基于通信車載平臺的可視化集中控制系統的設計

［吳林印 李韶康 嵇凌 蔣劍偉 何思思 徐澤］

1 引言

隨著科學信息技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，消息交流和傳遞也越來越頻繁和立體化[1]，傳統的軍事通信車載平臺建設已經得到廣泛應用。但是傳統的軍事通信車載平臺的架設經常需要30分鐘至45分鐘才可以形成戰(zhàn)斗力。如何能夠快速實現通信車載平臺的布設、撤收是一個關鍵，決定了軍事裝備系統能否快速形成有效的戰(zhàn)斗力，智能化的軍事通信平臺系統建設已經顯得尤為重要。因此本文提出了一種基于通信車載平臺的可視化集中控制系統的設計方案，將傳統通信車載平臺的手動調節(jié)模式設計成可視化的集中控制系統，所有的操作均通過模塊化的軟件實現精準操控，在很短的時間內實現通信車載平臺的架設和撤收，以滿足部隊全地形、全要素的快速工作部署及作戰(zhàn)訓練要素的機動性謀劃和布局。

2 可視化集中控制系統的概述

可視化集中控制系統是安裝于通信車載平臺內，由硬件設備與軟件系統兩部分組成。硬件設備作為承載平臺主要包含集中控制設備、觸控終端、車載KVM一體機、輔助配套設備（環(huán)境傳感器、云臺攝像機、車內攝像機、360度全景）。軟件系統包含展示端與控制端，具體功能模塊則包含可視化模塊、視頻處理模塊、狀態(tài)監(jiān)測模塊、仿真控制模塊、自動化控制模塊、數據統計模塊。可視化集中控制系統具備強大的接口能力，可無縫對接軟硬件設備，能夠對其他各系統進行狀態(tài)監(jiān)測、自動化控制、可視化顯示。

可視化集中控制系統組成如圖1所示。

圖1 集中控制系統組成

各設備之間通過內部交換機實現數據的互通，設備互聯邏輯如圖2所示。

圖2 集中控制互聯關系圖

3 可視化集中控制系統的功能設計

通過集中控制系統和傳感器系統，實現對整車的電源系統、機電設備、車輛環(huán)境、視頻監(jiān)控等的狀態(tài)監(jiān)視、故障告警、集中管理等功能，支持車載平臺的快速展開和撤收。

可視化集中控制系統具有以下功能：

（1）具備對電源系統的集中監(jiān)視和控制功能，能夠對供電方式進行切換控制，對各設備供電進行功率監(jiān)測和通斷控制，對油機和蓄電池組進行狀態(tài)監(jiān)視和參數控制，對整個電源系統進行安全保護及告警；

（2）具備對主要機電設備（包括電動支腿、電動升降桿、天線伺服等）的集中監(jiān)視和控制功能，能夠對機電設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)視，實現一鍵展開、一鍵撤收功能；

（3）具備對車內環(huán)境和車外環(huán)境的監(jiān)測功能，通過多種傳感器實現溫濕度監(jiān)測、煙霧告警、氣象條件監(jiān)測等功能，能夠對強風進行告警并控制天線自動收藏，具備對車內環(huán)境的調節(jié)功能，能夠對空調、換氣扇等設備進行集中控制；

（4）具備視頻監(jiān)控功能，能夠同時監(jiān)視車輛內部和車輛周邊環(huán)境，監(jiān)控圖像具備實時顯示與存儲回放功能，并支持網絡傳輸；

（5）具備對車輛底盤的監(jiān)測功能，實現對底盤狀態(tài)信息的采集和管理；

（6）集控系統軟件與Win XP、Win7操作系統兼容。

4 可視化集中控制系統工作流程設計

可視化集中控制系統工作原理框圖如圖3所示。集中控制通過觸摸終端或者KVM實現，受監(jiān)控設備通過串口/網口接入集中控制服務設備，集控控制服務設備通過網線接入交換機，具體操作如下所示。

（1）觸摸終端通過網線連接交換機，進而連接集中控制服務設備；通過觸摸終端完成集中控制服務設備對串口連接的業(yè)務設備管理與控制；

（2）KVM通過VGA/USB線連接集中控制服務設備，進而通過KVM完成集中控制服務設備對串口連接的業(yè)務設備管理與控制。

圖3 集中控制系統工作原理框圖

5 可視化集中控制系統軟件設計

5.1 可視化模塊

可視化模塊通過建立虛擬三維車體模型，更加直觀立體的對車內設備進行直觀顯示與操作。

建立虛擬三維車體模型，可將車體各個三維場景、電器設備工作狀態(tài)、設備運行情況等信息和資料直觀、形象地在三維可視化平臺上顯示出來，并增加三維立體化的視覺操作功能，對車內設備進行控制。

具體的設計與實現如下所述：

（1）地圖基本視窗操作：提供瀏覽圖和鳥瞰圖。瀏覽圖是用戶操作的主窗口，包括地圖放大、縮小、自由縮放、漫游、全幅顯示、拖拽移動、點選和矩形區(qū)域選擇、設計區(qū)域快速切換等；

（2）三維顯示：可在二維和三維顯示模式上進行切換，進入三維模式以后，可以進入車體內部，將管理對象精確到每個模塊、設施、設備甚至傳感器；

（3）圖層管理：對空間數據、對象和模型進行分層管理；

（4）數據處理：包括地圖編輯、數據導入導出、地圖配準、三維模型加載等等。

可視化場景界面如圖4所示。

5.2 視頻處理模塊

視頻處理模塊，把音頻、視頻、圖像等信息，可視化的傳輸到指揮大屏上，使各級人員能夠直觀的了解作戰(zhàn)現場的情況。并且能夠通過VSAT衛(wèi)星通信系統或者地面光纖鏈路與后方作戰(zhàn)指揮中心相連，可以把相應的信息傳輸到固定指揮中心當中，使指揮中心領導與車載移動指揮領導共同直觀的分析現場情況。

視頻處理模塊可提供全車360°全息影像，輔助車輛駕駛員進行安全駕駛，最大程度降低安全隱患，有效提供車輛作戰(zhàn)效率。

360°全息影像由車頂監(jiān)控攝像機完成圖像采集工作，分為前、后、左、右四個采集區(qū)域，每個采集區(qū)域的攝像機數量根據車輛的物理尺寸而定（此次共配置6個監(jiān)控攝像機），采集到的四個區(qū)域的影像，經過圖像處理單元一系列的智能算法處理，最終形成一幅車輛四周的全景俯視圖顯示在屏幕上，直觀地呈現出車輛所處的位置和周邊情況。

攝像頭全景成像原理如圖5所示。

圖5 六攝像頭全景成像原理圖

視頻監(jiān)控及全景視界面如圖6所示。

圖6 視頻監(jiān)控及全景視界面示意圖

視頻處理模塊具備圖像錄播功能，能夠將系統采集到的音視頻信息進行無損錄制，提供下載、回放等功能，便于人員進行復盤演練。

5.3 狀態(tài)監(jiān)測模塊

狀態(tài)監(jiān)測模塊，能夠實時監(jiān)控設備的運行狀態(tài)，也可對監(jiān)測項設置預警值，超出預警值后，提示告警，生成系統日志，對告警進行統計。

信息采集狀態(tài)檢測界面示意圖如圖7所示。

圖7 信息采集狀態(tài)監(jiān)測界面示意圖

5.4 仿真控制模塊

仿真控制模塊，操作界面上顯示真實設備的仿真圖像，用戶可以通過點擊設備上對應的操作開關進行操作，效果如同真實操作設備，所見即所得。

仿真控制界面示意圖如圖8所示。

圖8 仿真控制示界面示意圖

5.5 自動化控制模塊

自動化控制模塊，其主要目的是讓車內環(huán)境監(jiān)測設備能夠根據預先設定的數值進行自動化的工作，如車內溫度監(jiān)測設備此時達到空調系統的設定值，此時空調系統自動打開。

自動化控制模塊具備對車體及周邊環(huán)境監(jiān)測、車內設備監(jiān)控等功能，并按當下指揮作戰(zhàn)的要求對車體機電設備進行聯動控制，戰(zhàn)時提高了移動指揮車的綜合保障能力；平時提高了對指揮所機電設備使用、維護的一體化管理服務水平。

指揮車內部環(huán)境監(jiān)測，通過安裝溫度、濕度、空氣質量、災情等環(huán)境監(jiān)測傳感器，配置傳感信息融合處理設備和環(huán)境監(jiān)測智能化管理軟件，集成到可視化系統中。

自動化控制界面示意圖如圖9所示。

圖9 自動化控制界面示意圖

5.6 數據統計模塊

數據統計模塊，能夠收集各類設備采集的環(huán)境參數、設備參數，并通過折線圖、柱形圖、圖表等豐富的方式展現，使用戶能夠對環(huán)境參數、設備運行的情況一目了然，也能通過歷史數據分析了解設備運行狀況。

在網絡鏈路通暢時，能夠將關鍵數據進行上報回傳，有助于權限更高的用戶對車輛進行統一監(jiān)測，能夠查看車輛狀態(tài)。

數據統計界面示意圖如圖10所示。

圖10 數據統計界面示意圖

6 結束語

本方案是基于通信車載平臺設計的可視化集中控制系統，采用了模塊化設計理念，并具有完全自主可控能力。不但系統的硬件平臺具有豐富的接口類型，能夠保證后期功能的擴展；同時可視化集中控制系統還采用B/S和C/S混合模式搭建，既可以在服務器本機進行操作控制，也可以利用觸控平板實現控制，通過圖形化操作界面、觸摸式控制，使系統操作更便捷。目前該可視化集中控制系統已經成功應用于某車載通信平臺上，解決了部隊車載通信平臺架設和撤收緩慢的問題，可視化的操作滿足了部隊智能化需求，得到了用戶的廣泛好評。