、遙感技術和衛星定位技術，協調公安、消防、交通、醫療、市政、水利、環保、氣象、地震、人防、民政、安全生產等部門以及駐軍、武警應急聯動指揮機構的互聯互通和資源共享的能力，實現跨地區、跨部門、跨警區的統一指揮協調，快速反應、統一應急、聯合行動，完善應急聯動救助系統。

政府職能部門建立應急聯動指揮場所種類較多，包括應急聯動指揮廳、值班室、會議及會商室、流動應急聯動指揮車、專家工作室及案例室、領導休息室等。應急人員位置分布較廣，加上要實現跨地區、跨部門、跨警區的聯動支援，使各場所共享相同的顯示信號，確實是一個很大的問題。因突發事件的外部情況時刻都在變化，若某一場所無法與其他場所顯示同步的信號，就意味著應急救援工作極有可能會有所延誤。因此，針對應急聯動指揮出現的情況，每個應急聯動指揮場所都需要頻繁地存取和分享信息，給領導決策提供信息獲取、數據共享、快速評估、輔助決策、命令發布、現場指揮、動態顯示以及輔助功能模塊、信息存儲和再現等功能提供決策支持。如圖1所示。

因此，應急聯動指揮中心通常是依托計算機網絡、集成通信、多媒體和數據庫技術，充分整合、利用現有資源，搭建一個統一技術、通信、調度平臺，實現信息共享，達到應急響應網絡化、調度處理聯動化、應急預案系列化，并在一定程度上實現領導決策智能化。應急聯動指揮中心通常包括如下系統：建筑智能化系統、通信調度指揮系統、大屏顯示綜合應用系統、日常值班監控系統、信號處理系統、音響擴聲系統、多媒體視頻系統、討論系統、簽到統計系統、攝錄系統、集中控制系統以及預案數據庫系統、信息數據庫系統、綜合應用系統、基礎支撐應用數據庫等應用技術手段。

在上述多系統中，信號處理系統是整個應急聯動指揮系統的基礎，尤為重要的是信號傳輸系統，是解決應急聯動指揮中心與值班室、會商室、專家工作室、其他職能部門之間信息共享的基石。信號傳輸系統需要解決信號的實時傳輸、展現、信號存儲的問題，滿足不斷增加的信號分享和交換需求。下面我們主要對信號傳輸系統進行簡述。

目前，市面上信號傳輸介質主要分為同軸電纜、雙絞線、光纖。而在應急聯動指揮聯動系統中傳輸的信號主要是復合視頻、S-Video、分量視頻、RGBHV、RGBS、RGsB、SDI、HDSDI、DVI、HDMI信號 ；其中計算機傳輸信號分辨率也有很大的差異：從VGA-UXGA以及更高分辨率的WUXGA、QXGA、WQXGA、QSXGA、WQUXGA，高清視頻信號從720P、1080i到1080P等分辨率。這些不同分辨率的信號在不同的傳輸介質中，傳輸的距離有非常大的差異，從幾米到幾十公里。

同軸電纜：傳輸距離較近，抗干擾能力差，使用周期短，成本高。

雙絞線：中近距離傳輸，抗干擾能力較好，使用周期短，成本高。

光纖：短、中、長傳輸距離，抗干擾能力強，使用周期長，價格便宜。

從短距離來看，同軸電纜因為它的傳輸介質，使得視頻信號傳輸時，信號衰減較小。

當同軸電纜作為遠距離傳輸，其長度是有限制的。以同軸電纜傳輸視頻信號為例，理論值的傳輸距離是：75-3傳輸距離100m，75-5傳輸距離300m，但是在施工過程中，其傳輸距離受到外部因數的影響，傳輸距離會縮短。如果同軸電纜傳輸計算機信號，其傳輸距離更短，表1為Extron公司線纜技術參數表。

圖1

可以看到，使用不同規格的線纜傳輸相同分辨率時，傳輸距離也不盡相同。而且傳輸高分辨率時，傳輸距離更短。因此，為了保證信號傳輸過程中的視頻質量，同軸電纜一般不建議在大型綜合性AV系統中使用。

雙絞線的英文名字叫Twist-Pair，是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質，現在也作為專業AV行業中常規信號傳輸線纜之一。雙絞線采用了一對互相絕緣的金屬導線，用互相絞合的方式來抵御一部分外界電磁波干擾。把兩根絕緣的銅導線按一定密度相互合絞在一起，可以降低信號干擾，每一根導線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發出的電波抵消。

雙絞線常見的有3類線、5類線、超5類線以及6類線，前者線徑細而后者線徑粗。以Extron公司的MTP系列雙絞線傳輸產品為例，通過單根Cat.5類電纜傳輸高分辨率視頻和單聲道音頻信號。兼容分辨率高達1920×1200的高分辨率視頻信號，同時使用不同的產品，傳輸距離分為600（185m）和1500（450m），可以滿足一般中小型專業AV設計的需求。

光纖是近年來使用在專業AV系統中的一種常用的傳輸介質，通過光纖，將一種信息從一端傳送到另一端。光纖比同軸電纜和雙絞線更具獨特的優點：寬頻寬、低損耗、屏蔽電磁輻射、重量輕、安全性、隱密性，在現代AV系統中，光纖得到了廣泛應用。通過玻璃光纖來傳遞音頻、視頻和數據是專業AV設計的利器。對于目前銅礦資源越來越稀缺，銅價也引來一波又一波的漲價潮，專業AV設計師使用光纖而不是銅纜來傳遞信號原因是使用光纖具有在技術上和潛在的經濟上的好處。對于復雜的大型應急聯動指揮系統中涉及到的AV系統，采用光纖技術尤其正確，既能滿足遠距離的傳輸需求，又能提供高質量、實時傳輸信息，其擴展性極強、成本低廉等特點。同時，光纖能夠承載多種信號，例如傳送視頻、音頻和控制信號，我們能夠使用光纖產品很容易地設計出各種復雜的、緊湊型的專業AV系統。Extron公司FOXBOX系列光纖產品可以通過單根光纖長距離地傳輸視頻、音頻和RS232控制信號。全程全數字、零壓縮的像素對像素傳輸，能夠傳輸分辨率高達1920x1200（包括HDTV1080P/60）的信號。

相對于大型的應急聯動指揮中心，除了整體框架設計以外，工程施工調試也是非常重要的一部分。采用光纖進行傳輸，和傳統的常規線纜相比，其線纜敷設、安裝和設備連接都非常簡單。而且調試工作由于其傳輸的特點、良好的抗干擾性，使光纖產品調試變得簡單，基本上可以達到“即插即用”。

表1

對于綜合的應急聯動指揮系統的設計，涉及到的系統框架具有結構復雜、信息交換方式多樣、信號格式多變等特點。同時應急聯動指揮系統需要交換信息內容的場所較多，涉及到相關應急聯動指揮中心、值班室、會議室、會商室、流動應急聯動指揮車、專家工作室及案例室。同時要求交換的多媒體數據和信息傳輸也是多樣的，應急聯動指揮中心與突發事故現場之間動態圖像、語音及數據的實時傳送，實現各種業務數據庫、決策支持數據庫等數據信息的共享和處理，實現應急聯動指揮中心對各種資源及救援現場的統一指揮和調度；流動應急聯動指揮車可獨立對現場進行指揮調度，并和應急聯動指揮中心保持數據、信息的一致性，使得數據、信息在應急聯動指揮中心的信號再現。召開和上級單位視頻會議或直轄單位的視頻會議，請示和指導應急聯動指揮工作，并通過錄播系統對本地視頻信息進行錄像和保存，有效的進行信息追溯。在應急聯動指揮中心內召開會議，決策人員、行業專家、相關職能部門人員進行信息研討、綜合各種實時多媒體數據、決策數據庫、預案等進行決策。因此，在應急聯動指揮中心中，信息處理系統是核心和基礎。

應急聯動指揮中心的信號處理系統是整個應急聯動指揮中心的信號傳輸中心，是投影機顯示大屏、桌面顯示屏信號再現，視頻會議信號交換，專家工作室、會商室等樓內信號互傳的基礎。在目前的大型應急聯動指揮中心內通常有多種視頻信號源，可分為兩大類：模擬視頻和數字視頻。模擬視頻是傳統的視頻信號，主要有CATV、DVD以及突發事件及附近重要道路、出入口等重要點位的視頻圖像、各重要交通以及重要點位視頻圖像、各個職能部門傳輸至應急聯動指揮中心的其他相關視頻信號。同時還包括核心通信機房的數據庫信息圖像、操作席位的計算機圖像信號、實物投影儀等的信號；數字視頻是信息時代高速發展的產物，主要有SDI、HD-SDI、HDMI、DVI等。兩大類信號有著各自的特性，同時在系統中共存，通過光纖系統如何解決是應急聯動指揮系統設計的關鍵。

圖2為整個應急聯動指揮中心電信號處理的框架圖。

我們目前建設應急聯動指揮系統包括應急聯動指揮大廳、會商室、專家工作室等工作場所；圖3為某市通信行業的應急指揮調度中心，在該工作場所存在如下的信號源和顯示終端。應急聯動指揮中心本地信號源包含操作席工作人員計算機信號、桌面外接筆記本信號、高清攝像機信號、視頻會議信號、現場實時動態圖像、有線電視信號、DVD信號。遠程機房的信號源包含核心機房預案信號、輔助決策信號、各輔助信息系統；本地顯示信號源包含多屏顯示系統、輔助顯示屏、機房預檢信號；錄播系統信號源包含外送信號源、視頻會議、大樓內專家工作室、會商室等信號源、相關管理部分信號源。該應急聯動指揮中心信號源達到了120以上。

整個應急聯動指揮系統存在大量的視頻信號，以及不同制式、不同分辨率的信號，因此，實際安裝了一臺144×144光纖矩陣來進行信號切換。光纖矩陣讓應急聯動指揮大廳、會商室、專家工作室等多個區域的視頻信息可自由分配，實現任何點對點、點對面的視頻信號切換。大大增長了信號的傳輸距離，節省了布線空間，降低了施工難度，同時光纜的保密性、抗干擾性、環保性也是傳統的模擬線纜傳輸方式所不具備的。光纖矩陣需要通過光纖進行完整的端對端數字視音頻傳輸和路由的系統。采用模塊化板卡插槽設計，尺寸可擴展，并且支持速率高達4.25Gbps的數字信號切換。光纖矩陣配備熱插拔輸入/輸出板、完全冗余電源以及實時系統監視，是24小時可靠性以及連續運行的關鍵任務應用環境的理想之選。

圖2 應急聯動指揮中心電信號處理框架圖

圖3

同時光纖矩陣具有高可靠性、模塊化設計等特點，能夠很好的滿足應急聯動指揮的需求。光纖矩陣采用模塊化設計，配備多個板卡插槽，每個插槽都可插入一塊輸入/輸出板，可使用多模（MM）和單模（SM）兩種版本的板卡。輸入/輸出板-MM型號支持850nm的多模光纖，通常適用于中等傳輸距離的建筑物或設施內。輸入/輸出板-SM型號支持1310nm的單模和多模光纖。單模光纖可以提供數公里或數英里的超長距離的傳輸能力，基本上能夠滿足全部信號共享的要求和實施顯示。高速數字切換為音頻、控制和視頻信號的路由，提供了高達4.25Gbps的數字切換功能，清晰度高、格式多樣，并有未經壓縮處理的像素對像素的高吞吐量。這一級別的性能可以保證與最高質量的信號源分辨率相兼容，包括RGB計算機視頻、DVI和多速率SDI信號。高級的計算機輔助診斷——提供對輸入/輸出板、主電源和冗余電源電壓、光纖鏈路以及矩陣整體功能狀態的24小時自我診斷。工作人員能夠在辦公工位上了解整個系統的運行情況以及對突發事件進行應急處理。同時也可以通過在所有連接中輪詢輸入信號的接收和輸出信號的傳送，從而驗證活動光源，使結果信息可以在內部網頁中查看，也可以通過第三方控制系統輕松獲得。一旦光纖鏈路發生中斷，即有警報通知等功能。

針對信號處理系統中存在的不同制式、不同分辨率的信號源，光纖產品提供了一整套信號處理的設備（如格式轉化器等），將所有信號處理在同一信號格式上，方便信號傳輸和分配。通過近三個月的建設，通信應急指揮調度中心在2010年投入運行，并順利運行至今，運行結果良好，并得到了客戶的一致認可。

對于大型的應急聯動指揮系統來講，是一個綜合的、復雜的系統，需要從技術上、實用上、經濟上綜合考慮。只有在系統的設計階段全方位、多方面的考慮，才能夠保證系統不但建設成功，而且能夠成功地在整個生命周期中穩定運行，發揮其最大作用。由于IT技術在不斷地發展，因此在系統設計時，還需要充分考慮新技術、新產品的應用，努力提高系統的性能和功能。光纖技術只是眾多新技術之一，也將在未來的系統設計中大放光彩。